碳鋼仍然是近代工業(yè)中使用量最大的結(jié)構(gòu)材料，現(xiàn)如今世界各個工業(yè)國家都在努力提高各種合金高強度鋼性能，但并沒有忽視碳素鋼質(zhì)量的改進，而是積極擴大碳鋼的品種和使用范圍。目前碳素鋼不僅廣泛應(yīng)用于橋梁、鐵道等建筑領(lǐng)域以及車輛等各種機械制造工業(yè)，而且在化工行業(yè)和海上工程設(shè)施方面也得到廣泛應(yīng)用。隨著藍海經(jīng)濟的發(fā)展，海洋工況下碳鋼的使用量將繼續(xù)擴大。
目前，眾多研究人員已對海洋環(huán)境下碳鋼材料的靜態(tài)腐蝕行為進行了大量的研究，包括腐蝕機理、沖刷磨損機理和表面防護技術(shù)等。但是，力學-腐蝕因素耦合作用下材料的損傷問題較靜態(tài)腐蝕問題更加嚴重，主要是涉及到材料關(guān)鍵運轉(zhuǎn)部件的服役條件和性能。因此，研究碳鋼在海洋環(huán)境中的磨損腐蝕機理，獲得有效的防護措施以改善材料的可靠性和使用壽命，有利于更好的促進我國海洋工程建設(shè)，對后期我國海洋資源開發(fā)和海洋探索提供了重要的技術(shù)支持。為了探究碳鋼的腐蝕磨損行為與機理，學者們針對不同的碳鋼在不同海洋環(huán)境下腐蝕磨損行為及機理開展了大量相關(guān)研究。本部分依據(jù)海洋工況下常見的磨損形式對碳鋼材料的腐蝕磨損行為及機理進行描述，分別以錨鏈為主的微動磨損腐蝕行為和管材及泵閥等的海水介質(zhì)沖刷腐蝕行為。
浙江宏盛特鋼有限公司等分析了錨鏈間的磨損行為和磨損機理，結(jié)果表明錨鏈在使用過程中以磨粒磨損、腐蝕磨損等多種磨損方式為主，并結(jié)合國內(nèi)外磨損試驗機工作原理，設(shè)計出錨鏈在腐蝕介質(zhì)中腐蝕磨損的試驗裝置。同時對22MnCrNiMo系泊鏈鋼的表面強化工藝、摩擦磨損性能進行了較為完善的研究。力學性能測試結(jié)果表明，軋制態(tài)系泊鏈鋼的強度高但塑性低，而熱處理態(tài)則具有高的強度和塑性。針對22MnCrNiMo低碳低合金鋼材料進行了海水腐蝕和腐蝕磨損行為等多方面的試驗驗證，確定了22MnCrNiMo錨鏈鏈環(huán)間在海水中腐蝕磨損損傷數(shù)值分析中的重要參數(shù)，隨后采用非線性有限元方法建立了錨鏈在海洋環(huán)境中磨蝕累積損傷數(shù)值分析方法。宏盛特鋼研究了P110鋼在蒸餾水+石英砂、3.5%NaCl溶液+石英砂兩種工況下的沖蝕磨損性能，通過利用不同流速、沖蝕角度和時間、含砂量對材料沖蝕速率的影響，分析了不同條件下的沖蝕機理。
浙江宏盛特有限公司技術(shù)人員研究了X70管線鋼在含CO2的NaCl溶液中的腐蝕磨損，結(jié)果顯示材料的流失速率與磨損和腐蝕之間有著密切相關(guān)性，其中磨損與腐蝕的交互作用導致了材料損失量大幅增加。碳鋼研究課題組利用自主研發(fā)的模擬設(shè)備，研究了碳鋼在單相和雙相流體中的磨蝕行為特征和機理。結(jié)果表明，在單相流中，碳鋼的腐蝕速率隨流速的變化而變化，流速在0～5.0m/s，其腐蝕行為主要是由陰極氧的擴散、電化學腐蝕和流體力學等因素的影響，且各個因素間協(xié)同強化，使碳鋼的腐蝕加劇。在液/固雙相流中，固相顆粒對碳鋼的腐蝕磨損具有顯著影響，碳鋼的腐蝕磨損速度隨流速增大而顯著地增大。其研究表明無論是在單相流還是在液/固雙相流體系中，在碳鋼的腐蝕磨損協(xié)同效應(yīng)中電化學腐蝕均起主導作用。
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