摘要

介紹了(le)(le)管(guan)(guan)(guan)線鋼(gang)的(de)(de)微(wei)(wei)生(sheng)物(wu)腐蝕(shi)(shi)及其危害，分析了(le)(le)近年來管(guan)(guan)(guan)線鋼(gang)微(wei)(wei)生(sheng)物(wu)腐蝕(shi)(shi)的(de)(de)失效案例，總結了(le)(le)管(guan)(guan)(guan)線鋼(gang)微(wei)(wei)生(sheng)物(wu)腐蝕(shi)(shi)的(de)(de)研究現狀及管(guan)(guan)(guan)線的(de)(de)微(wei)(wei)生(sheng)物(wu)腐蝕(shi)(shi)防治措(cuo)施。從材料自身角(jiao)度(du)闡述了(le)(le)耐微(wei)(wei)生(sheng)物(wu)腐蝕(shi)(shi)管(guan)(guan)(guan)線鋼(gang)的(de)(de)研究進展，在此(ci)基礎上提出了(le)(le)耐微(wei)(wei)生(sheng)物(wu)腐蝕(shi)(shi)管(guan)(guan)(guan)線鋼(gang)的(de)(de)發展方向。

關鍵詞： 管(guan)線(xian)鋼 ; 微生物腐(fu)蝕 ; 含Cu管(guan)線(xian)鋼

微(wei)(wei)(wei)生(sheng)(sheng)物(wu)(wu)腐(fu)(fu)(fu)(fu)(fu)(fu)(fu)蝕(shi)(shi)(shi) （MIC） 是指附(fu)著在材(cai)料(liao) （包括金(jin)屬(shu)(shu)及(ji)(ji)非(fei)金(jin)屬(shu)(shu)） 表(biao)面的(de)(de)(de)(de)(de)(de)生(sheng)(sheng)物(wu)(wu)膜(mo)中(zhong)(zhong)(zhong)微(wei)(wei)(wei)生(sheng)(sheng)物(wu)(wu)的(de)(de)(de)(de)(de)(de)生(sheng)(sheng)命活動導(dao)致或(huo)促進材(cai)料(liao)腐(fu)(fu)(fu)(fu)(fu)(fu)(fu)蝕(shi)(shi)(shi)破(po)壞(huai)的(de)(de)(de)(de)(de)(de)一種現象。它是一種電(dian)化(hua)學過程，在能源(yuan)、碳源(yuan)、電(dian)子供體(ti)、電(dian)子受(shou)體(ti)和水的(de)(de)(de)(de)(de)(de)聯(lian)合作用(yong)下完成(cheng)。MIC以(yi)局部腐(fu)(fu)(fu)(fu)(fu)(fu)(fu)蝕(shi)(shi)(shi) （點蝕(shi)(shi)(shi)） 為主，腐(fu)(fu)(fu)(fu)(fu)(fu)(fu)蝕(shi)(shi)(shi)的(de)(de)(de)(de)(de)(de)發生(sheng)(sheng)、發展(zhan)在時間和空間上具有不可預見性，由此引(yin)起的(de)(de)(de)(de)(de)(de)安全、環境以(yi)及(ji)(ji)經濟損(sun)失(shi)等問(wen)題越(yue)來越(yue)突出。2014年(nian)(nian)我國(guo)腐(fu)(fu)(fu)(fu)(fu)(fu)(fu)蝕(shi)(shi)(shi)造(zao)成(cheng)的(de)(de)(de)(de)(de)(de)經濟損(sun)失(shi)超過2萬億元(yuan)，約(yue)占國(guo)內(nei)生(sheng)(sheng)產總值(zhi)的(de)(de)(de)(de)(de)(de)3.34%。微(wei)(wei)(wei)生(sheng)(sheng)物(wu)(wu)對金(jin)屬(shu)(shu)材(cai)料(liao)的(de)(de)(de)(de)(de)(de)腐(fu)(fu)(fu)(fu)(fu)(fu)(fu)蝕(shi)(shi)(shi)占總的(de)(de)(de)(de)(de)(de)金(jin)屬(shu)(shu)材(cai)料(liao)腐(fu)(fu)(fu)(fu)(fu)(fu)(fu)蝕(shi)(shi)(shi)的(de)(de)(de)(de)(de)(de)約(yue)20%，在石(shi)油、天然(ran)氣輸送管道行業，MIC所造(zao)成(cheng)的(de)(de)(de)(de)(de)(de)損(sun)失(shi)占比達到15%~30%。據統(tong)計，地(di)埋(mai)管線(xian)50%的(de)(de)(de)(de)(de)(de)故障來自微(wei)(wei)(wei)生(sheng)(sheng)物(wu)(wu)腐(fu)(fu)(fu)(fu)(fu)(fu)(fu)蝕(shi)(shi)(shi)[5]。早在1954年(nian)(nian)，澳大(da)利亞埋(mai)地(di)管道中(zhong)(zhong)(zhong)微(wei)(wei)(wei)生(sheng)(sheng)物(wu)(wu)腐(fu)(fu)(fu)(fu)(fu)(fu)(fu)蝕(shi)(shi)(shi)造(zao)成(cheng)的(de)(de)(de)(de)(de)(de)損(sun)失(shi)便達到每(mei)年(nian)(nian)5~20億美(mei)元(yuan)，由于微(wei)(wei)(wei)生(sheng)(sheng)物(wu)(wu)腐(fu)(fu)(fu)(fu)(fu)(fu)(fu)蝕(shi)(shi)(shi)使輸油管線(xian)的(de)(de)(de)(de)(de)(de)使用(yong)壽(shou)命從設(she)計的(de)(de)(de)(de)(de)(de)20 a減少到不足3 a。2002年(nian)(nian)，美(mei)國(guo)1項腐(fu)(fu)(fu)(fu)(fu)(fu)(fu)蝕(shi)(shi)(shi)損(sun)失(shi)調查表(biao)明，腐(fu)(fu)(fu)(fu)(fu)(fu)(fu)蝕(shi)(shi)(shi)損(sun)失(shi)占其國(guo)內(nei)生(sheng)(sheng)產總值(zhi)的(de)(de)(de)(de)(de)(de)3.1%，其中(zhong)(zhong)(zhong)微(wei)(wei)(wei)生(sheng)(sheng)物(wu)(wu)腐(fu)(fu)(fu)(fu)(fu)(fu)(fu)蝕(shi)(shi)(shi)約(yue)占所有金(jin)屬(shu)(shu)和建筑材(cai)料(liao)腐(fu)(fu)(fu)(fu)(fu)(fu)(fu)蝕(shi)(shi)(shi)破(po)壞(huai)的(de)(de)(de)(de)(de)(de)20%，每(mei)年(nian)(nian)因微(wei)(wei)(wei)生(sheng)(sheng)物(wu)(wu)腐(fu)(fu)(fu)(fu)(fu)(fu)(fu)蝕(shi)(shi)(shi)引(yin)起的(de)(de)(de)(de)(de)(de)損(sun)失(shi)約(yue)為30~50億美(mei)元(yuan)。在中(zhong)(zhong)(zhong)國(guo)，每(mei)年(nian)(nian)因微(wei)(wei)(wei)生(sheng)(sheng)物(wu)(wu)腐(fu)(fu)(fu)(fu)(fu)(fu)(fu)蝕(shi)(shi)(shi)造(zao)成(cheng)的(de)(de)(de)(de)(de)(de)損(sun)失(shi)高達500億元(yuan)人(ren)民幣[6]。據相關調查，美(mei)國(guo)81%的(de)(de)(de)(de)(de)(de)嚴(yan)重腐(fu)(fu)(fu)(fu)(fu)(fu)(fu)蝕(shi)(shi)(shi)與微(wei)(wei)(wei)生(sheng)(sheng)物(wu)(wu)相關，埋(mai)地(di)金(jin)屬(shu)(shu)腐(fu)(fu)(fu)(fu)(fu)(fu)(fu)蝕(shi)(shi)(shi)至少有50%是由微(wei)(wei)(wei)生(sheng)(sheng)物(wu)(wu)腐(fu)(fu)(fu)(fu)(fu)(fu)(fu)蝕(shi)(shi)(shi)參與的(de)(de)(de)(de)(de)(de)[7]。在石(shi)油天然(ran)氣領域，美(mei)國(guo)油井77%以(yi)上的(de)(de)(de)(de)(de)(de)腐(fu)(fu)(fu)(fu)(fu)(fu)(fu)蝕(shi)(shi)(shi)與微(wei)(wei)(wei)生(sheng)(sheng)物(wu)(wu)有關。

