極地鋼鐵材料的腐蝕與防護面臨新挑戰

屈少鵬, 趙行婭, 軒星雨

(上海海事大學 海洋科學與工程學院,上海 201306)

南北極面積的總和超3 500萬平方公里,約是我國總面積的2.5倍。人類對南北極的科考已有上百年歷史,我國也于19世紀80年代正式啟動了對極地的科考工作,目前我國在南北極均已建立了自己的極地考察站?？碧皆u估報告指出:南北極具有豐富的能源、礦產及生物等資源,如北極擁有全球13%的未探明石油儲量,同時擁有全球30%未開發的天然氣儲量及9%的世界煤炭資源[1];極地蘊含的礦產包含金、銅、鐵、鉛、鉑、鎳、鋅等。隨著全球變暖的影響,極地海冰面積也隨之減少,預計在2045年北極82%的海域將在夏季無冰[2],適合極地航運,這些北極航道有利于降低航程及相應的運輸成本。此外,北極因其特殊的地緣格局,在軍事上有著非常重要的戰略意義。因而,極地的開發和利用越來越多的受到各國的重視。

為了開發和利用極地,極地裝備的研制必不可少。極地裝備主要分為極地科學裝備、極地船舶裝備、極地資源開發裝備等3大類[3],而制作極地裝備的相關材料則是必要的基礎。金屬材料,尤其是鋼鐵材料作為結構材料在極地裝備中占比很大,因而研發極地鋼鐵材料成為極地開發和利用的迫切需求。極地環境是具有溫度低、海水鹽度高、風大、海浪高、暴風雨雪、浮冰和極夜等特殊條件的極端環境[4-5],這對在極地環境服役的鋼鐵材料的性能提出了新挑戰。國際海事組織IMO及國際船級社協會IACS對極地船舶用鋼進行了強制性技術規范[6-7]?，F有船級社規范了極地船舶用鋼的鋼級,并以沖擊試驗溫度對其進行了定義,其最高級別為F級[8-9]。目前關于極地鋼鐵材料性能的研究主要聚焦在其力學性能等方面[10],如研發高性能的止裂鋼[1],研究高鎳基的低溫碳鋼對低溫沖擊韌性的影響[11],研究極地破冰船用鋼低溫疲勞性能[12]等,此外,針對低溫鋼的摩擦性能等亦開展了部分研究[13-14],這在極地鉆采等工程領域也是非常重要的研究方向。然而,中國海洋大學在南極對多種金屬材料及數十種海洋重防腐涂裝體系進行了極地海洋大氣環境、極地海洋全浸環境樣品腐蝕/老化暴露試驗及實驗室模擬試驗[15],研究結果證實了極地環境亦會引起金屬材料產生明顯的腐蝕。因而,極地鋼鐵材料在極地環境進行服役時,除需要進行必要的力學性能研究外,其腐蝕性能也將成為影響其服役安全性及服役壽命的重要性能之一。

侯保榮院士等[16]的研究指出,材料的腐蝕不局限于材料的本身,還與材料所處的環境緊密關聯。與傳統海洋環境相比,由于極地環境自身的特殊性,使得極地鋼鐵材料在極地環境中的腐蝕問題與傳統海洋環境中鋼鐵材料的腐蝕有明顯的不同,為此,本文以傳統海洋環境腐蝕分區為參照,對極地特色的腐蝕環境進行系統的分析與歸納整理,并通過對極地鋼鐵材料腐蝕與防護的研究進展進行梳理,提出了極地鋼鐵材料研究的方向,旨在為極地環境工程用鋼的研發及應用提供建議。

