IOCAS-IR
藤壶对低合金高强度钢潮差区服役安全的影响研究
cai fanfan
Subtype硕士
Thesis Advisor黄彦良
2023-05-08
Degree Grantor中国科学院大学
Place of Conferral中国科学院海洋研究所
Degree Name硕士
Keyword藤壶 低合金高强度钢 海洋潮差区 腐蚀行为 氢渗透行为
Abstract

低合金高强度钢具有结构轻量化、节约资源、高强度等优点,在海洋工程建设中的应用越来越广泛。同时,低合金高强度钢由于材料自身的特性,在海洋潮差区腐蚀速率高,对氢脆敏感,大型污损生物附着作为海洋潮差区影响低合金高强度钢腐蚀行为和氢渗透行为的因素之一,将影响钢的服役安全。本论文将大型污损生物的模式生物藤壶作为研究对象,系统研究了藤壶附着对低合金高强度钢潮差区服役安全的影响,取得的研究结论丰富了海洋钢结构安全评估的内容和手段。

本论文采用了实海暴露实验和实验室模拟实验相结合的方法,在实海环境中使用纱网隔离形成无藤壶附着的对照组,在实验室使用取自实海附着在硅橡胶板表面的成体藤壶模拟藤壶的附着。运用扫描电子显微镜观察、激光共聚焦显微镜观察、X射线衍射谱分析和电化学测试等多种分析手段,研究了藤壶附着对钢试样的腐蚀形貌,腐蚀产物及腐蚀速率的影响规律。根据电化学测氢法的原理,自制了实海氢渗透传感器和用于实验室模拟实验的氢渗透行为研究装置,从而分析藤壶附着对钢氢渗透行为的影响规律。

自然腐蚀状态下低合金高强度钢腐蚀行为和氢渗透行为的研究结果表明,藤壶附着可导致钢的平均腐蚀速率下降,由潮汐作用导致的局部腐蚀现象减轻,在应力作用下,藤壶附着的主要影响仍为降低腐蚀速率。然而,藤壶附着诱发钢试样局部腐蚀的证据依然存在,在应力作用下,钢试样部分区域出现裂纹。藤壶附着后,钢表面的氢渗透电流密度下降,在持续6个月的实海暴露实验中,无藤壶附着钢试样的平均氢渗透电流密度为0.28 μA·cm-2,而藤壶附着下钢试样的平均氢渗透电流密度为0.13 μA·cm-2。同时,研究结果证明藤壶的附着具有遮蔽作用,可使腐蚀性离子的扩散速率下降。综上,藤壶附着对自然腐蚀状态下低合金高强度钢结构服役安全的影响有限。

阴极保护状态下低合金高强度钢阴极保护效果和氢渗透行为的研究结果表明,无论钢试样是否受应力作用影响,藤壶附着均不改变钢的保护度,同时,附着边缘所形成的缝隙可促进钢表面局部腐蚀的发生和扩展。藤壶附着可对钢试样阴极保护电流和氢渗透电流产生3个方面的影响:首先,藤壶附着的遮蔽作用可导致钢试样的阴极保护电流密度和氢渗透电流密度下降;其次,藤壶附着边缘的缝隙结构可使钢试样的阴极保护电流密度下降、氢渗透电流密度上升,氢渗透主要来源于腐蚀产物水解导致的氢离子还原;最后,藤壶的代谢产物可导致钢试样的阴极保护电流密度和氢渗透电流密度上升。总体而言,藤壶附着可使钢表面的氢渗透电流密度上升,持续6个月的实海暴露实验中,无藤壶附着钢试样的平均氢渗透电流密度为0.57 μA·cm-2,而藤壶附着下钢试样的平均氢渗透电流密度为0.93 μA·cm-2。因此,藤壶附着可威胁阴极保护状态下低合金高强度钢在海洋潮差区的服役安全。

综上所述,藤壶附着对处于自然腐蚀状态下的海洋潮差区低合金高强度钢的威胁程度有限,但可显著提高阴极保护状态下低合金高强度钢在海洋潮差区服役时的失效风险。由于低合金高强度钢的腐蚀速率较高,在实际工程应用中钢结构通常采用阴极保护,因此藤壶等大型污损生物附着具有导致钢结构失效的潜在危险性,需要采用合适的防除措施。

Subject Area海洋科学
MOST Discipline Catalogue理学::海洋科学
Pages92
Language中文
Document Type学位论文
Identifierhttp://ir.qdio.ac.cn/handle/337002/181107
Collection中国科学院海洋研究所
Recommended Citation
GB/T 7714
cai fanfan. 藤壶对低合金高强度钢潮差区服役安全的影响研究[D]. 中国科学院海洋研究所. 中国科学院大学,2023.
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