微(wei)(wei)(wei)生(sheng)(sheng)(sheng)(sheng)(sheng)(sheng)(sheng)物(wu)(wu)(wu)(wu)(wu)(wu)腐(fu)(fu)(fu)蝕(shi)造成的(de)(de)(de)(de)(de)經濟(ji)損(sun)失巨(ju)大，人們對微(wei)(wei)(wei)生(sheng)(sheng)(sheng)(sheng)(sheng)(sheng)(sheng)物(wu)(wu)(wu)(wu)(wu)(wu)腐(fu)(fu)(fu)蝕(shi)的(de)(de)(de)(de)(de)認(ren)識(shi)由來已久。1910年，Gains認(ren)為(wei)(wei)微(wei)(wei)(wei)生(sheng)(sheng)(sheng)(sheng)(sheng)(sheng)(sheng)物(wu)(wu)(wu)(wu)(wu)(wu)腐(fu)(fu)(fu)蝕(shi)是(shi)美國Castgill水渠中(zhong)腐(fu)(fu)(fu)蝕(shi)產物(wu)(wu)(wu)(wu)(wu)(wu)含硫較高的(de)(de)(de)(de)(de)原(yuan)(yuan)因。1923年，Stumper的(de)(de)(de)(de)(de)報告里就開始(shi)對微(wei)(wei)(wei)生(sheng)(sheng)(sheng)(sheng)(sheng)(sheng)(sheng)物(wu)(wu)(wu)(wu)(wu)(wu)腐(fu)(fu)(fu)蝕(shi)進行過(guo)詳細(xi)的(de)(de)(de)(de)(de)報道。在(zai)1940年，Starkey與(yu)Wight指(zhi)出氧化-還原(yuan)(yuan)電(dian)位(wei)是(shi)發(fa)生(sheng)(sheng)(sheng)(sheng)(sheng)(sheng)(sheng)微(wei)(wei)(wei)生(sheng)(sheng)(sheng)(sheng)(sheng)(sheng)(sheng)物(wu)(wu)(wu)(wu)(wu)(wu)腐(fu)(fu)(fu)蝕(shi)與(yu)否的(de)(de)(de)(de)(de)最可靠指(zhi)標。在(zai)1931年發(fa)現氫(qing)化酶后(hou)(hou)大約3 a時間(jian)里，查明了(le)(le)地(di)下(xia)管道第一(yi)(yi)個(ge)(ge)微(wei)(wei)(wei)生(sheng)(sheng)(sheng)(sheng)(sheng)(sheng)(sheng)物(wu)(wu)(wu)(wu)(wu)(wu)腐(fu)(fu)(fu)蝕(shi)失效(xiao)事(shi)故(gu)的(de)(de)(de)(de)(de)案例。然而，長期以(yi)來由于缺乏(fa)對微(wei)(wei)(wei)生(sheng)(sheng)(sheng)(sheng)(sheng)(sheng)(sheng)物(wu)(wu)(wu)(wu)(wu)(wu)腐(fu)(fu)(fu)蝕(shi)機(ji)理(li)(li)的(de)(de)(de)(de)(de)深入了(le)(le)解(jie)，人們甚至認(ren)為(wei)(wei)微(wei)(wei)(wei)生(sheng)(sheng)(sheng)(sheng)(sheng)(sheng)(sheng)物(wu)(wu)(wu)(wu)(wu)(wu)腐(fu)(fu)(fu)蝕(shi)是(shi)腐(fu)(fu)(fu)蝕(shi)領域(yu)(yu)中(zhong)的(de)(de)(de)(de)(de)一(yi)(yi)個(ge)(ge)“迷”。最近(jin)20 a，金(jin)屬材(cai)料尤(you)其是(shi)鋼(gang)鐵材(cai)料的(de)(de)(de)(de)(de)微(wei)(wei)(wei)生(sheng)(sheng)(sheng)(sheng)(sheng)(sheng)(sheng)物(wu)(wu)(wu)(wu)(wu)(wu)腐(fu)(fu)(fu)蝕(shi)已引(yin)起(qi)了(le)(le)國內外科學(xue)家的(de)(de)(de)(de)(de)廣泛關注(zhu)，微(wei)(wei)(wei)生(sheng)(sheng)(sheng)(sheng)(sheng)(sheng)(sheng)物(wu)(wu)(wu)(wu)(wu)(wu)腐(fu)(fu)(fu)蝕(shi)慢(man)慢(man)成為(wei)(wei)金(jin)屬腐(fu)(fu)(fu)蝕(shi)領域(yu)(yu)中(zhong)的(de)(de)(de)(de)(de)一(yi)(yi)個(ge)(ge)研(yan)究(jiu)熱(re)點。與(yu)此同時，研(yan)究(jiu)人員對微(wei)(wei)(wei)生(sheng)(sheng)(sheng)(sheng)(sheng)(sheng)(sheng)物(wu)(wu)(wu)(wu)(wu)(wu)腐(fu)(fu)(fu)蝕(shi)機(ji)理(li)(li)也有了(le)(le)進一(yi)(yi)步的(de)(de)(de)(de)(de)認(ren)識(shi)，如“陰(yin)極(ji)去(qu)極(ji)化”、“局部腐(fu)(fu)(fu)蝕(shi)電(dian)池”、“代(dai)謝產物(wu)(wu)(wu)(wu)(wu)(wu)腐(fu)(fu)(fu)蝕(shi)”和“直接電(dian)子轉移”等理(li)(li)論(lun)均(jun)對微(wei)(wei)(wei)生(sheng)(sheng)(sheng)(sheng)(sheng)(sheng)(sheng)物(wu)(wu)(wu)(wu)(wu)(wu)腐(fu)(fu)(fu)蝕(shi)進行了(le)(le)解(jie)釋。Usher及(ji)其合作者對這(zhe)些理(li)(li)論(lun)做(zuo)了(le)(le)詳細(xi)的(de)(de)(de)(de)(de)總(zong)結，本文不(bu)再贅述(shu)。隨著(zhu)這(zhe)一(yi)(yi)領域(yu)(yu)研(yan)究(jiu)的(de)(de)(de)(de)(de)不(bu)斷深入，人們認(ren)識(shi)到微(wei)(wei)(wei)生(sheng)(sheng)(sheng)(sheng)(sheng)(sheng)(sheng)物(wu)(wu)(wu)(wu)(wu)(wu)腐(fu)(fu)(fu)蝕(shi)機(ji)理(li)(li)的(de)(de)(de)(de)(de)研(yan)究(jiu)必(bi)須結合生(sheng)(sheng)(sheng)(sheng)(sheng)(sheng)(sheng)物(wu)(wu)(wu)(wu)(wu)(wu)能量學(xue)和生(sheng)(sheng)(sheng)(sheng)(sheng)(sheng)(sheng)物(wu)(wu)(wu)(wu)(wu)(wu)電(dian)化學(xue)方面(mian)的(de)(de)(de)(de)(de)知識(shi)，以(yi)更好地(di)理(li)(li)解(jie)微(wei)(wei)(wei)生(sheng)(sheng)(sheng)(sheng)(sheng)(sheng)(sheng)物(wu)(wu)(wu)(wu)(wu)(wu)腐(fu)(fu)(fu)蝕(shi)的(de)(de)(de)(de)(de)過(guo)程(cheng)。由此提出了(le)(le)“生(sheng)(sheng)(sheng)(sheng)(sheng)(sheng)(sheng)物(wu)(wu)(wu)(wu)(wu)(wu)催化陰(yin)極(ji)還原(yuan)(yuan)”理(li)(li)論(lun) （BCSR）。該理(li)(li)論(lun)認(ren)為(wei)(wei)，金(jin)屬的(de)(de)(de)(de)(de)微(wei)(wei)(wei)生(sheng)(sheng)(sheng)(sheng)(sheng)(sheng)(sheng)物(wu)(wu)(wu)(wu)(wu)(wu)腐(fu)(fu)(fu)蝕(shi)本質上是(shi)一(yi)(yi)個(ge)(ge)生(sheng)(sheng)(sheng)(sheng)(sheng)(sheng)(sheng)物(wu)(wu)(wu)(wu)(wu)(wu)電(dian)化學(xue)過(guo)程(cheng)，在(zai)微(wei)(wei)(wei)生(sheng)(sheng)(sheng)(sheng)(sheng)(sheng)(sheng)物(wu)(wu)(wu)(wu)(wu)(wu)與(yu)金(jin)屬共存(cun)的(de)(de)(de)(de)(de)環境中(zhong)，當(dang)周(zhou)圍環境中(zhong)有充足的(de)(de)(de)(de)(de)碳(tan)源(yuan)時，細(xi)菌(jun)優先利(li)用有機(ji)物(wu)(wu)(wu)(wu)(wu)(wu)質作為(wei)(wei)電(dian)子供體，獲(huo)取能量，同時在(zai)此過(guo)程(cheng)中(zhong)微(wei)(wei)(wei)生(sheng)(sheng)(sheng)(sheng)(sheng)(sheng)(sheng)物(wu)(wu)(wu)(wu)(wu)(wu)分泌一(yi)(yi)些具有腐(fu)(fu)(fu)蝕(shi)性的(de)(de)(de)(de)(de)物(wu)(wu)(wu)(wu)(wu)(wu)質導(dao)致金(jin)屬腐(fu)(fu)(fu)蝕(shi)；當(dang)電(dian)子供體 （如碳(tan)源(yuan)） 不(bu)存(cun)在(zai)或消耗掉(diao)之(zhi)后(hou)(hou)，微(wei)(wei)(wei)生(sheng)(sheng)(sheng)(sheng)(sheng)(sheng)(sheng)物(wu)(wu)(wu)(wu)(wu)(wu)用金(jin)屬代(dai)替碳(tan)源(yuan)獲(huo)取電(dian)子，直接導(dao)致金(jin)屬發(fa)生(sheng)(sheng)(sheng)(sheng)(sheng)(sheng)(sheng)微(wei)(wei)(wei)生(sheng)(sheng)(sheng)(sheng)(sheng)(sheng)(sheng)物(wu)(wu)(wu)(wu)(wu)(wu)腐(fu)(fu)(fu)蝕(shi)。