1 極地腐蝕環境分區

傳統海洋環境腐蝕分區隨著空間的不同,由高到低可以分為海洋大氣區、浪花飛濺區、海洋潮差區、海洋全浸區和海底泥土區等5個典型區域,如圖1所示,其中浪花飛濺區由于供氧量充分,使其腐蝕很嚴重;潮差區由于在海水面上下氧氣的供應不均勻,在水面上下造成氧氣濃差形成氧濃差電池,其作為氧濃差電池的陰極區受到保護時,腐蝕速率相對較低[16-17]。極地環境是具有溫度低、海水鹽度高、風大、海浪高、暴風雨雪、浮冰和極夜等特殊條件的極端環境,本文以傳統海洋環境腐蝕分區為參照,通過分析極地特殊環境的特點,將極地腐蝕環境分為極地大氣區、極地冰水磨蝕區、極地海洋全浸區、極地海底泥土區等4個腐蝕區域。

圖1 傳統海洋環境腐蝕分區

1.1 極地大氣區

極地大氣區為處在極地海水或冰面之上的區域。此區域的溫度常年處于低溫,由于大氣中濕度的不同[18],當濕度較低時,過冷的鹽霧與鋼鐵表面接觸后會形成疏松、不透明的白色粒狀結構沉積物霧凇和薄薄的霧霜;在濕度較高時,大氣中的小液滴與鋼鐵表面接觸后則會在鋼鐵材料表面形成更加致密的雨凇冰。研究表明,冰雪凝-融過程會導致鋼鐵表面存在長周期的液膜,這將促進并加速極地鋼鐵材料的局部腐蝕[19-20]。這種類似干濕交替的鋼鐵表面環境亦會受到極地極晝極夜、季節的變化及太陽輻照等的影響。

極地區域風大且易出現暴風雨雪等惡劣天氣,這會引起極地大氣區鋼鐵材料表面產生顆粒沖刷腐蝕,且大風還會加速去極化劑的擴散,風中的顆粒對鋼鐵表面保護性腐蝕產物或涂層亦有較大的沖擊破壞作用,故而會在一定程度上加速鋼鐵表面沖刷腐蝕的可能及程度。由于大氣圈緯度環流的循環影響,極地大氣中亦會存在Cl-、CO2、SO2等大氣污染物,這些物質亦會影響極地鋼鐵材料的腐蝕過程。在Cl-的作用下,極地鋼鐵材料的腐蝕產物往往更易形成多孔、不穩定的β-FeOOH,這種腐蝕產物對極地鋼鐵材料的腐蝕沒有較好的保護性;另外,當Cl-滲透到銹層后,會進一步引起腐蝕產物的破壞,并引起極地鋼鐵材料產生點蝕[21]。大氣中的CO2、SO2溶于極地鋼鐵材料表面薄液膜后,會增加腐蝕產物的缺陷并降低腐蝕產物的穩定性,增加極地鋼鐵材料的腐蝕風險[22-23]。在極地大氣區存在大量已知和未知的微生物[24],這些微生物對于處于極地大氣區的極地鋼鐵材料的腐蝕尚亟待研究。

1.2 極地冰水磨蝕區

極地環境與傳統海洋環境最具特色的區別在于極地冰雪層的存在。隨著季節或地域的改變,極地冰雪覆蓋層的覆蓋比例會隨之改變。隨著溫度的上升,流冰的運動及冰雪的融化會使極地冰雪區域出現無冰區或碎冰區;極地船舶在破冰航行時,由于船體與冰雪的相互作用,亦會產生碎冰區。在極地冰水磨蝕區的鋼鐵材料常處于這種冰水混合的環境中[1]。根據冰雪與海水混合比例的不同,可以將極地冰水磨蝕區進一步分為滿冰區、碎冰區、無冰區等3種情況[25]。

在滿冰區,由于海冰與極地鋼鐵之間相對靜止,因而這種情況下的腐蝕常傾向于靜態腐蝕,該情況下物質的傳遞過程在一定程度上會受到阻礙,從而影響極地鋼鐵材料在滿冰區的腐蝕過程。極地鋼鐵在滿冰區的腐蝕,主要會受到冰雪體內海冰鹽度、孔隙率、間隙水、微生物[26-27]等因素的影響。極地鋼鐵材料可能會因冰雪體內影響腐蝕過程因素的分布不均勻性形成濃差電池[28],并使其產生不均勻腐蝕現象。

