1.1不锈钢在国内外海洋平台应用现状

海洋环境不同于陆地环境，较陆地环境相比，海洋环境洋流剧烈、海温和压力随深度变化较大。输送油气的管道受、等影响较为严重，海底微生物种类繁多，因而更易遭受化学腐蚀和微生物腐蚀。国内外为减轻腐蚀多采用特殊钢材料，如抗菌不锈钢、耐蚀合金等。目前国外海洋平台用先进特殊钢钢种主要包括超级奥氏体不锈钢、超级铁素体不锈钢、高强度奥氏体无磁不锈钢等。双相不锈钢以其优良的耐腐蚀性、高强度和易于加工制造等优异性能在海洋平台的应比较普遍，特别是因为其具有铁素体和奥氏体的混合结构，使其在对抗氯化物的侵蚀方面有很好的效果，最适合在富含氯离子的介质中，以及某些酸介质中使用高性能的海洋平台用特殊钢材料在国外早已商业化生产多年，代表性的海洋油气资源开发工程用高性能 Cr-Ni-Mo-N 体系超级奥氏体不锈钢和耐蚀合金材料典型牌号主要包括：含 N 的 Mo 合金化高性能超级奥氏体不锈钢、耐蚀性能优异的 Ni-Cr-Mo 耐蚀合金及以 Mn、N 代 Ni 的高强无磁奥氏体不锈钢。不锈钢的近代发展目标是超级不锈钢———超级奥氏体、超级铁素体、超级复相不锈钢，这些钢可在大范围内解决局部腐蚀问题并在某些用途中可替代钛和镍基合 。高性能奥氏体和超级奥氏体不锈钢及耐蚀合金产品普遍确立了海洋平台上方、水下输送管道及泵阀、井下钻探三大类应用领域，目前已在诸如北海油田、波斯湾油田、墨西哥湾油田等数百个海洋油田的平台建设中的大量使用。海洋石油平台用钢的类别品种，包括一般强度钢、高强度钢、超高强度钢，以及耐海水腐蚀低合金钢、齿条钢、Z向钢、适合高热输入焊接钢、高强度系泊链钢、高强度铸钢等特殊用途钢近年来我国海工用特殊钢领域工业化生产及下游平台用海工装备部件的制造均已有一定程度的开展。部分典型部件如钻具、管道、换热器、泵阀等已在陆海油气田以及石化工业中得到初步应用，但作为海工用特殊钢生产企业，产品生产一般都直接模仿国外定型产品，品种单一，没有健全的海工用钢体系标准；起步晚、装备水平参差不齐、工艺水平和产品档次较为落后。新产品创新能力差，先进设备利用率低下。无论是上游特殊钢材料开发及中游的关键典型件生产，还是下游海洋平台项目的应用，都存在规划性、模式性的发展问题。目前，我国海洋工程用特殊钢产业发展的模式也应当逐步走上良性轨道，国家层面也应由项目、企业和科研院所牵头，出台相应的行业和材料标准，使海洋平台用先进特殊钢材料的产学研各个环节更加规范化和法制。同时为更好地使钢铁资源持续发展，废钢的回收利用和延长钢铁的使用寿命就理应受到重

1.2目的及意义

目前我国多数海洋工程结构处于裸露或欠保护状态，腐蚀损失巨大。保证各种海洋工程设施的耐久性和安全性，降低重大灾害性事故发生，延长这些重大工程设施使用寿命，是我国经济发展中需要迫切解决的关键性问题和共性问题。在海洋环境下，不锈钢的腐蚀大多来自于海洋微生物的腐蚀作用，而在种类繁多的微生物中腐蚀性最强烈最复杂的就是海洋细菌的腐蚀影响。

研究海洋细菌对不锈钢的腐蚀影响，了解其腐蚀机理，可降低海工设施装备结构损伤、使役寿命延长，是关系到国计民生的重要问题。同时，可减少因严重的腐蚀引起的突发性灾难事故，污染环境，危及人民群众的生命财产安全等问题。

1.3国内外就海洋细菌对不锈钢腐蚀影响的研究现状

海洋腐蚀问题是海洋开发过程中面临的威胁之一。由海洋腐蚀所引起的灾难性事故案例很多， 2010 年 4 月 20 日，英国石油公司墨西哥湾“深，水地平线”钻井平台海底阀门失效导致爆炸;2013 年 11 月 22 日，山东青岛经济开发区排水暗渠发生爆炸;这些事故的发生都与海洋腐蚀密切相关。2016 年 3 月，全球腐蚀调查报告表明，世界平均腐蚀损失约占全球国民生产总值（GNP）的 3.4%。一般认为，海洋腐蚀损失约占总腐蚀损失的 1/3。因此海洋腐蚀的损失是惊人