無論是哪(na)種(zhong)(zhong)微(wei)(wei)(wei)(wei)生(sheng)(sheng)(sheng)物(wu)(wu)(wu)腐(fu)(fu)(fu)(fu)蝕(shi)機(ji)理(li)，其實(shi)質都是微(wei)(wei)(wei)(wei)生(sheng)(sheng)(sheng)物(wu)(wu)(wu)為適應生(sheng)(sheng)(sheng)存(cun)(cun)環境(jing)(jing)(jing)的(de)(de)(de)(de)(de)(de)一(yi)種(zhong)(zhong)生(sheng)(sheng)(sheng)存(cun)(cun)策(ce)略。僅就管線的(de)(de)(de)(de)(de)(de)外部微(wei)(wei)(wei)(wei)生(sheng)(sheng)(sheng)物(wu)(wu)(wu)腐(fu)(fu)(fu)(fu)蝕(shi)而言，管道多埋設于(yu)土壤中(zhong)，土壤中(zhong)的(de)(de)(de)(de)(de)(de)微(wei)(wei)(wei)(wei)生(sheng)(sheng)(sheng)物(wu)(wu)(wu)種(zhong)(zhong)類繁多。在(zai)(zai)土壤環境(jing)(jing)(jing)中(zhong)，各種(zhong)(zhong)微(wei)(wei)(wei)(wei)生(sheng)(sheng)(sheng)物(wu)(wu)(wu)可(ke)(ke)能會(hui)發生(sheng)(sheng)(sheng)共(gong)生(sheng)(sheng)(sheng)、競爭、拮抗等(deng)不(bu)同(tong)(tong)的(de)(de)(de)(de)(de)(de)腐(fu)(fu)(fu)(fu)蝕(shi)作用。事實(shi)上，自然環境(jing)(jing)(jing)中(zhong)不(bu)存(cun)(cun)在(zai)(zai)普(pu)適的(de)(de)(de)(de)(de)(de)機(ji)理(li)來解(jie)釋(shi)所有微(wei)(wei)(wei)(wei)生(sheng)(sheng)(sheng)物(wu)(wu)(wu)腐(fu)(fu)(fu)(fu)蝕(shi)的(de)(de)(de)(de)(de)(de)內(nei)在(zai)(zai)本質。由(you)于(yu)不(bu)同(tong)(tong)的(de)(de)(de)(de)(de)(de)微(wei)(wei)(wei)(wei)生(sheng)(sheng)(sheng)物(wu)(wu)(wu)在(zai)(zai)不(bu)同(tong)(tong)環境(jing)(jing)(jing)中(zhong)的(de)(de)(de)(de)(de)(de)生(sheng)(sheng)(sheng)長代謝不(bu)同(tong)(tong)，以(yi)及環境(jing)(jing)(jing)中(zhong)多種(zhong)(zhong)微(wei)(wei)(wei)(wei)生(sheng)(sheng)(sheng)物(wu)(wu)(wu)相互作用的(de)(de)(de)(de)(de)(de)復雜(za)性(xing)，導(dao)致即使是同(tong)(tong)一(yi)種(zhong)(zhong)微(wei)(wei)(wei)(wei)生(sheng)(sheng)(sheng)物(wu)(wu)(wu)也會(hui)出現對于(yu)同(tong)(tong)種(zhong)(zhong)金屬(shu)不(bu)同(tong)(tong)的(de)(de)(de)(de)(de)(de)腐(fu)(fu)(fu)(fu)蝕(shi)行為。而實(shi)際情況中(zhong)往往是幾種(zhong)(zhong)機(ji)理(li)以(yi)不(bu)同(tong)(tong)方(fang)式(shi)在(zai)(zai)腐(fu)(fu)(fu)(fu)蝕(shi)過程中(zhong)共(gong)同(tong)(tong)起作用。但應該認(ren)識到，微(wei)(wei)(wei)(wei)生(sheng)(sheng)(sheng)物(wu)(wu)(wu)導(dao)致的(de)(de)(de)(de)(de)(de)金屬(shu)腐(fu)(fu)(fu)(fu)蝕(shi)過程中(zhong)的(de)(de)(de)(de)(de)(de)電(dian)子傳遞扮演著(zhu)重要的(de)(de)(de)(de)(de)(de)角(jiao)色[8]。探究金屬(shu)微(wei)(wei)(wei)(wei)生(sheng)(sheng)(sheng)物(wu)(wu)(wu)腐(fu)(fu)(fu)(fu)蝕(shi)中(zhong)可(ke)(ke)能的(de)(de)(de)(de)(de)(de)電(dian)子傳遞載體，推斷金屬(shu)腐(fu)(fu)(fu)(fu)蝕(shi)中(zhong)的(de)(de)(de)(de)(de)(de)電(dian)子傳導(dao)機(ji)制，可(ke)(ke)尋找抑制微(wei)(wei)(wei)(wei)生(sheng)(sheng)(sheng)物(wu)(wu)(wu)腐(fu)(fu)(fu)(fu)蝕(shi)的(de)(de)(de)(de)(de)(de)新靶點和(he)新方(fang)法(fa)，從而指導(dao)發展微(wei)(wei)(wei)(wei)生(sheng)(sheng)(sheng)物(wu)(wu)(wu)腐(fu)(fu)(fu)(fu)蝕(shi)防治新方(fang)法(fa)。