在碎冰區,極地鋼鐵材料的腐蝕是一個固液雙相流的腐蝕,這種情況下的腐蝕往往比較復雜且嚴重。對DH系列低溫鋼進行冰水沖刷腐蝕,當轉速較低時,腐蝕作用占主要地位,隨著轉速升高,腐蝕與沖蝕磨損的綜合作用更明顯,鋼樣表面的沖蝕腐蝕坑的數量和深度均顯著增加,且冰水比越大時其腐蝕也會更嚴重[29]。極地鋼鐵材料在碎冰區的沖刷腐蝕除了會受到冰水比例、沖刷速度等因素影響外,還會因海冰尺寸、形狀、沖刷角度等的不同而不同。在碎冰區,海水的鹽度因結冰析鹽而增加,這使得碎冰區冰雪與海水之間的含鹽量有明顯的差異,因而極地鋼鐵材料在此區的腐蝕還可能會因鹽度的差異產生不均勻腐蝕。對于破冰船,其破冰過程也會產生碎冰區,破冰船在碎冰區航行時,船體鋼鐵材料亦會遭受到冰水混合物的磨蝕;破冰船破冰時鋼鐵材料還會受到冰雪沖撞引起的疲勞問題,加之冰水兩相腐蝕介質的影響,破冰船用鋼的疲勞腐蝕問題也是此區域中非常常見的一個腐蝕問題。碎冰區因碎的覆冰的作用,海冰與海水間的作用會抑制極地潮汐現象[30-32],因而碎冰區極地鋼鐵材料的腐蝕受潮汐現象影響較小。

在無冰區,由于沒有冰雪覆蓋,供氧充足,腐蝕傳質過程相比冰雪中更加順暢。因極地多風且大的特點,此處海浪也會較大,加之晝夜潮汐的作用,該區域很容易形成較大的海浪及潮差,處于該區的極地鋼鐵材料會承受類似傳統海洋環境中浪花飛濺區和潮差區的環境影響,與傳統環境區別在于,此區域溫度相對較低,由飛濺或潮差殘留在鋼表面的海水會在低溫下發生相變,因而此區域中極地鋼鐵材料發生的腐蝕,除與傳統海洋環境中浪花飛濺區和潮差區的腐蝕相似外,還會發生由于鋼表面海水周期相變所引起的干濕腐蝕現象。干濕比對極地鋼鐵材料的腐蝕影響較大,隨著干濕比增大,碳鋼表面的銹層會越來越薄,腐蝕產物中的γ-FeOOH和氧的含量升高,Fe3O4的含量降低,腐蝕會越來越嚴重[33]。另外,極地船舶在無冰區域航行時,所遭受的海水沖刷腐蝕也是極地船舶用鋼非常嚴重的一種腐蝕類型[34]。

1.3 極地海洋全浸區

極地海洋全浸區是極地海冰冰層或海面以下到極地海底泥土之間的區域。與傳統海洋環境全浸區相比,極地海洋全浸區海水溫度與海水深度之間的關聯不強。在淺海全浸區,當極地海面有冰雪覆蓋時,此區溶解氧的擴散速率與傳統海水相比較小,因而在一定程度上會影響極地鋼鐵材料腐蝕的陰極過程;隨著海水深度的增加,在深海全浸區,極地海洋和傳統海洋的環境差異不明顯,故而極地鋼鐵材料在此處所承受的腐蝕與傳統海洋環境中差異不大。值得注意的是,鋼鐵材料在淺海的腐蝕行為與深海的腐蝕行為因靜水壓等因素的不同而存在明顯的差異[35]。另外,南北極常由于地殼運動引起極地區域出現海底火山,因而會在極地海洋全浸區出現熱液區,這些區域的海水溫度往往可高達400 ℃[36],因而對鋼鐵材料腐蝕性能的要求更加的苛刻。