Cheng S， Tian J T， Chen S G，运用电化学技术（电化学阻抗谱和电位极化曲线）进行需钠弧菌对303不锈钢的影响研究，为了阐述其腐蚀机理，将303不锈钢样片分别置于四种不同介质中。利用不同等效电路对EIS结果进行解释，模拟生物膜物理电学特性。结果表明，N2—fixation实际上促进了303不锈钢的腐蚀；然而，生成的NH3的影响几乎可以忽略不计。可以推测，电子转移或生成的催化剂可能会影响腐Liu W注意到一艘新游艇上的双相不锈钢发生了腐蚀速率极高的腐蚀行为，ESEM/ED和XPS分析表明，失效模式为MIC。细菌优先附着在奥氏体颗粒上，形成菌落“中心”。奥氏体晶粒优先腐蚀形成“海绵”特征。剩下的铁素体颗粒形成“骨架”结构。XPS检测到的硫酸盐表明SOB参与MIC。SRB和SOB共生增值假说可以解释其极高的腐蚀速率。SRB将硫酸盐从海水中转移到硫化物中，SOB将硫化物转化为极酸。SOB蚀速率高，应是其失效的主要原因。通过SES和EDS分析，证实了发生了氮化效应。高含氮量吸引细菌附着和增值。这一发现就揭示了为什么焊缝易受MIC影响的奥。

海洋腐蚀中微生物的腐蚀不容小觑，而微生物腐蚀中腐蚀性最强的则是细菌腐蚀。细菌可分为好氧细菌和厌氧细菌，好氧细菌如：铁氧化细菌等；厌氧细菌如：硫酸盐还原菌等；铁氧化细菌(IOB)在自然界中分布甚广，形态多样，一般呈杆、球、丝状，在中性含有机物和可溶性铁盐的水、土壤，尤其在金属表面锈层中极易存在。硫酸盐还原菌在自然界中分布亦极为广泛，尤其是钢铁表面氧化皮及锈层下面。温度高于 70～80℃ ，压力为 700～1000 Pa 的地层中也有极强的生命力。这类细菌的特点是既能利用有机酸为给氢体，也能直接利用氢，以硫酸盐为最终电子受体进行还原作用，最终产物是硫化物，如硫化氢。 学者闫琳娜采用最大可能菌数法测定不同培养时间下的培养液中细菌的数量，绘制细菌生长曲线，得到了青岛海水细菌的生长规律(分为四个周期:迟缓期、对数生长期、稳定生长期、衰亡期) 通过对海水中的细菌进行分离，培养，得到两种不同形态的单菌落:一种是圆形、隆起、边缘呈波状的菌落，一种是点状、扁平、边缘基本整齐的菌落。暴露30天左右，不锈钢在有菌培养基中的腐蚀速度高于在无菌培养基中的腐蚀速度，且随暴露时间的延长，不锈钢在两种介质中的腐蚀速度差别(比值)呈增大的趋势。在实验室对优势菌种进行了平板培养，制备了覆盖有生物膜的不锈钢电极，用交流阻抗测试技术研究了不锈钢在生物膜下的腐蚀行为。浸泡初期不锈钢表面的生物膜比较致密均匀，因而腐蚀过程受到抑制，随着浸泡时间的延长，生物膜变得疏松，不锈钢腐蚀加快，一旦培养基中的营养物质消耗殆尽，细菌停止生长，逐渐死亡，生物膜开始脱落，不锈钢表面又快速形成一层均匀致密的钝化膜，生物膜的存在实际上是延缓了不锈钢钝化膜的形。

采用开路电位测量、极化曲线和电化学交流阻抗 (EIS)研究了由小球菌和硫酸盐还原菌 (SRB)构成的混合菌种对碳钢腐蚀行为的影响.结果表明 :在有限生长条件下 ，小球菌明显地抑制了硫酸盐还原菌的快速生长 ;混合菌种大幅度降低了碳钢的腐蚀速度 ;该结果为更有效地防治微生物腐蚀提供了新思。 混合微生物膜能够抑制碳钢的腐蚀，而硫酸盐还原细菌加速腐蚀，铁还原细菌作用下的铁磷酸盐化合物和绿锈生成可能是抑制腐蚀的主要因徐怀恕等人从青岛港钢板桩的锈层中分离到三种腐蚀性细菌。经鉴定这三种细菌是氧化硫杆菌，排硫杆菌和脱硫脱硫弧菌。用失重法测定了这三种细菌对四种钢样的腐蚀速率。氧化硫杆菌的腐蚀速率为53.5m.d.d.（毫克/平方分米/天），排硫杆菌的腐蚀速率为23.6mdd，脱硫脱硫弧菌的腐蚀速率为9.9m.d.d.。这三种细菌的腐蚀能力强应该与其含硫元素有张倩学者通过电化学方法，扫描电子显微镜技术以及相关表面分析技术，研究硫酸盐还原菌在不同环境中对不锈钢的腐蚀作用和排硫杆菌对不锈钢的腐蚀作用。研究表明在有氧环境中硫酸盐还原菌的代谢活动受到抑制，利于不锈钢钝化膜的修复，因此与无氧条件相比，减缓了不锈钢的腐蚀过程，同时，有氧条件下形成的生物膜疏松且分布不均匀，氧气饱和环境中硫酸盐还原菌为了形成局部厌氧环境发生明显的团聚现象。排硫杆菌对不锈钢的腐蚀行为的影响作用不同，排硫杆菌的代谢活动使得环境中的 pH 下降，但由于 304 不锈钢表面的钝化膜以及生物膜的保护作用，阻挡了腐蚀性离子，因此排硫杆菌对不锈钢的腐蚀具有一定的抑制作 相似发现在国外也曾报道过，Applied Microbiology and Biotechnology学术期刊中曾经提出过无菌好氧生物膜能够抑制铁和铜的普遍腐