1 管線鋼的(de)微生(sheng)物腐蝕(shi)案(an)例(li)

我國(guo)(guo)自本世紀初西氣(qi)(qi)東輸一(yi)線工(gong)程(cheng)啟動，截止到(dao)2015年底，長(chang)輸油(you)氣(qi)(qi)管(guan)道(dao)(dao)總里程(cheng)已(yi)(yi)達12萬公里，預計到(dao)“十三五”末將超過(guo)(guo)16萬公里[14]。這些縱(zong)橫交錯(cuo)的(de)(de)管(guan)道(dao)(dao)一(yi)旦發(fa)生(sheng)(sheng)(sheng)腐(fu)(fu)(fu)蝕(shi)失效(xiao)，極易(yi)造成經濟(ji)損失、生(sheng)(sheng)(sheng)態(tai)環境破壞和(he)人員傷亡。以往，人們(men)總是用非(fei)生(sheng)(sheng)(sheng)物(wu)的(de)(de)腐(fu)(fu)(fu)蝕(shi)機制(zhi)來(lai)解釋觀(guan)察到(dao)的(de)(de)腐(fu)(fu)(fu)蝕(shi)現象，微(wei)生(sheng)(sheng)(sheng)物(wu)對腐(fu)(fu)(fu)蝕(shi)的(de)(de)影響往往被忽略，而(er)實質上大多數的(de)(de)腐(fu)(fu)(fu)蝕(shi)都是微(wei)生(sheng)(sheng)(sheng)物(wu)參與下(xia)的(de)(de)電化學(xue)過(guo)(guo)程(cheng)。隨著檢測手段日益發(fa)展，微(wei)生(sheng)(sheng)(sheng)物(wu)在腐(fu)(fu)(fu)蝕(shi)過(guo)(guo)程(cheng)中(zhong)的(de)(de)作用越來(lai)越受到(dao)重視。近年來(lai)，國(guo)(guo)內外報道(dao)(dao)了(le)大量的(de)(de)微(wei)生(sheng)(sheng)(sheng)物(wu)腐(fu)(fu)(fu)蝕(shi)導致(zhi)的(de)(de)管(guan)線失效(xiao)案例，微(wei)生(sheng)(sheng)(sheng)物(wu)腐(fu)(fu)(fu)蝕(shi)已(yi)(yi)經成為石(shi)油(you)、天然氣(qi)(qi)和(he)水處理等工(gong)業領域中(zhong)非(fei)常棘手的(de)(de)難題。微(wei)生(sheng)(sheng)(sheng)物(wu)腐(fu)(fu)(fu)蝕(shi)會造成石(shi)油(you)管(guan)道(dao)(dao)的(de)(de)泄漏和(he)注射(she)井(jing)的(de)(de)堵塞，從而(er)導致(zhi)石(shi)油(you)在生(sheng)(sheng)(sheng)產、運(yun)輸過(guo)(guo)程(cheng)中(zhong)的(de)(de)潛(qian)在安(an)全風險。

微(wei)生物(wu)(wu)(wu)腐(fu)(fu)(fu)(fu)蝕(shi)(shi)導致的(de)管線(xian)(xian)(xian)失效案例(li)最早是1934年(nian)由Von Wolzogen Kuhr等(deng)發(fa)現(xian)(xian)的(de)。此(ci)后(hou)(hou)，研(yan)究人(ren)員針對細(xi)菌對管線(xian)(xian)(xian)鋼腐(fu)(fu)(fu)(fu)蝕(shi)(shi)的(de)影(ying)響展開了大(da)量研(yan)究。2000年(nian)，Li等(deng)[16]報道(dao)了韓國石油(you)天然氣(qi)(qi)公司1條X65級長輸管道(dao)因微(wei)生物(wu)(wu)(wu)腐(fu)(fu)(fu)(fu)蝕(shi)(shi)導致全面停工(gong)勘(kan)察。現(xian)(xian)場調查顯示(shi)，在(zai)失效管線(xian)(xian)(xian)表面覆蓋(gai)著一(yi)層(ceng)易于剝(bo)離(li)的(de)黑色沉淀物(wu)(wu)(wu)，滴(di)加鹽酸(suan)(suan)后(hou)(hou)散發(fa)出臭雞蛋氣(qi)(qi)味，表明腐(fu)(fu)(fu)(fu)蝕(shi)(shi)產(chan)物(wu)(wu)(wu)為硫(liu)化物(wu)(wu)(wu)。隨后(hou)(hou)，研(yan)究人(ren)員經過(guo)現(xian)(xian)場取樣和(he)(he)實驗室研(yan)究，從(cong)腐(fu)(fu)(fu)(fu)蝕(shi)(shi)產(chan)物(wu)(wu)(wu)分析(xi)、腐(fu)(fu)(fu)(fu)蝕(shi)(shi)坑(keng)的(de)形貌特(te)點和(he)(he)土壤中高的(de)細(xi)菌數(shu)量以及可(ke)利用的(de)能源(yuan)和(he)(he)碳源(yuan)，證實埋(mai)地管線(xian)(xian)(xian)剝(bo)離(li)涂層(ceng)下(xia)(xia)發(fa)生了硫(liu)酸(suan)(suan)鹽還原菌 （SRB） 和(he)(he)產(chan)酸(suan)(suan)菌 （APB） 的(de)腐(fu)(fu)(fu)(fu)蝕(shi)(shi)。圖1為當時埋(mai)地管線(xian)(xian)(xian)遭受(shou)微(wei)生物(wu)(wu)(wu)腐(fu)(fu)(fu)(fu)蝕(shi)(shi)的(de)現(xian)(xian)場照片、腐(fu)(fu)(fu)(fu)蝕(shi)(shi)產(chan)物(wu)(wu)(wu)形貌及坑(keng)腐(fu)(fu)(fu)(fu)蝕(shi)(shi)形貌。類(lei)似的(de)案例(li)同樣發(fa)生在(zai)德(de)國，Enning等(deng)報道(dao)了1條埋(mai)在(zai)沼澤(ze)地下(xia)(xia)的(de)輸氣(qi)(qi)管道(dao)發(fa)生了剝(bo)離(li)涂層(ceng)下(xia)(xia)的(de)SRB腐(fu)(fu)(fu)(fu)蝕(shi)(shi)，如圖2所示(shi)。圖中可(ke)見(jian)剝(bo)離(li)涂層(ceng)下(xia)(xia)管道(dao)外壁(bi)出現(xian)(xian)多處毗(pi)鄰的(de)坑(keng)狀腐(fu)(fu)(fu)(fu)蝕(shi)(shi)，造成管壁(bi)的(de)大(da)幅減薄，給(gei)管道(dao)運(yun)輸帶來極大(da)的(de)安全隱患。

