海洋腐蝕環(huán)境下高強度鋼材研究現(xiàn)狀及發(fā)展趨勢

魏歡歡,陳 晨,鄭東東,杜小云

(1.東南大學(xué)土木工程學(xué)院,江蘇 南京 211189;2.西安理工大學(xué)省部共建西北旱區(qū)生態(tài)水利國家重點實驗室,陜西 西安 710048;3.西安建筑科技大學(xué)土木工程學(xué)院,陜西 西安 710054;4.大連理工大學(xué)土木工程學(xué)院,遼寧 大連 116086)

進入21世紀(jì)后,隨著國家基礎(chǔ)建設(shè)飛速發(fā)展,城鎮(zhèn)化推進水平的不斷提升,對于自然資源的需求量日益增多;然而,國內(nèi)當(dāng)下可以開采利用的燃氣、石油等面臨嚴(yán)重匱乏,已然無法為人類后續(xù)生產(chǎn)生活給予切實可靠的物質(zhì)基礎(chǔ)。近些年來,由于海上風(fēng)電工程項目建設(shè)大力推進,海洋清潔能源開發(fā)利用取得了良好的社會效益及經(jīng)濟效益,為實現(xiàn)綠色、環(huán)保、協(xié)調(diào)、可持續(xù)發(fā)展理念具有重要意義[1-3]。中國作為一個海洋大國,擁有海域管轄面積約為300多萬km2,自黨的十八大以來,海洋資源開發(fā)與利用備受國家高度重視,科技部、海洋局等部門相繼發(fā)布《全國科技興海規(guī)劃(2016—2020年)》和《“十三五”海洋領(lǐng)域科技創(chuàng)新專項規(guī)劃》,明確了海洋領(lǐng)域的創(chuàng)新發(fā)展目標(biāo)及作用機制[4],海洋工程建設(shè)進入前所未有的黃金時期,與此同時,海洋科學(xué)技術(shù)攻關(guān)任務(wù)是引領(lǐng)未來研究領(lǐng)域的重要方向之一,同樣也面臨著極大的挑戰(zhàn)與考驗。伴隨海洋強國與“一帶一路”倡議提出,積極開展“智慧+海洋”建設(shè),海洋結(jié)構(gòu)工程的擬建及安全維護對國民經(jīng)濟發(fā)展密切相關(guān),為推動軍民融合及政策落實提供基礎(chǔ)保障。

相比于普通用鋼及其他工程材料而言,高強度鋼材(High Strength Steel,簡稱HSS,指屈服強度不低于460 MPa鋼材)具有良好的承載性能、剛度大、可焊性等特點[5-9],采用高強鋼能夠降低工程體系用鋼量,減輕在役結(jié)構(gòu)自身載荷,節(jié)點連接區(qū)域安全儲備性能良好,滿足現(xiàn)代工程鋼結(jié)構(gòu)大跨度及建筑空間利用率的需求,在近海海岸防護、跨海橋梁設(shè)計中得到諸多工程師的青睞與支持,廣泛應(yīng)用于海洋燃氣勘探及開發(fā)等領(lǐng)域。但是,服役于海洋苛刻環(huán)境下的鋼構(gòu)件,長期遭受H2O、Cl-等介質(zhì)的侵蝕影響[10-12],母材表面及構(gòu)件連接部位分布不均勻銹蝕物,從而發(fā)生破壞或變質(zhì)。根據(jù)《中國腐蝕調(diào)查報告》顯示[13],中國每年因為腐蝕所造成的自然災(zāi)害及安全維護成本高達5 000多億元,大約占到國民經(jīng)濟生產(chǎn)總值近5%,腐蝕現(xiàn)狀不僅耗費自然資源十分嚴(yán)重,而且容易引發(fā)重大安全事故,見圖1;除此之外,當(dāng)遭受隨機荷載共同作用時,其塑性韌性明顯變差,服役壽命迅速降低[14-19],失效現(xiàn)狀遍及全球各行各業(yè),諸如能源、機械、土建、交通及國防尖端技術(shù)等領(lǐng)域。迄今為止,針對復(fù)雜環(huán)境下的高強鋼工程結(jié)構(gòu)設(shè)計理論及方法仍然存在不足,尚未提出切實有效的安全防護措施,難以發(fā)揮材料自身的性能優(yōu)勢。

a)橋墩腐蝕

為了給海洋環(huán)境下高強鋼工程應(yīng)用及相關(guān)課題工作開展提供參考,本文基于實際海洋區(qū)劃及腐蝕成因、作用機制、力學(xué)性能退化規(guī)律和分析方法,結(jié)合國內(nèi)外學(xué)者成果進行綜述,討論高強鋼耐久性研究進展及不足,最后提出了海洋環(huán)境下高強度鋼材的研究趨勢。