1.4 極地海底泥土區

極地海底泥土區也是一個固液雙相流的腐蝕區域。與傳統海底泥土區類似,影響極地鋼鐵材料在極地海底泥土區腐蝕的因素有沉積物、特殊腐蝕氣體、含氧量、酸堿度、特殊的微生物等。沉積物與極地鋼鐵材料接觸時,會在表面形成縫隙并誘導縫隙腐蝕發生;海底沉積物在海底洋流帶動下對鋼鐵材料亦會產生沖刷腐蝕的可能。在海底火山的影響下,極地海底泥土區會有特殊的高含硫沉積物、具有腐蝕性的氣體亦會在此區域富集[35],因而此海泥區的含氧量、酸堿度等都會發生改變,這對極地鋼鐵材料的腐蝕也會有明顯的影響。海底微生物因種類的不同,對極地鋼鐵材料的腐蝕影響亦不同。如低合金鋼在含硫酸鹽還原菌(SRB)海底沉積物中的腐蝕速率比海水中的要高,因為這類微生物是可以利用硫酸鹽類物質作為呼吸代謝電子受體的厭氧類微生物[37]。海泥中SRB的存在,除了加速海洋用鋼的腐蝕速度,還會使鋼鐵材料在腐蝕電位和陰極保護電位下的應力腐蝕開裂敏感性顯著增加,對裂紋尖端陽極溶解以及氫滲透均有加速作用,同時也會使鋼鐵材料在腐蝕電位和陰極電位下的疲勞壽命下降[38]。然而,假交替單胞菌的基因突變株可在鋼鐵表面形成具有規則結構的層狀礦化膜,此膜是由胞外聚合物和具有方解石晶體結構的無機碳酸鹽組成,具備優異的耐腐蝕性能,因而在一定程度上減緩了鋼鐵材料的腐蝕[39]。

綜上所述,極地大氣區、極地冰水磨蝕區、極地海洋全浸區、極地海底泥土區各自的環境特征及腐蝕特征存在明顯不同,其各區的環境及腐蝕特征可歸納如表1所示,可以看到,極地腐蝕環境與傳統海洋腐蝕環境存在明顯不同,這對極地鋼鐵材料的性能提出了新的挑戰。

表1 極地腐蝕環境分區

2 極地鋼鐵材料防護技術

極地鋼鐵材料面臨的極地環境腐蝕問題是復雜且有特色的,為了改善極地鋼鐵材料的腐蝕問題,本文主要從3個方面梳理提高極地鋼鐵材料耐極地環境腐蝕性能的方法,包括合金化、涂層技術和陰極保護技術。