圖1   管線(xian)鋼(gang)剝離涂層下發生的微生物腐蝕(shi)形(xing)貌

圖2   沼澤地下輸(shu)氣(qi)管道(dao)發生硫酸(suan)鹽還(huan)原菌腐蝕(shi)的(de)形貌

2004年，伊朗北部(bu)的(de)1條(tiao)X52級埋地管道發(fa)生(sheng)(sheng)腐蝕(shi)開裂(lie)(lie)，并(bing)導致原油泄漏，造成巨大(da)損失。管線(xian)(xian)(xian)(xian)深(shen)埋地下約1 m，開裂(lie)(lie)發(fa)生(sheng)(sheng)在(zai)一(yi)個樹木茂盛的(de)小山丘(qiu)頂部(bu)，此前該處發(fa)生(sheng)(sheng)過山體(ti)滑(hua)坡(po)，導致管線(xian)(xian)(xian)(xian)外部(bu)涂層(ceng)發(fa)生(sheng)(sheng)剝(bo)(bo)離(li)。現場(chang)調研表(biao)明，裂(lie)(lie)紋(wen)(wen)起(qi)源于管線(xian)(xian)(xian)(xian)外表(biao)面，并(bing)向內表(biao)面擴展(zhan)，許(xu)多大(da)小不(bu)一(yi)的(de)低淺點蝕(shi)坑分(fen)(fen)布在(zai)開裂(lie)(lie)區域(yu)，而且(qie)裂(lie)(lie)紋(wen)(wen)擴展(zhan)路徑和裂(lie)(lie)紋(wen)(wen)終止處分(fen)(fen)布大(da)量點蝕(shi)坑。隨后的(de)研究表(biao)明，管線(xian)(xian)(xian)(xian)表(biao)面的(de)聚(ju)乙烯涂層(ceng)的(de)起(qi)泡和剝(bo)(bo)離(li)為SRB創(chuang)造了(le)(le)適(shi)宜的(de)生(sheng)(sheng)存(cun)環(huan)境，使得剝(bo)(bo)離(li)涂層(ceng)下的(de)管線(xian)(xian)(xian)(xian)鋼(gang)發(fa)生(sheng)(sheng)點蝕(shi)，加之季節性(xing)降雨(yu)和滑(hua)坡(po)引起(qi)的(de)外加應力(li)為管線(xian)(xian)(xian)(xian)鋼(gang)應力(li)腐蝕(shi)開裂(lie)(lie)提供了(le)(le)適(shi)合條(tiao)件。

2006年(nian)，美(mei)國(guo)阿(a)拉斯(si)加(jia)隸屬于英國(guo)石油(you)(you)(you)(you)公司(si) （BP） 的(de)(de)Prudhoe Bay油(you)(you)(you)(you)田的(de)(de)1條863 km原油(you)(you)(you)(you)管道發生泄漏(lou)，這(zhe)是該油(you)(you)(you)(you)田30多年(nian)開發歷史中最大的(de)(de)一(yi)次泄漏(lou)事故(gu)。這(zhe)條線路擔(dan)負著運輸全美(mei)國(guo)每年(nian)用油(you)(you)(you)(you)量(liang)的(de)(de)20%，Prudhoe Bay油(you)(you)(you)(you)田突(tu)然停止原油(you)(you)(you)(you)供應，造成(cheng)環境的(de)(de)嚴(yan)重污染(ran)和(he)國(guo)際油(you)(you)(you)(you)價的(de)(de)大幅度上(shang)升。事后(hou)，經過(guo)權(quan)威部門調查研究，微(wei)生物腐蝕被認為是造成(cheng)這(zhe)次事故(gu)的(de)(de)主要原因。

2011年(nian)，Bhat等(deng)報道了微生物(wu)腐蝕(shi)導致(zhi)直徑為(wei)196 mm、壁(bi)厚6.4 mm的(de)(de)X46級石(shi)油(you)和產出水運輸管(guan)道在(zai)服役8個月后失效(xiao)，導致(zhi)大量(liang)石(shi)油(you)泄漏，造成(cheng)附(fu)近農田的(de)(de)大面(mian)積污染。同樣在(zai)2011年(nian)，Al-Jaroudi等(deng)報道了1條直徑686 mm、長25.5 km、材(cai)質為(wei)C1018鋼的(de)(de)原油(you)埋(mai)地(di)管(guan)道在(zai)服役3 a后有(you)8處泄漏，研(yan)(yan)(yan)究人(ren)員通過現場調研(yan)(yan)(yan)、實(shi)驗室分析(xi)、原油(you)以及水樣的(de)(de)檢測(ce)等(deng)研(yan)(yan)(yan)究，最(zui)終認定原油(you)中的(de)(de)SRB是(shi)導致(zhi)管(guan)道失效(xiao)的(de)(de)罪魁禍首(shou)。

2013年，中國(guo)新(xin)疆(jiang)1條X52級(ji)輸油管(guan)道(dao)發生爆管(guan)泄露(lu)事(shi)件。在這之前，該條管(guan)道(dao)沿線起伏(fu)管(guan)段曾多次發生內腐蝕穿(chuan)孔泄漏事(shi)故。對事(shi)故的最(zui)終調查認為(wei)，該管(guan)段起伏(fu)較大，原油流量(liang)較低，難以(yi)將微量(liang)游離水或(huo)積(ji)水帶走(zou)而(er)聚積(ji)在低洼(wa)處，使(shi)得SRB大量(liang)繁(fan)殖導致局部腐蝕失效。

2014年，牛(niu)濤等(deng)報道了1條X60級輸(shu)氣(qi)管線鋼(gang)管在埋地1 a后，7.1 mm厚的(de)管身出現腐(fu)蝕(shi)孔(kong)漏(lou)氣(qi)現象，通過現場調研及取樣分析表(biao)明(ming)，腐(fu)蝕(shi)孔(kong)附近的(de)腐(fu)蝕(shi)產物表(biao)面含有大量S和Cl，明(ming)確了蝕(shi)孔(kong)產生的(de)原因為SRB造(zao)成的(de)微(wei)生物腐(fu)蝕(shi)。

2016年，Xiao等報道(dao)了1條X52級(ji)從中(zhong)國甘(gan)肅運往寧夏的原油管道(dao)因(yin)遭受SRB和氧腐(fu)蝕共同作用(yong)導致管線(xian)早期失效(xiao)。