1 海洋區(qū)域劃分

由于海水存在大量氯離子等,并且相比其他環(huán)境濕度及復(fù)雜程度普遍要高[20]。研究領(lǐng)域?qū)⒑Ｑ蟾g環(huán)境劃分為海洋大氣環(huán)境[21]及海水環(huán)境[22],研究數(shù)據(jù)表明不同環(huán)境下的腐蝕機理與腐蝕類型各不相同。另一方面,一些學(xué)者又將海洋環(huán)境劃分為大氣區(qū)、浪濺區(qū)、潮差區(qū)、全浸區(qū)和泥土區(qū)5個部分。研究結(jié)果表明[23-25],長期遭受海洋浪濺區(qū)大氣O2及Cl-等介質(zhì)影響下,加之海水干濕交替、溫差效應(yīng)的耦合作用,承重構(gòu)件表面的銹蝕程度最為嚴(yán)重,平均腐蝕速率大約為0.3～0.5 mm/a,部分海域測試結(jié)果超過了1.0 mm/a。若位于潮差區(qū)時[26-27],由于暴露于大氣環(huán)境下,同時受到海浪高潮與低潮的反復(fù)作用,腐蝕相對也較為嚴(yán)重,表面呈現(xiàn)出點蝕形貌大量分布,局部區(qū)域完全被銹層包裹;另一方面,也有研究數(shù)據(jù)顯示[28-29],由于海水沖刷時所附著微生物的保護,在一定范圍內(nèi)可抑制腐蝕行為的快速擴展。海洋大氣區(qū)及泥土區(qū)的腐蝕速率最小,約占浪濺區(qū)腐蝕速率的12%左右。由此可知,在海洋浪濺區(qū)的鋼結(jié)構(gòu)平臺,局部腐蝕損傷作用會致使構(gòu)件連接區(qū)域提前破壞[30-31],實際工作壽命急劇縮短,正確認(rèn)識海洋腐蝕成因及作用機理,掌握腐蝕全壽命周期預(yù)測方法,對于工程選材及實際應(yīng)用起著至關(guān)重要的作用,為后續(xù)開展海上服役工程體系的安全防護提供可靠依據(jù)。綜上所述,鋼結(jié)構(gòu)耐久性問題對近海海岸、海洋領(lǐng)域研究具有重要意義。海洋環(huán)境下鋼材腐蝕速率曲線見圖2。

圖2 海洋環(huán)境下鋼材腐蝕速率曲線

為開展海洋不同地域下鋼材腐蝕損傷對比分析,中國學(xué)者以浪濺區(qū)復(fù)雜環(huán)境為背景[32],分別選取青島、舟山、廈門和湛江4個沿海海域,進行實海掛片試驗,對銹蝕板材表面損傷成因展開討論,根據(jù)測試結(jié)果發(fā)現(xiàn),腐蝕損傷大小不僅取決于海水潮位起伏高低,而且和海洋環(huán)境氣候條件密切相關(guān),即不同海域浪濺區(qū)實測結(jié)果具有差異性。另外,為進一步驗證上述結(jié)論的準(zhǔn)確性,胡杰珍[33]對不同海域進行室內(nèi)腐蝕試驗,研究表明在模擬海洋浪濺區(qū)環(huán)境時,鋼材表面整體呈現(xiàn)出電化學(xué)腐蝕現(xiàn)象,由于其表面附著飽和氧化性電解質(zhì)薄液膜,若處浪濺區(qū)干濕交替的狀態(tài)下,并且長期在海洋高濃度氧化介質(zhì)、充足日照及大氣環(huán)流耦合作用,腐蝕損傷量遠超出其他海域。