2.1 合金化

通過有效調整鋼鐵材料的合金元素可以提升鋼鐵材料的耐腐蝕性。對于極地鋼鐵材料的研發,在利用合金化提升其耐腐蝕性能時,還需考慮其對低溫力學性能的影響,這是極地鋼鐵材料在利用合金化技術時必須考慮的問題之一。俄羅斯研制的AK-25、АБ7A,美國的HY-80、EN36-060及HSLA系列,英國的Q1N、Q2N、Q3N,日本的NS系列,韓國的RE36,法國的HLES80以及我國自主研發的DH40、EH40、FH40等都是極地鋼鐵材料[13],目前關于極地鋼鐵材料性能的研究主要聚焦在其低溫力學性能等方面,為保證其低溫的韌性,其Ni元素含量往往較高,如FH36級低溫鋼中Ni含量可達0.80%,舞鋼研制的WQ960E甚至將其Ni含量提升至2.0%。在極地鋼鐵中,常通過添加擴大奧氏體區元素Ni、Mn等以顯著降低其韌脆轉變溫度,保證其在極地使用的低溫韌性要求,且Ni有利提升鋼鐵的低溫疲勞性能[40]。Ni對極地鋼鐵材料耐腐蝕性能的提升也是很有益的,通過合理添加Ni可以提高鋼鐵的自腐蝕電位,并可減少其應力腐蝕開裂、晶間腐蝕及縫隙腐蝕的發生[41];然而Mn很容易與鋼鐵中S形成條狀MnS夾雜物,這對鋼鐵低溫韌性有很大危害,且容易誘導鋼鐵發生應力腐蝕開裂,這對極地鋼鐵材料的冶煉提出了更高的要求,需要避免條狀MnS的產生,或通過在鋼鐵中進一步加入Ti、Cr來控制MnS的形態,使其球化,從而提升鋼鐵的抗應力腐蝕開裂性能[42]。在鋼鐵中,通過適當加入Nb,不僅可以細化組織、提高韌性,還可以使析出物的形核率提高、數量增加、強化作用增大,從而有效提高鋼鐵的屈服強度并降低其韌脆轉變溫度[43];Nb加入鋼鐵材料后,會使其腐蝕后的表面更加光滑、腐蝕產物更加致密,從而有效降低其腐蝕程度[44]。稀土元素亦可改善鋼的低溫脆性,提高鋼的機械性能等[45],同時,稀土元素對腐蝕過程亦會有明顯的影響[46-48]。鋼鐵材料中的Cr、Mo、N,可以明顯提升鋼鐵材料的耐點蝕能力,很適合應用在類似海水等含Cl離子的腐蝕環境中,同時,在鋼鐵材料中加入Cr、Mo,還可同時提高其耐磨性和耐蝕性,這對極地鋼鐵材料的服役安全及使用壽命是有益的。目前海水環境中使用的高鉻鋼的耐磨耐蝕性往往較優,這是因為鋼鐵中Cr與C生成的碳化鉻析出可以很好地提高材料的硬度并提升其耐磨性,同時,Cr在鋼鐵表面可生成穩定鈍化膜,提高其耐蝕性;然而,高鉻鋼應避免在晶界處產生碳化鉻等富集,因為這會增加鋼鐵材料晶界處的脆性并降低晶界的耐腐蝕性,使其晶間腐蝕的傾向增大,并可能引起沿晶應力腐蝕開裂,成為應力腐蝕裂紋的起源。稀土作為我國的資源優勢,系統、深入地研制稀土對鋼鐵低溫力學性能及腐蝕性能的影響機理,有利于研發我國特色的極地鋼鐵材料;多種合金元素的添加對鋼鐵材料性能的影響不是簡單的疊加,全面評估多元素耦合作用下鋼鐵材料的性能影響機制,有利于找到更有效的、綜合提升鋼鐵使用性能的合金添加方案,另外,在利用合金化技術時,需要注意對鋼鐵冶煉、成型、熱處理、加工等技術的研究,因為這些技術對材料最終性能的呈現也會有影響[49]。

