海洋极寒环境服役材料

本书共分为6章。第1章从极寒海洋环境与材料科学结合研究角度出发，总体介绍了极地船舶、极地平台、极地考察站、超低温特殊用途船舶等对低温材料服役性能的需求。第2-5章在课题组多年研究成果支持下，以海洋极寒环境服役钢铁材料为主体，介绍了船级规范的要求以及实际冰区环境对钢材力学性能、耐腐蚀性能、冰区摩擦磨损性能等的影响，以及极寒海洋环境用钢发展趋势和增韧机理、防护技术，着重介绍了冰载荷条件下材料各项性能的评价方法。第6章对典型极寒环境钢铁材料研究案例进行了介绍，为后续钢材性能研究提供技术和方法支持。
本书内容针对性强、介绍全面，能够为极地相关行业领域提供材料方面的相关信息，有利于为极地装备设计单位、建造单位及管理部门提供技术支持，也可为极地装备生命周期管理及预测、性价比优化等工作提供帮助。本书可供有关高等院校、研究院所、企事业单位等使用参考。

前言
第1章 海洋极寒环境下的工程与材料科学 1
1.1 极寒海洋环境 2
1.1.1 一般海洋环境 2
1.1.2 极地海洋环境 7
1.2 海洋极寒环境工程 13
1.2.1 极地船舶 14
1.2.2 极地平台 23
1.2.3 极地考察站 25
1.3 特殊用途船舶对低温材料的需求 26
1.3.1 LNG燃料动力船舶的结构及要求 26
1.3.2 液化石油气(LPG)运输船的结构及要求 27
1.3.3 超大型集装箱船的结构及要求 28
1.3.4 极地破冰船的结构及要求 29
1.4 海洋极寒环境材料属性范围和选择过程 30
第2章 海洋极寒环境服役钢铁材料 35
2.1 极寒环境钢材简介 35
2.2 极寒海洋环境用钢船级规范 38
2.3 极寒海洋环境用钢性能要求 43
2.3.1 低温及覆冰海洋环境对钢材性能影响 44
2.3.2 冰区腐蚀海洋环境对钢材性能影响 50
2.3.3 冰区摩擦磨损海洋环境对钢材性能影响 55
2.4 极寒海洋环境用钢的发展趋势 57
2.4.1 高强度 57
2.4.2 厚规格 58
2.4.3 高的低温韧性 58
第3章 海洋极寒环境钢铁材料增韧机理 59
3.1 合金元素添加对极寒海洋环境用钢性能影响 59
3.1.1 碳含量对极寒海洋环境用钢性能影响 60
3.1.2 锰含量对极寒海洋环境用钢性能影响 62
3.1.3 硅含量对极寒海洋环境用钢性能影响 62
3.1.4 其他合金元素对极寒海洋环境用钢性能影响 63
3.1.5 微合金化对极寒海洋环境用钢性能影响 64
3.2 轧制工艺对极寒环境船用钢板的影响 67
3.3 热处理工艺对极寒海洋环境用钢性能影响 70
3.3.1 热处理工艺参数 70
3.3.2 正火处理对钢样组织影响 73
3.3.3 调质处理对钢样组织影响 74
3.3.4 两相区调质处理对钢样组织影响 75
3.3.5 不同热处理试验钢样力学性能分析 75
3.4 极寒环境钢材的韧脆转变机理 79
3.4.1 钢材的韧脆转变现象 79
3.4.2 钢材的韧性与韧脆转变机理 81
3.5 提高钢材低温韧性的思路 85
第4章 海洋极寒环境服役材料测试技术 87
4.1 低温力学性能试验 87
4.1.1 低温表面分析技术及常用分析仪器 89
4.1.2 材料低温抗拉强度测试方法 95
4.1.3 低温冲击韧性测试方法 97
4.1.4 表面硬度测试方法 98
4.2 低温海水环境腐蚀试验评定方法 99
4.2.1 低温海洋环境腐蚀机理及破坏形式 100
4.2.2 低温海水/海冰全浸腐蚀测试方法 105
4.2.3 电化学测定机理及方法 106
4.3 低温海冰环境摩擦试验评定方法 110
4.3.1 低温海冰环境摩擦机理及破坏形式 110
4.3.2 极寒与超低温船舶材料摩擦与载荷、速度的关系 114
4.3.3 极寒与超低温船舶材料摩擦与介质的关系 122
4.3.4 极寒与超低温船舶材料摩擦与温度的关系 125
4.3.5 低温材料摩擦试验评定方法 136
4.4 低温海水中摩擦-腐蚀耦合作用评定方法 143
4.4.1 海冰(海水)摩擦-腐蚀耦合作用评定 144
4.4.2 低温冰水两相流冲蚀实验 145
4.5 低温实际海冰摩擦腐蚀评估方法 147
4.5.1 极地海冰测试评估 147
4.5.2 极寒环境船用钢板极地航行评估实验 152
第5章 海洋极寒环境服役钢铁材料防护技术 164
5.1 影响海洋极寒环境服役钢铁材料腐蚀的因素 165
5.1.1 环境因素 165
5.1.2 自身因素 167
5.2 低温下金属的极化及钝化 168
5.2.1 金属的极化 168
5.2.2 金属的钝化 170
5.3 低温船舶涂料的性能要求 172
5.4 低温防腐涂料 175
5.4.1 氯丁橡胶防腐蚀涂料 175
5.4.2 聚脲弹性体涂料 175
5.4.3 聚氨酯防腐涂料 175
5.5 低温防冲击柔性涂料 176
5.5.1 含氯橡胶类防腐蚀涂料 176
5.5.2 耐磨柔性陶瓷粉涂料 176
第6章 典型极寒环境钢铁材料研究 178
6.1 实验材料及方法 178
6.1.1 TMCP轧制工艺 178
6.1.2 极寒环境船用钢化学成分 180
6.1.3 极寒环境船用钢组织结构分析 180
6.2 极寒环境船用钢力学性能 186
6.2.1 高硅多合金极寒环境船用钢的力学性能 186
6.2.2 低合金极寒环境船用钢力学性能 188
6.3 极寒环境船用钢板的摩擦磨损性能 190
6.3.1 极寒环境船用钢板的摩擦接触模型 191
6.3.2 极寒环境船用钢板在不同盐度海水中的摩擦磨损性能 206
6.4 极寒环境船用钢板的腐蚀性能分析 216
6.4.1 腐蚀实验测试方法 217
6.4.2 海水环境对极寒环境船用钢板的腐蚀性能影响 217
参考文献 225