2 海洋環(huán)境下高強鋼腐蝕研究進展

2.1 海洋腐蝕現(xiàn)狀研究

海水是富集多種自由離子的混合型腐蝕性介質(zhì),主要成分為氯化鈉,另外含有鎂、鉀、碘、溴等各種元素的其他鹽類,因此海水被公認(rèn)為含鹽度較高,并且一般將30%左右的含Cl-混合溶液作為模擬海水介質(zhì)[34-35]。其中,腐蝕是指金屬材料長期暴露在外界環(huán)境中,表面與環(huán)境介質(zhì)之間接觸而發(fā)生化學(xué)/電化學(xué)反應(yīng),造成構(gòu)件力學(xué)性能快速衰退,整體失效的一種自然現(xiàn)象[36]。高強鋼作為土木工程不可或缺的建造用材,受腐蝕性介質(zhì)種類、含量差異影響顯著,在海水侵蝕作用時的損傷破壞程度更為嚴(yán)峻,一般而言,材料表面腐蝕分布具有隨機性,針對均勻腐蝕[37-38],因為損傷累積程度過高勢必造成銹層剝離,導(dǎo)致構(gòu)件性能減退或者完全喪失,故通過截面折減方法可快速表征均勻腐蝕,如果發(fā)生局部腐蝕時[39],鑒于不同環(huán)境區(qū)域下的腐蝕狀況并不相同,材料表面各個部位腐蝕速率和蝕坑深度差異明顯,極易誘發(fā)鋼結(jié)構(gòu)的整體失效,也就是說局部腐蝕存在很大概率上的不確定因素,致使表面微觀形貌分布無規(guī)律性,能夠大幅削弱材料自身性能優(yōu)勢,通常具有控制系數(shù)低、失效速率快、隱蔽性強和急劇突發(fā)性等缺陷,相比均勻腐蝕而言危害性更為嚴(yán)重,服役期間的結(jié)構(gòu)使用壽命難以預(yù)估,極易造成嚴(yán)重的工程事故[40]。綜上可知,局部腐蝕一直以來備受研究者的高度關(guān)注。其中,局部腐蝕特征及作用方式見表1。

表1 金屬材料腐蝕類別

從20世紀(jì)初期,部分學(xué)者已關(guān)注腐蝕對鋼結(jié)構(gòu)的危害性,鑒于當(dāng)時條件有限,因此各個國家基本采用暴露腐蝕試驗進行實際觀測,根據(jù)數(shù)據(jù)表明,自然暴露腐蝕在一定程度上可揭示腐蝕的真實狀況,采集數(shù)據(jù)方法相對簡便靈活[45-47]。其中,美國ASTM最早開始建立實際腐蝕觀測站,獲取不同腐蝕環(huán)境的暴露腐蝕數(shù)據(jù),為后續(xù)研究鋼材腐蝕提供參考;隨之英國學(xué)者開展了鋼材的自然暴露腐蝕試驗,建立更為全面大氣腐蝕研究系統(tǒng);在此之后,蘇聯(lián)、日本等多個國家相繼建立自然暴露腐蝕檢測機構(gòu)。中國學(xué)者研究了鋼材在不同海域環(huán)境下腐蝕行為,獲取了大量的試驗數(shù)據(jù),建立不同環(huán)境中的鋼材腐蝕預(yù)測模型后,初步得到了腐蝕損傷與環(huán)境作用之間的微觀機理[48-50]。

另一方面,為克服自然腐蝕周期長、地域差異大、花費成本多等缺點,一些學(xué)者通過室內(nèi)人工加速腐蝕試驗的方法模擬實際海洋環(huán)境,以獲取金屬材料腐蝕行為及損傷機理,有效縮短了室外暴露試驗的長周期性,快速掌握影響腐蝕的各種因素[51]。但是,就目前而言國內(nèi)相關(guān)規(guī)范[52-53]尚未給出專門針對海洋環(huán)境下的鋼材室內(nèi)加速腐蝕方案,學(xué)者們主要是基于實際腐蝕現(xiàn)象及數(shù)據(jù)的相似性關(guān)系,相繼提出周期性浸泡試驗[54]、中性鹽霧試驗[55]、濕熱循環(huán)試驗[56]及電偶試驗[57-58]等加速腐蝕方法,彌補了中國海洋各類區(qū)域腐蝕研究的空缺。另外,考慮實際海洋復(fù)雜環(huán)境對于高強鋼性能的影響規(guī)律,部分學(xué)者基于傳統(tǒng)的人工模擬腐蝕試驗基礎(chǔ)上,設(shè)計了濕熱交替和鹽水周期性浸潤相結(jié)合的室內(nèi)加速方案[16-17,59-60],為后續(xù)開展海洋極端環(huán)境下各類金屬材料的腐蝕機理研究提供參考。

2.2 高強鋼腐蝕行為研究

服役于海洋環(huán)境下的高強鋼腐蝕影響因素眾多,除了與其材料組成的化學(xué)成分、幾何尺寸有關(guān)外,而且還和海水含鹽量[55]、海洋大氣干濕度[56]及溫度[61]密切相關(guān)。