2.2 涂層技術

涂層可以在一定程度上有效地將金屬材料與腐蝕環境阻隔,從而達到金屬材料防腐的目的。目前國內外對極地船舶用涂層的研發很少[13],只有很少的企業可以提供涂層,如以純環氧技術為主的佐敦Marathon IQ和荷蘭阿克蘇諾貝爾國際Intershield 163 Inerta 160;以玻璃纖維/鱗片增強為主的中涂化工Permax及海虹老人Hempadur Multi-Strength GF 35870,這些極地船用涂層低溫下有較好的耐磨性及較低的摩擦系數。在極地環境中,由于環境溫度非常低且多暴風雨雪,暴露在極地海面以上的構件表面很容易覆蓋較厚的冰雪,這會影響構件的使用功能甚至造成破壞、引發事故。傳統涂層在極地特殊環境下,亦可能會導致其致密性降低、膜基結合力減弱以及自身脆化等問題,從而使其失效。因而極地特色的環境特點對極地鋼鐵材料表面涂層的性能提出了新的挑戰,極地鋼鐵涂層需要滿足如下幾個方面的要求。1)涂層需要抗冰。開發超疏水涂層材料[50],可有效降低鋼鐵材料表面的液滴數量,延長液滴結冰所需時間,但長時間的高濕低溫環境常會導致這類涂層失效,如何避免這種失效還亟待進一步研究;同時也可以考慮采用自熱材料、光熱材料或電熱材料等避免涂層表面結冰。目前硅基超疏水涂層、石墨基加熱涂層、形狀記憶合金涂層[51]等均有較優的抗冰性能。2)涂層需要耐磨耐沖擊,尤其是在極地的冰-水磨蝕區,這種性能的重要性更加明顯。聚氨酯與納米二氧化鈦增韌環氧樹脂具有優秀的斷裂伸長率、耐沖擊性及拉伸強度,可適用于低溫環境下的船舶保護[52];鎢摻雜類金剛石薄膜(DLC-0.9at.%W)涂層具有較低的孔隙率和較高的硬度,可提高涂層的耐磨性能[53]。3)涂層需要低溫防腐性能。低溫常會導致有機涂層脆化,這將增加涂層破裂失效的風險,因而涂層的低溫脆裂溫度是其在極地服役的一個重要的指標,研發耐低溫脆化的涂層對于涂層低溫防腐性能非常重要。4)涂層應綠色環保,這對整個極地環境的保護是非常重要的,也是目前涂層研發的熱點方向之一。除研發極地涂層外,適應極地涂層的涂裝技術也亟待進一步研究及優化。鋼鐵材料表面涂裝過程中,涂層的完整程度等指標直接決定其后續的服役性能,涂層中的裂紋等缺陷會使鋼鐵材料表面產生陰陽極分化,導致鋼鐵材料發生局部腐蝕[54],因此,優化涂裝工藝也非常重要。

2.3 陰極保護技術

陰極保護技術是海洋防腐常用方法之一,其是基于電化學熱力學角度防腐的一種技術。海洋中的陰極保護技術可分為犧牲陽極的陰極保護和外加電流的陰極保護[55],目前海洋工程中廣泛使用鎂、鋅、鋁及其合金等作為犧牲陽極。陰極保護技術在極地環境中的應用尚處于研發階段,目前其在極地環境中的應用還存在諸多問題,如極地冰雪覆蓋等影響對犧牲陽極的陰極保護的陽極腐蝕過程可能會有阻礙作用,影響其電化學活性,從而降低了犧牲陽極的防腐效果;另外,外加電流的陰極保護需從陰極保護系統中的電源設備、輔助陽極等方面進一步研究優化[56]。極地復雜且苛刻的特色環境,使得極地鋼鐵材料在使用時的自腐蝕電位會存在較大差異,如何布局犧牲陽極的位置和大小、選擇施加的陰極電位等都需要根據具體環境的要求進行系統研究,防止因陰極保護設計不合理而導致的被保護鋼鐵材料發生腐蝕或充氫等問題。

3 極地鋼鐵材料的發展方向

為發展海洋強國戰略,開發利用極地資源,中國極地研究中心、中國船級社、上海海事大學、中國海洋大學、吉林大學、寶武鋼鐵、鞍山鋼鐵、江南造船等多家研究院所及企業都將極地鋼鐵材料的研制作為其工作方向之一[13]。