除此之外(wai)，Jack等在聚氯乙烯和聚烯烴(jing)涂層下觀察(cha)到了(le)管線鋼(gang)的(de)微生物腐(fu)(fu)(fu)蝕(shi)(shi)。Pikas[26]調(diao)查了(le)美國德克(ke)薩斯州和新澤西州的(de)4段(duan)管道失效原因(yin)，結果表明，瀝青/煤焦油瓷(ci)漆(qi)涂層下的(de)管線鋼(gang)發生了(le)微生物腐(fu)(fu)(fu)蝕(shi)(shi)。加(jia)拿大橫加(jia)公司(si)調(diao)查表明，每6起(qi)(qi)管道外(wai)部腐(fu)(fu)(fu)蝕(shi)(shi)失效事故中，大約有3起(qi)(qi)是由(you)于微生物腐(fu)(fu)(fu)蝕(shi)(shi)引起(qi)(qi)的(de)。

2 管(guan)線鋼的MIC研(yan)究

SRB廣泛(fan)存(cun)(cun)(cun)在(zai)于(yu)(yu)土壤(rang)(rang)、海水、河水、地(di)(di)下管(guan)(guan)(guan)(guan)(guan)(guan)(guan)道(dao)以及(ji)油氣井(jing)等無氧(yang)(yang)或(huo)極(ji)(ji)少氧(yang)(yang)環境中，它是(shi)(shi)一類在(zai)生(sheng)(sheng)理(li)(li)和形態上互(hu)不相同，通過(guo)氧(yang)(yang)化有(you)(you)機化合(he)物(wu)(wu)或(huo)分子(zi)氫，將硫酸鹽(yan)、亞硝酸鹽(yan)、硫代硫酸鹽(yan)甚至是(shi)(shi)單(dan)質S （作(zuo)(zuo)為其(qi)電(dian)(dian)子(zi)傳遞鏈的(de)(de)(de)(de)(de)(de)最終電(dian)(dian)子(zi)受體） 還原成(cheng)H2S獲得生(sheng)(sheng)存(cun)(cun)(cun)能量(liang)的(de)(de)(de)(de)(de)(de)原核微(wei)生(sheng)(sheng)物(wu)(wu)的(de)(de)(de)(de)(de)(de)統(tong)稱。SRB是(shi)(shi)誘(you)發或(huo)加(jia)(jia)速(su)管(guan)(guan)(guan)(guan)(guan)(guan)(guan)線(xian)(xian)鋼(gang)(gang)(gang)(gang)(gang)腐(fu)(fu)蝕(shi)(shi)(shi)(shi)(shi)(shi)(shi)的(de)(de)(de)(de)(de)(de)典型細(xi)菌(jun)，它造(zao)成(cheng)的(de)(de)(de)(de)(de)(de)微(wei)生(sheng)(sheng)物(wu)(wu)腐(fu)(fu)蝕(shi)(shi)(shi)(shi)(shi)(shi)(shi)分布(bu)廣泛(fan)且影(ying)響(xiang)最大(da)(da)。因(yin)此，研(yan)究人(ren)員對(dui)(dui)(dui)管(guan)(guan)(guan)(guan)(guan)(guan)(guan)線(xian)(xian)鋼(gang)(gang)(gang)(gang)(gang)的(de)(de)(de)(de)(de)(de)微(wei)生(sheng)(sheng)物(wu)(wu)腐(fu)(fu)蝕(shi)(shi)(shi)(shi)(shi)(shi)(shi)研(yan)究多(duo)集中于(yu)(yu)SRB菌(jun)種。Chen等研(yan)究認(ren)為，SRB的(de)(de)(de)(de)(de)(de)存(cun)(cun)(cun)在(zai)會降低(di)X70管(guan)(guan)(guan)(guan)(guan)(guan)(guan)線(xian)(xian)鋼(gang)(gang)(gang)(gang)(gang)的(de)(de)(de)(de)(de)(de)開(kai)路電(dian)(dian)位(wei)，而且相比無菌(jun)條件，含(han)有(you)(you)SRB條件下的(de)(de)(de)(de)(de)(de)腐(fu)(fu)蝕(shi)(shi)(shi)(shi)(shi)(shi)(shi)電(dian)(dian)流密度會變大(da)(da)。同時還認(ren)為在(zai)沒有(you)(you)SRB存(cun)(cun)(cun)在(zai)情(qing)況(kuang)(kuang)下，施加(jia)(jia)-775 mV （vs SCE） 陰(yin)(yin)(yin)極(ji)(ji)電(dian)(dian)位(wei)保(bao)(bao)護可以完(wan)全避(bi)免X70管(guan)(guan)(guan)(guan)(guan)(guan)(guan)線(xian)(xian)鋼(gang)(gang)(gang)(gang)(gang)剝離涂層下的(de)(de)(de)(de)(de)(de)縫隙腐(fu)(fu)蝕(shi)(shi)(shi)(shi)(shi)(shi)(shi)，然(ran)而SRB的(de)(de)(de)(de)(de)(de)存(cun)(cun)(cun)在(zai)使其(qi)陰(yin)(yin)(yin)極(ji)(ji)保(bao)(bao)護失去作(zuo)(zuo)用(yong)。Alabbas等研(yan)究了(le)(le)有(you)(you)/無SRB參(can)與(yu)的(de)(de)(de)(de)(de)(de)情(qing)況(kuang)(kuang)下X80管(guan)(guan)(guan)(guan)(guan)(guan)(guan)線(xian)(xian)鋼(gang)(gang)(gang)(gang)(gang)的(de)(de)(de)(de)(de)(de)腐(fu)(fu)蝕(shi)(shi)(shi)(shi)(shi)(shi)(shi)行(xing)為。結(jie)(jie)果表(biao)(biao)明(ming)，在(zai)含(han)有(you)(you)SRB條件下X80管(guan)(guan)(guan)(guan)(guan)(guan)(guan)線(xian)(xian)鋼(gang)(gang)(gang)(gang)(gang)的(de)(de)(de)(de)(de)(de)腐(fu)(fu)蝕(shi)(shi)(shi)(shi)(shi)(shi)(shi)速(su)率是(shi)(shi)不含(han)SRB條件下的(de)(de)(de)(de)(de)(de)6倍之多(duo)，可見SRB對(dui)(dui)(dui)管(guan)(guan)(guan)(guan)(guan)(guan)(guan)線(xian)(xian)鋼(gang)(gang)(gang)(gang)(gang)腐(fu)(fu)蝕(shi)(shi)(shi)(shi)(shi)(shi)(shi)影(ying)響(xiang)的(de)(de)(de)(de)(de)(de)嚴(yan)重性(xing)。Wu等先后研(yan)究了(le)(le)X80管(guan)(guan)(guan)(guan)(guan)(guan)(guan)線(xian)(xian)鋼(gang)(gang)(gang)(gang)(gang)在(zai)有(you)(you)/無應力(li)加(jia)(jia)載(zai)、不同陰(yin)(yin)(yin)極(ji)(ji)保(bao)(bao)護電(dian)(dian)位(wei)的(de)(de)(de)(de)(de)(de)情(qing)況(kuang)(kuang)下，SRB對(dui)(dui)(dui)X80管(guan)(guan)(guan)(guan)(guan)(guan)(guan)線(xian)(xian)鋼(gang)(gang)(gang)(gang)(gang)應力(li)腐(fu)(fu)蝕(shi)(shi)(shi)(shi)(shi)(shi)(shi)開(kai)裂(lie)敏感(gan)性(xing)的(de)(de)(de)(de)(de)(de)影(ying)響(xiang)。結(jie)(jie)果表(biao)(biao)明(ming)，SRB誘(you)導的(de)(de)(de)(de)(de)(de)點(dian)蝕(shi)(shi)(shi)(shi)(shi)(shi)(shi)是(shi)(shi)管(guan)(guan)(guan)(guan)(guan)(guan)(guan)線(xian)(xian)鋼(gang)(gang)(gang)(gang)(gang)應力(li)腐(fu)(fu)蝕(shi)(shi)(shi)(shi)(shi)(shi)(shi)開(kai)裂(lie)的(de)(de)(de)(de)(de)(de)直接原因(yin)；SRB的(de)(de)(de)(de)(de)(de)生(sheng)(sheng)理(li)(li)活動和外加(jia)(jia)陰(yin)(yin)(yin)極(ji)(ji)電(dian)(dian)位(wei)共同提(ti)高(gao)了(le)(le)管(guan)(guan)(guan)(guan)(guan)(guan)(guan)線(xian)(xian)鋼(gang)(gang)(gang)(gang)(gang)應力(li)腐(fu)(fu)蝕(shi)(shi)(shi)(shi)(shi)(shi)(shi)敏感(gan)性(xing)，而這種敏感(gan)性(xing)的(de)(de)(de)(de)(de)(de)提(ti)高(gao)隨著外加(jia)(jia)電(dian)(dian)位(wei)的(de)(de)(de)(de)(de)(de)降低(di)而有(you)(you)所減弱。研(yan)究人(ren)員分別在(zai)中性(xing)土壤(rang)(rang)浸出(chu)液和酸性(xing)土壤(rang)(rang)浸出(chu)液環境下，研(yan)究了(le)(le)有(you)(you)/無SRB對(dui)(dui)(dui)管(guan)(guan)(guan)(guan)(guan)(guan)(guan)線(xian)(xian)鋼(gang)(gang)(gang)(gang)(gang)腐(fu)(fu)蝕(shi)(shi)(shi)(shi)(shi)(shi)(shi)性(xing)能的(de)(de)(de)(de)(de)(de)影(ying)響(xiang)。結(jie)(jie)果表(biao)(biao)明(ming)，實驗初期SRB的(de)(de)(de)(de)(de)(de)生(sheng)(sheng)理(li)(li)活動減緩了(le)(le)腐(fu)(fu)蝕(shi)(shi)(shi)(shi)(shi)(shi)(shi)速(su)率，實驗后期SRB又加(jia)(jia)速(su)了(le)(le)腐(fu)(fu)蝕(shi)(shi)(shi)(shi)(shi)(shi)(shi)速(su)率。Kuang等研(yan)究了(le)(le)SRB的(de)(de)(de)(de)(de)(de)生(sheng)(sheng)長(chang)過(guo)程對(dui)(dui)(dui)碳鋼(gang)(gang)(gang)(gang)(gang)腐(fu)(fu)蝕(shi)(shi)(shi)(shi)(shi)(shi)(shi)的(de)(de)(de)(de)(de)(de)影(ying)響(xiang)情(qing)況(kuang)(kuang)。結(jie)(jie)果表(biao)(biao)明(ming)，碳鋼(gang)(gang)(gang)(gang)(gang)的(de)(de)(de)(de)(de)(de)腐(fu)(fu)蝕(shi)(shi)(shi)(shi)(shi)(shi)(shi)速(su)率在(zai)SRB的(de)(de)(de)(de)(de)(de)繁殖階(jie)段最大(da)(da)，而且與(yu)SRB的(de)(de)(de)(de)(de)(de)代謝產(chan)物(wu)(wu)積聚息息相關。此外，國內外研(yan)究學者還不同程度地(di)(di)在(zai)生(sheng)(sheng)物(wu)(wu)膜(mo)形態對(dui)(dui)(dui)管(guan)(guan)(guan)(guan)(guan)(guan)(guan)線(xian)(xian)鋼(gang)(gang)(gang)(gang)(gang)腐(fu)(fu)蝕(shi)(shi)(shi)(shi)(shi)(shi)(shi)性(xing)能的(de)(de)(de)(de)(de)(de)影(ying)響(xiang)、交流電(dian)(dian)和微(wei)生(sheng)(sheng)物(wu)(wu)共同作(zuo)(zuo)用(yong)對(dui)(dui)(dui)管(guan)(guan)(guan)(guan)(guan)(guan)(guan)線(xian)(xian)鋼(gang)(gang)(gang)(gang)(gang)腐(fu)(fu)蝕(shi)(shi)(shi)(shi)(shi)(shi)(shi)行(xing)為的(de)(de)(de)(de)(de)(de)影(ying)響(xiang)、管(guan)(guan)(guan)(guan)(guan)(guan)(guan)線(xian)(xian)的(de)(de)(de)(de)(de)(de)微(wei)生(sheng)(sheng)物(wu)(wu)腐(fu)(fu)蝕(shi)(shi)(shi)(shi)(shi)(shi)(shi)表(biao)(biao)征以及(ji)其(qi)它方(fang)面做了(le)(le)大(da)(da)量(liang)研(yan)究工作(zuo)(zuo)。