2.2.1干濕度

由于海洋環(huán)境濕度普遍較高,金屬表面容易形成普遍較厚的腐蝕性水膜,減緩了外界氧氣到達鋼材表面的速率。一般而言,海洋濕度直接決定電化學(xué)腐蝕速率大小,當(dāng)超過70%時腐蝕速率增速最為明顯。此外,在反復(fù)干燥與潮濕環(huán)境交替中,鋼材表面附著氯化物增多,液膜含鹽濃度急劇提高,從而加促腐蝕行為的開展。

2.2.2溫度

溫度是影響腐蝕的重要因素之一。溫度及其變化影響著金屬表面水蒸氣的凝聚、腐蝕性氣體和各種鹽類在液膜里的溶解度,同時還影響著液膜的電阻。據(jù)研究發(fā)現(xiàn),溫度越高,腐蝕越嚴(yán)重,并且在不同海域和不同時期,由于環(huán)境溫度不同,此時腐蝕速率也不同。一般情況下,當(dāng)海水到達一定深度后,溫度不再發(fā)生明顯的變化。

2.2.3含鹽量

氯離子作為海水中常見的陰離子存在于海洋環(huán)境中,其具有較強的吸附性,極易在金屬表面形成電解質(zhì)溶液。而高強鋼材表面液膜中的Cl-能夠加速腐蝕的進行,伴隨含鹽量提高,液膜導(dǎo)電性越強,腐蝕速率加快,當(dāng)沉積較多氯鹽后,鋼材表面導(dǎo)電性逐漸提高,極易破壞材料的微觀結(jié)構(gòu)。

2.2.4腐蝕機理

高強鋼工程結(jié)構(gòu)服役于海洋潮濕、鹽霧及濕潤等復(fù)雜環(huán)境下,同時受到海洋微生物作用,極易誘發(fā)結(jié)構(gòu)銹蝕;若在海水Cl-吸附影響下表面會產(chǎn)分布較多的點蝕物,甚至產(chǎn)生裂紋源,長期處于氫的共同作用下[62],能夠引發(fā)應(yīng)力腐蝕開裂(Stress Corrosion Crack,簡稱SCC),造成鋼結(jié)構(gòu)的承載性能快速衰退以至于全部喪失,一般而言,鑒于工程結(jié)構(gòu)使用壽命要求普遍較長、服役環(huán)境遠離海岸,運行維護工藝?yán)щy,花費成本增多,近年來對于海洋用材高強鋼的耐久性研發(fā)需求不斷提升。

根據(jù)高強鋼在海洋環(huán)境下各類區(qū)域的腐蝕機理不同,分為化學(xué)腐蝕、電化學(xué)腐蝕與生物腐蝕[63]。其中,海水是一種含有多種鹽類并溶解部分氧氣的強電解質(zhì)溶液,一般鋼材發(fā)生腐蝕時主要在海水中呈電化學(xué)反應(yīng)過程。在潮濕的環(huán)境中,當(dāng)空氣中的含水量大于臨界值,構(gòu)件表面會形成一道水膜,材料局部區(qū)域會形成電位差,從而造成腐蝕。另外,通過以模擬海洋浪濺區(qū)環(huán)境特征為背景[16-17,23,64],開展了Q690高強鋼加速腐蝕試驗,以每20 d為一個平行腐蝕周期、每2 d為一個腐蝕環(huán)節(jié)(浸泡、干燥與濕熱循環(huán)交替進行),時間總計為100 d,最終得到了不同周期腐蝕樣本(圖3),研究結(jié)果表明隨著腐蝕時間增加,高強鋼表面生成點蝕物增多,后期以層片狀分布并包裹整個板材,質(zhì)地較為疏松,預(yù)設(shè)周期長短對材料腐蝕損傷影響顯著,根據(jù)微觀掃描發(fā)現(xiàn)表面形貌是由點蝕逐漸向坑蝕過渡,焊縫區(qū)、熱影響區(qū)的腐蝕產(chǎn)物分布復(fù)雜程度遠遠大于母材區(qū)。同時,范益等[65]根據(jù)Q690鋼材腐蝕周期與銹坑深度結(jié)果可知,兩者大致呈冪函數(shù)關(guān)系,表面致密銹層對材料內(nèi)部具有較好保護作用,驗證了文獻[16-17]所指出腐蝕坑尺寸隨著時間演變的基本規(guī)律。

a)母材區(qū)形貌分布

根據(jù)微觀機理解析可知材料表面微觀原子由初始穩(wěn)態(tài)變?yōu)橛坞x態(tài),固有保護膜破壞,逐漸失去電子,從而發(fā)生吸氧腐蝕,過程如下:

