获奖项目名称：

高品质输油管用钢耐蚀性调控机理与应用

第一完成单位：

常州大学

项目联系人：

赵永刚

联系人电话：

18829595776

联系人邮箱：

zhaoyongg@cczu.edu.cn

项目简介：

2.1项目研究的目的意义

高品质钢管作为我国重大输油工程安全运行的核心基础材料，长期服役于高温、高压、高含量CO₂/H₂S及高矿化度等多因素耦合腐蚀环境中，普遍面临强韧性下降、焊接接头失效及腐蚀损伤等突出问题。发达国家在钢管强韧化协同制造、焊接可靠性提升及腐蚀膜层调控等方面长期占据技术主导，导致我国在此领域仍存在关键瓶颈，主要体现在：（一）钢管强韧性协同调控能力不足，缺乏系统的强化理论指导；（二）厚壁/大口径钢管焊接接头残余应力偏高，整体服役性能波动较大；（三）腐蚀膜层设计及膜-基界面调控技术不成熟，难以适应多场耦合腐蚀工况。针对上述问题，项目依托国家自然科学基金等课题，经过10余年持续攻关，在钢管强韧耦合调控、高残余应力控制与可靠性焊接以及腐蚀产物膜保护效果提升等关键技术上实现重要突破。主要科技创新成果如下：

2.2主要技术创新点

1. 创新了基于多相组织精细调控的钢管强度与韧性协同提升技术。通过阐明Cu、Cr、Nb和Mo等合金元素协同效应对晶界强化与析出强化的作用机制，建立了融合微合金化与轧制-热处理工艺的全流程钢管性能增强体系，形成了针对高品质钢管材料的成分-组织-强韧性一体化调控方法。相较于传统输油钢管材料，该材料实现了超细晶粒，其强度与韧性同步提升，同时冲击韧性突破360J。

2. 发明了基于切口张开量的钢管残余应力定量控制方法与判据技术。构建了切口张开量与焊接残余应力场之间的定量关联模型。进一步优化了管端厚度与坡口结构设计，开发出适用于厚壁/大口径钢管的一体化焊接工艺体系，实现了焊接接头残余应力的精确控制与综合性能提升。焊缝区域抗拉强度与母材差异性减小，夏比冲击功达到300J以上，面弯与背弯试验均未出现裂纹，残余应力指标符合相关标准要求。

3. 独创了通过构建富电子腐蚀产物膜层以提升钢管耐蚀性的界面调控技术。首次揭示了Cu、Cr、Nb、Mo等合金元素诱导形成富电子腐蚀产物膜层对腐蚀介质的阻隔机制，构建了以合金元素-膜层结构-腐蚀行为为主线的耐蚀钢管设计体系。应用该技术后，高品质钢管耐点蚀性能相比于原始钢材提升20%，在高温、高压、高H₂S/CO₂等苛刻环境中的服役稳定性得到显著提升。

2.3成果产生的价值

  项目参编行业标准1部，授权国家发明专利6件，计算机软件著作权1件，发表SCI/EI等论文11篇，形成了具有自主知识产权的高品质钢管关键技术与工程化应用体系。本项目成功应用于CCUS-EOR和盐穴储气库等多项国家重大战略工程，发挥了行业引领和示范作用。2022-2024年新增产值131.5430亿元，新增利润16.5057亿元。