然而，管(guan)線鋼(gang)(gang)的(de)(de)(de)微(wei)生(sheng)(sheng)物(wu)(wu)腐(fu)(fu)蝕研(yan)(yan)究(jiu)報道多(duo)集中在(zai)外部環境因(yin)素(su)對(dui)腐(fu)(fu)蝕的(de)(de)(de)影(ying)響等方面(mian)，對(dui)管(guan)線鋼(gang)(gang)材(cai)料(liao)本(ben)身的(de)(de)(de)諸多(duo)因(yin)素(su)對(dui)微(wei)生(sheng)(sheng)物(wu)(wu)腐(fu)(fu)蝕的(de)(de)(de)影(ying)響鮮有(you)報道。Mara和(he)Williams （1972） 研(yan)(yan)究(jiu)了碳(tan)鋼(gang)(gang)中的(de)(de)(de)碳(tan)含量對(dui)SRB腐(fu)(fu)蝕行(xing)為(wei)的(de)(de)(de)影(ying)響。結果(guo)表明，隨(sui)著鋼(gang)(gang)中碳(tan)含量的(de)(de)(de)增加(jia)(jia)，微(wei)生(sheng)(sheng)物(wu)(wu)腐(fu)(fu)蝕速(su)(su)率增大(da)，但相(xiang)關原因(yin)并(bing)沒有(you)闡明。另一項(xiang)研(yan)(yan)究(jiu)表明，大(da)腸(chang)桿(gan)菌(jun) （Escherichia coli） 的(de)(de)(de)參(can)與(yu)會加(jia)(jia)速(su)(su)不(bu)同碳(tan)含量的(de)(de)(de)Fe-C合金腐(fu)(fu)蝕，但其腐(fu)(fu)蝕速(su)(su)率與(yu)碳(tan)含量并(bing)沒有(you)直接關系。Javed等認為(wei)微(wei)生(sheng)(sheng)物(wu)(wu)腐(fu)(fu)蝕速(su)(su)率與(yu)細菌(jun)在(zai)鋼(gang)(gang)表面(mian)上附(fu)著的(de)(de)(de)數(shu)(shu)量有(you)很大(da)關系，為(wei)此(ci)在(zai)不(bu)同強度(du)級別和(he)不(bu)同組織形態下(xia)對(dui)低碳(tan)鋼(gang)(gang)的(de)(de)(de)細菌(jun)初始附(fu)著數(shu)(shu)量進行(xing)了原位統計(ji)。結果(guo)表明，在(zai)與(yu)細菌(jun)共培養的(de)(de)(de)1 h內，隨(sui)著鋼(gang)(gang)中碳(tan)含量的(de)(de)(de)增加(jia)(jia)，珠(zhu)光(guang)體含量增加(jia)(jia)，鋼(gang)(gang)的(de)(de)(de)強度(du)相(xiang)應增高，大(da)腸(chang)桿(gan)菌(jun)在(zai)其表面(mian)的(de)(de)(de)附(fu)著數(shu)(shu)量減少。另外，研(yan)(yan)究(jiu)者[40,41]還認為(wei)，碳(tan)鋼(gang)(gang)的(de)(de)(de)晶粒(li)(li)尺(chi)寸(cun)越(yue)小，其附(fu)著的(de)(de)(de)細菌(jun)數(shu)(shu)量越(yue)多(duo)，表明微(wei)生(sheng)(sheng)物(wu)(wu)腐(fu)(fu)蝕速(su)(su)率隨(sui)晶粒(li)(li)尺(chi)寸(cun)減小而增大(da)。

