中文摘要：

大气环境下承载构件腐蚀失效行为可归结为材料表面力学-化学交互作用的结果。研究表明，应力能够促进阳极溶解过程，但关于应力对材料表面电极反应过程的影响，局部腐蚀与局部形变之间的协同作用，反映到材料本身，其组织特征对力学-化学交互作用的影响机制，目前还没有统一的认识。本申请将针对新一代复合组织高强度耐候钢，以海洋大气环境为背景，运用现代微区力学、电化学测试技术，通过评价加载状态下腐蚀过程中复合组织钢多相组织自身力学、电化学行为的演化过程及其交互作用，分析表面电极反应对外加载荷的响应，在弄清不同溶液中阴、阳极反应特征以及应力影响的基础上，说明应力对腐蚀热力学、动力学过程的作用机制，最终阐明承载状态下各组成相的形变差异导致其电极反应响应程度不同、从而影响到其宏观腐蚀行为的机制。研究结果不仅能揭示复合组织钢承载状态下耐蚀机理，还为进一步提高耐候结构材料综合服役性能的合金设计提供关于组织控制的理论依据。

结论摘要：

结构材料会承受各种不同大小、方向以及不同加载方式的应力，服役过程中又必定由于侵蚀性离子的存在而发生腐蚀，因而外加载荷对材料腐蚀过程的加速作用以及由此造成的构件承载能力的降低成为需要关注的热点，其中涉及的关键科学问题是金属的力学-化学交互作用。本工作采用宏观观测、显微组织观察、表面性能分析、电化学行为测试等手段研究了具有不同组织的低碳微合金钢在3.5wt%NaCl溶液中弹性变形状态下的力学-化学交互作用的行为和规律，评价了外加弹性应力的大小及加载方式的影响规律及机制；通过分析研究腐蚀产物膜的结构及组成，跟踪观察其形核、生长过程和规律，探讨了低碳微合金钢在弹性形变过程中力学-化学交互作用的机制。结果表明外加弹性载荷加速了低碳贝氏体钢在Cl-环境中的腐蚀，加剧了力学性能的降低；腐蚀时间越长，外加载荷越大，加速腐蚀现象越明显，力学性能降低的越显著。外加载荷使得低碳贝氏体钢的表面锈层疏松，削弱了锈层中合金元素Cu和Cr的富集程度，大大降低了锈层的保护能力，使得强腐蚀性的Cl-易于透过锈层，进而加剧了对基体的腐蚀。随外加载荷的增大，点蚀的密度和深度均升高。低碳钢在不同加载方式下的损伤程度不同。低碳贝氏体钢和铁素体+珠光体双相钢在NaCl溶液中初期腐蚀时，静载荷条件下的腐蚀程度高于动载荷的，随着腐蚀时间的延长，动载荷条件下腐蚀速度加快，其腐蚀程度逐渐高于静载荷条件下的；铁素体+珠光体双相钢的腐蚀程度和力学性能损伤程度都高于低碳贝氏体钢的。当外加载荷较小时，弹性应力仅影响低碳钢在NaCl溶液中的阳极极化行为，使腐蚀电位更负、电流密度升高。弹性应力的增加将提高金属的表面活性，降低金属表面与NaCl液滴之间的接触角，从而使得NaCl液滴更易于在金属表面形成液膜，增大了低碳钢在NaCl介质中的腐蚀倾向。当外加载荷升高到临界值时，两种低碳钢的力学-化学交互作用不再遵循线性关系。当有阳极溶解电流存在时，电化学效应能够活化表面位错，在晶界处形成位错滑移带，促进了表面局部微量塑性变形；晶界分布的差异是造成低碳贝氏体钢和铁素体钢发生微量塑性变形、从而在力学-化学交互作用中拐点应力不同的主要原因。