O2+2H2O+4e-→4OH-

(1)

Fe→Fe2++2e-

(2)

Fe2++4OH-+O2→FeOOH

(3)

此外,文獻[66]指出,在濕潤條件下,FeOOH能夠吸收外界游離電子,生成Fe3O4,材料表面pH偏堿性,反應(yīng)機理如下:

(4)

在海洋大氣環(huán)境中[67],生成物Fe3O4與空氣中O2和H2O繼續(xù)發(fā)生反應(yīng),過程如下:

(5)

由式(1)—(5)可知,普通環(huán)境下鋼材表面產(chǎn)物主要化學(xué)成分為FeOOH,在濕潤條件中,FeOOH繼續(xù)吸收游離電子,生成Fe3O4;處于干濕交替環(huán)境時,Fe3O4又繼續(xù)與空氣中O2和H2O發(fā)生反應(yīng),見式(5),促使銹蝕過程加劇,這也是浪濺區(qū)腐蝕嚴(yán)重的原因之一;綜上可知,試驗結(jié)束后的銹蝕物主要成分為Fe3O4和FeOOH混合物。另一方面,有學(xué)者[68-69]認(rèn)為,鋼材本身富含的硫化物可通過自催化作用,與Fe發(fā)生反應(yīng),生成FeSO4。

3 海洋腐蝕高強鋼力學(xué)性能研究

在近海及海岸建、構(gòu)筑物中,采用高強鋼能夠有效減小構(gòu)件截面與焊縫尺寸、降低工程建造成本,提高海浪作用下結(jié)構(gòu)的疲勞強度;但是,由于長期服役海洋苛刻環(huán)境下,面臨高氯離子、干濕循環(huán)下的海水沖蝕影響,加之波浪荷載作用,構(gòu)件內(nèi)部存在的累積損傷超過臨界值后將會開始萌生裂紋至最終失效,其行為具有普遍性[70-72]。為此,開展海洋環(huán)境下銹蝕高強鋼的力學(xué)性能退化規(guī)律研究尤為重要。

基于上述工程背景,國內(nèi)外學(xué)者開展銹蝕高強鋼力學(xué)性能方面的研究課題[3,73]。其中,Beaulieu等[74]根據(jù)室內(nèi)加速腐蝕試驗結(jié)果,分析了銹蝕角鋼力學(xué)特性,給出了構(gòu)件受壓性能評估方法。Hao等[75]通過銹蝕E690高強鋼力學(xué)試驗,研究表明在干濕交替條件下極易產(chǎn)生應(yīng)力腐蝕,應(yīng)力強度與腐蝕性介質(zhì)濃度決定裂紋擴展速率。Fu等[76]通過模擬不同腐蝕周期下方鋼板受力性能,給出腐蝕群孔尺寸、數(shù)量分布對于板材屈曲形態(tài)的影響規(guī)律。Jia等[77]進行了銹蝕NV-D36高性能鋼材往復(fù)加載試驗,研究表明疲勞累積損傷造成鋼材的極限應(yīng)變值減小。Luo等[78]通過海洋腐蝕環(huán)境下S135高強鋼材的疲勞性能研究得出,隨著加載應(yīng)力幅提高,疲勞條紋數(shù)量減小,壽命相比普通大氣環(huán)境偏低。Han等[79]根據(jù)Q345D對接焊縫試件腐蝕疲勞試驗結(jié)果,擬合了S-N曲線,研究試件的裂紋擴展機理,結(jié)果表明在疲勞荷載作用下的點蝕形貌密集區(qū)易產(chǎn)生應(yīng)力集中。Jiang等[80]、Cui等[81]基于腐蝕疲勞演化模型,研究了銹蝕高強鋼絲表面微觀形貌特征,建立了剩余壽命預(yù)測方法。

除了上述研究現(xiàn)狀介紹外,文獻[16-17,23,64]以國產(chǎn)Q690高強度鋼材為研究對象,開展了銹蝕試件的靜力拉伸及疲勞試驗研究,建立了相關(guān)本構(gòu)模型及損傷分析模型,給出了不同腐蝕周期下的力學(xué)性能退化規(guī)律,為國產(chǎn)高強鋼在海洋浪濺區(qū)環(huán)境下的應(yīng)用推廣提供參考。其中,靜力拉伸及疲勞破壞模式見圖4、5。

a)母材試件

a)未腐蝕(母材)

