【仪表网 研发快讯】在“碳达峰、碳中和”目标和氢能基础设施快速发展的背景下，管线钢被广泛应用于油气与氢能等新能源输送工程。然而，在服役环境中，材料不仅长期承受复杂的力学载荷，还同时受到环境介质和微生物活动的共同作用，其中尤以硫酸盐还原菌(sulfate-reducing bacteria，SRB)诱发的微生物腐蚀问题最为突出，已成为威胁管道安全运行和服役寿命的关键影响因素之一。然而，长期以来SRB代谢活动引发的局部腐蚀、氢渗透以及力学性能退化之间如何相互耦合，其主导机理及随服役条件演化的规律仍缺乏系统而清晰的认识。
 

　　近日，中国科学院金属研究所沈阳材料科学国家研究中心科研团队联合新加坡南洋理工大学，系统揭示了SRB诱发高强管线钢应力腐蚀开裂的微观机理及其动态演化规律。研究发现，在腐蚀初期，SRB 通过代谢活动显著加速钢表面的局部阳极溶解，并促进氢的产生与渗透，从而协同提高材料的应力腐蚀开裂敏感性。随着腐蚀过程的推进，SRB代谢诱导在钢表面形成富含FeS的生物腐蚀膜。研究进一步揭示，该膜层在应力腐蚀过程中呈现出“双重作用”：一方面，膜下腐蚀性和代谢产物的聚集以及其孔隙结构会加剧局部腐蚀发展，为裂纹萌生提供应力集中源；另一方面，在外加阴极保护条件下，该膜又凭借其特有的半导体特性显著抑制氢在钢中的吸附与扩散。电化学氢渗透实验表明，随着膜厚度增加，氢有效扩散系数和表观氢浓度大幅降低，氢渗透阻抗因子显著提升。力学试验结果进一步证实，在阴极极化条件下，腐蚀产物膜能够有效缓解氢脆，使应力腐蚀开裂主导机制由氢脆向阳极溶解主导转变。该研究系统揭示了SRB生理代谢在应力腐蚀开裂过程中的动态演变作用，厘清了微生物腐蚀、氢渗透与力学失效之间的内在关联，为科学评估管线钢的长期服役安全性提供了机理依据，也为微生物环境中高强钢结构的防护策略设计提供了重要理论支撑。
 

　　该项研究成果以 Micromechanisms of stress corrosion cracking induced by sulfate-reducing bacteria in a high-strength low-alloy steel 为题，发表于Acta Materialia(305, 2026, 121846)，金属所2022级博士生闫孟弟为论文第一作者，韦博鑫副研究员以及新加坡南洋理工大学Upadrasta Ramamurty教授为共同通讯作者。该研究得到了国家自然科学基金青年基金C类资助。

 

　　图1. X80 钢的微生物腐蚀行为：(a) 腐蚀速率；(b) 蚀坑深度的统计分析；(c) 最大点蚀坑的 SEM 形貌及对应的三维表面轮廓。
 

　　图2. 微生物腐蚀产物膜覆盖下 X80 钢的氢渗透行为：(a) 在 −1.1 V vs. SCE 阴极极化条件下的氢渗透电流密度–时间曲线；(b) 有效氢扩散系数(Deff)；(c) 表观氢浓度(Capp)。
 

　　图3. 微生物腐蚀产物膜覆盖下 X80 钢的应力腐蚀开裂敏感性测试结果：(a, c) 无阴极?；?CP)条件下 X80 钢的应力–应变曲线及 SCC 敏感性；(b, d) 在 −1.1 V vs. SCE 阴极保护(CP)条件下 X80 钢的应力–应变曲线及 SCC 敏感性。
 

图4. 生物FeS膜在 SRB 环境中调控X80钢应力腐蚀开裂的机理示意图。