極地鋼鐵材料的研發,首先需要滿足其在極地環境下使用的力學性能要求。極地鋼鐵材料作為結構材料在極地特色的低溫、高鹽、大風、高浪、暴風雨雪、浮冰等環境下服役時,要求極地鋼具有低的脆韌轉變溫度、高的屈服強度、優的低溫止裂性、好的焊接性,同時還應具有優秀的耐磨性等。關于極地鋼鐵材料力學性能的研究,除深入探究其化學成分、微觀組織等對其基本力學性能的影響機制外[57],還應根據工況考慮其低溫疲勞、低溫耐磨等性能及相關力學性能之間的關聯關系等[58-59]。極地鋼鐵的研發應從調整鋼鐵材料成分、表面處理、制備工藝等多個角度提升其綜合低溫力學性能[49, 60-61]。

極地鋼鐵材料的研發需要在滿足其低溫力學性能要求的同時兼顧其耐腐蝕性能。極地特色的腐蝕環境對于極地鋼鐵材料的耐腐蝕性能要求也是非?？量痰?揭示極地鋼鐵材料化學成分、微觀組織、制備工藝等對其在極地各種腐蝕環境下的腐蝕機理,尤其是冰雪、冰水存在時的極地大氣腐蝕、磨蝕、疲勞腐蝕、沖刷腐蝕等極地低溫腐蝕機理;極地鋼鐵材料作為結構鋼,在極地環境中服役時還應考慮其極地環境中的應力腐蝕機理、力學-化學效應等腐蝕機理;基于上述理論研發具有綜合低溫力學性能及耐極地環境腐蝕的鋼鐵材料是極地鋼鐵材料研發重要的方向;開發我國自主知識產權、特色的、國產化[62]的極地鋼鐵材料產品體系也是非常重要且有意義的一項任務。為了對極地鋼鐵材料在極地各種腐蝕環境中的腐蝕機理進行研究,除開展極地實地腐蝕實驗研究外,實驗室模擬研究也是非常有效的一個方向。在實驗室模擬研究方向中,研制模擬極地各種腐蝕環境的裝置、研制模擬冰的制備是必要的基礎,也可以基于數值模擬等技術進行模擬仿真研究[63],同時需要對極地實地腐蝕實驗結果與實驗室模擬研究結果進行相關性分析。

極地鋼鐵材料的研發還需配套研究極地鋼鐵材料在極地環境中適用的防護技術。研發抗冰、耐磨、耐蝕、綠色的低溫涂層,揭示極地環境下涂層的防腐機理、調整涂層設計、研究涂層與金屬界面科學問題、優化涂裝技術都是重要的研發方向;在極地陰極保護技術研發中,需要研究陰極保護技術的適用性,基于陰極保護理論研究布局犧牲陽極的位置和大小、設計合理的陰極保護電流大小、研制配套陰極保護裝備等內容,同時,還可基于數值模擬等技術,利用有限元等方法研究及優化陰極保護技術。

4 結 論

極地環境是具有溫度低、海水鹽度高、風大、海浪高、暴風雨雪、浮冰和極夜等特殊條件的極端環境,其與傳統海洋腐蝕環境有明顯的區別,因而對極地鋼鐵材料的腐蝕提出了更苛刻的要求。本文通過對極地特色的腐蝕環境進行系統地分析并歸納整理,將極地腐蝕環境分為極地大氣區、極地冰水磨蝕區、極地海洋全浸區、極地海底泥土區等4個腐蝕區域,詳細分析了各種極地腐蝕環境中極地鋼鐵材料面臨的腐蝕問題,并進一步從合金化、涂層技術、陰極保護技術3個方面梳理了改善極地鋼鐵材料腐蝕問題的防護方法。極地鋼鐵材料在極地各種腐蝕環境下的腐蝕機理尚亟待深入的研究,基于腐蝕機理的研究結果,研發具有綜合低溫力學性能及耐極地環境腐蝕的鋼鐵材料是科學開發和利用極地資源的基礎,開發我國自主知識產權、特色的、國產化的極地鋼鐵材料產品體系是非常重要且有意義的一項任務,極地鋼鐵材料的研發還需配套研究極地鋼鐵材料在極地環境中適用的防護技術。