上述研究成果較好地評估了海洋環(huán)境下高強鋼力學(xué)性能,為后續(xù)課題開展提供思路及方法。其中,根據(jù)銹蝕試件靜力試驗結(jié)果得到不同周期力學(xué)性能退化規(guī)律,建立了腐蝕周期與屈服極限及變形之間的線性變化關(guān)系,在一定程度上可為銹蝕高強鋼性能研究提供參考,但是仍然未給出銹坑尺寸與腐蝕周期的定量表達式,以及銹坑數(shù)量、形狀和尺寸對其力學(xué)特性影響因素,缺乏模型建立的相關(guān)參數(shù);另外,學(xué)者[83-84]提出的蝕坑理論模型有效性在海洋工程高強鋼研究領(lǐng)域有待檢驗。

根據(jù)疲勞數(shù)據(jù)及斷口失效模式,得到各周期S-N曲線后,分析了疲勞裂紋源萌生成因及發(fā)展規(guī)律,評估了銹蝕高強鋼剩余壽命,建立了高強鋼腐蝕疲勞演化模型,為高強鋼設(shè)計及防護提供參考。該方法主要圍繞預(yù)腐蝕疲勞試驗,而實際工程往往處于腐蝕環(huán)境下,同時受到隨機載荷作用,后續(xù)可開展腐蝕疲勞耦合試驗;另外,基于連續(xù)性損傷力學(xué)進行疲勞壽命分析,沒有給出腐蝕周期及應(yīng)力比下的裂紋擴展路徑和尺寸變化規(guī)律,尚未建立裂紋尺寸、能量耗散與疲勞壽命之間關(guān)系,因此采用斷裂力學(xué)方法為基礎(chǔ)來研究銹蝕高強鋼疲勞性能顯然成果支撐不夠。同時,國內(nèi)外相關(guān)文獻對銹蝕高強鋼力學(xué)性能研究集中于焊縫分析,考慮連接節(jié)點復(fù)雜多樣性,亟需更多模擬海洋環(huán)境下高強鋼螺栓連接及其他新型節(jié)點的力學(xué)性能研究。

4 結(jié)論與展望

對海洋環(huán)境下高強鋼腐蝕特性及力學(xué)性能研究進行了綜述,回顧了相關(guān)課題常用研究方法的應(yīng)用現(xiàn)狀,然而,海洋環(huán)境下高強鋼失效因素復(fù)雜多變,基于相關(guān)機理研究提出的預(yù)測模型的精度和適用性有待提高。此外,隨著海洋事業(yè)及國家重大戰(zhàn)略需求,有效推進高強鋼在海洋及其他極端苛刻環(huán)境下的工程應(yīng)用,給出建議如下。

a)室內(nèi)腐蝕方案在一定程度上還原了海洋實際環(huán)境腐蝕過程,但是考慮腐蝕成因不全,人工腐蝕周期持續(xù)周期較短,尚未建立蝕坑尺寸與腐蝕周期的定量關(guān)系,對微觀腐蝕形貌演變規(guī)律有待深入了解,后續(xù)應(yīng)綜合考慮海洋環(huán)境多因素影響,討論高強度鋼材損傷成因分析,為蝕坑萌生及分布預(yù)測提供依據(jù)。

b)考慮海洋環(huán)境具有失效多階段性,進行在役工程結(jié)構(gòu)剩余壽命評估,由于高強鋼喪失工作性能主要是材料及連接區(qū)域微觀結(jié)構(gòu)發(fā)生劣化,通過開展裂紋擴展方面的分析,建立失效階段與多尺度壽命預(yù)測模型,以克服傳統(tǒng)單一尺度模型的缺陷與不足。

c)預(yù)腐蝕疲勞是將前期腐蝕累積作為材料的初始損傷,再根據(jù)疲勞試驗測試其壽命,而實際工程在腐蝕疲勞共同作用下,將點蝕坑的產(chǎn)生及裂紋擴展作為損傷變量,考慮兩者損傷之間的相互影響后,以此獲取海洋環(huán)境下高強鋼劣化全過程的定量表征方法。

d)通過銹損高強鋼力學(xué)性能展開相關(guān)試驗研究,為更好地將高強鋼應(yīng)用于實際工程中,有待連接節(jié)點及構(gòu)件等方面研究成果,為復(fù)雜環(huán)境鋼結(jié)構(gòu)工程設(shè)計提供理論基礎(chǔ)。