3 管線鋼的微生(sheng)物腐蝕(shi)防(fang)治(zhi)

3.1 生物(wu)膜(mo)是(shi)導致發生微(wei)生物(wu)腐蝕的主要原因

生物(wu)(wu)(wu)(wu)(wu)膜(mo)(mo)是(shi)目(mu)前公認(ren)的(de)(de)(de)(de)導致發(fa)生微(wei)(wei)(wei)生物(wu)(wu)(wu)(wu)(wu)腐蝕(shi)的(de)(de)(de)(de)主(zhu)要(yao)因素(su)之一，即微(wei)(wei)(wei)生物(wu)(wu)(wu)(wu)(wu)附(fu)著(zhu)(zhu)于材(cai)料(liao)表(biao)面并形(xing)(xing)成(cheng)生物(wu)(wu)(wu)(wu)(wu)膜(mo)(mo)，是(shi)材(cai)料(liao)腐蝕(shi)過程中的(de)(de)(de)(de)重要(yao)步驟。生物(wu)(wu)(wu)(wu)(wu)膜(mo)(mo)由(you)一種或多種微(wei)(wei)(wei)生物(wu)(wu)(wu)(wu)(wu)組(zu)成(cheng)，并由(you)自(zi)身(shen)產生的(de)(de)(de)(de)胞外多聚物(wu)(wu)(wu)(wu)(wu) （主(zhu)要(yao)為多糖(tang)） 包(bao)圍(wei)而形(xing)(xing)成(cheng)，它可以(yi)附(fu)著(zhu)(zhu)在(zai)幾乎所有材(cai)料(liao)的(de)(de)(de)(de)表(biao)面。生物(wu)(wu)(wu)(wu)(wu)膜(mo)(mo)具有較強的(de)(de)(de)(de)形(xing)(xing)成(cheng)能力，有研究[7]顯(xian)示放在(zai)海水(shui)中數小時(shi)后即可在(zai)金屬(shu)(shu)板表(biao)面形(xing)(xing)成(cheng)一層(ceng)黏滑的(de)(de)(de)(de)生物(wu)(wu)(wu)(wu)(wu)膜(mo)(mo)。生物(wu)(wu)(wu)(wu)(wu)膜(mo)(mo)形(xing)(xing)成(cheng)過程通常包(bao)括如下步驟：首先，生物(wu)(wu)(wu)(wu)(wu)膜(mo)(mo)最初是(shi)由(you)浮游細菌(jun)借(jie)助微(wei)(wei)(wei)弱的(de)(de)(de)(de)van der Waals力和(he)靜電接(jie)觸金屬(shu)(shu)表(biao)面；然后形(xing)(xing)成(cheng)微(wei)(wei)(wei)菌(jun)落，造成(cheng)持(chi)久(jiu)牢固的(de)(de)(de)(de)附(fu)著(zhu)(zhu)；接(jie)著(zhu)(zhu)細菌(jun)開始分泌生物(wu)(wu)(wu)(wu)(wu)膜(mo)(mo)基(ji)質(zhi)，隨著(zhu)(zhu)基(ji)質(zhi)上(shang)不(bu)斷黏附(fu)上(shang)微(wei)(wei)(wei)生物(wu)(wu)(wu)(wu)(wu)的(de)(de)(de)(de)代謝(xie)物(wu)(wu)(wu)(wu)(wu)、金屬(shu)(shu)離子、腐蝕(shi)產物(wu)(wu)(wu)(wu)(wu)以(yi)及其它生物(wu)(wu)(wu)(wu)(wu)等，最終形(xing)(xing)成(cheng)成(cheng)熟的(de)(de)(de)(de)生物(wu)(wu)(wu)(wu)(wu)膜(mo)(mo)。

生(sheng)(sheng)(sheng)(sheng)(sheng)(sheng)物(wu)(wu)(wu)(wu)膜內是富含不溶(rong)性(xing)硫化物(wu)(wu)(wu)(wu)、低分(fen)(fen)子(zi)(zi)有機酸、高分(fen)(fen)子(zi)(zi)胞(bao)(bao)聚糖所組成的(de)(de)復(fu)雜混合物(wu)(wu)(wu)(wu)，因此生(sheng)(sheng)(sheng)(sheng)(sheng)(sheng)物(wu)(wu)(wu)(wu)膜可與金(jin)(jin)屬表(biao)(biao)(biao)面發生(sheng)(sheng)(sheng)(sheng)(sheng)(sheng)復(fu)雜的(de)(de)電(dian)化學(xue)反應(ying)。它可以(yi)通(tong)(tong)過以(yi)下(xia)幾種方式影(ying)響腐(fu)(fu)(fu)蝕(shi)反應(ying)的(de)(de)發生(sheng)(sheng)(sheng)(sheng)(sheng)(sheng)：（1） 影(ying)響電(dian)化學(xue)腐(fu)(fu)(fu)蝕(shi)中(zhong)的(de)(de)陽(yang)極(ji)或(huo)(huo)(huo)陰極(ji)反應(ying)，分(fen)(fen)泌能夠促(cu)進陰極(ji)還原的(de)(de)酶；（2） 改(gai)變了腐(fu)(fu)(fu)蝕(shi)反應(ying)類型，由均勻腐(fu)(fu)(fu)蝕(shi)可能轉變為局部腐(fu)(fu)(fu)蝕(shi)；（3） 微生(sheng)(sheng)(sheng)(sheng)(sheng)(sheng)物(wu)(wu)(wu)(wu)新陳代謝產生(sheng)(sheng)(sheng)(sheng)(sheng)(sheng)促(cu)進或(huo)(huo)(huo)抑制(zhi)金(jin)(jin)屬腐(fu)(fu)(fu)蝕(shi)的(de)(de)化合物(wu)(wu)(wu)(wu)；（4） 生(sheng)(sheng)(sheng)(sheng)(sheng)(sheng)成生(sheng)(sheng)(sheng)(sheng)(sheng)(sheng)物(wu)(wu)(wu)(wu)膜結構，創造了生(sheng)(sheng)(sheng)(sheng)(sheng)(sheng)物(wu)(wu)(wu)(wu)膜內的(de)(de)腐(fu)(fu)(fu)蝕(shi)環境，改(gai)變金(jin)(jin)屬表(biao)(biao)(biao)面狀態。生(sheng)(sheng)(sheng)(sheng)(sheng)(sheng)物(wu)(wu)(wu)(wu)電(dian)化學(xue)領域(yu)的(de)(de)研究表(biao)(biao)(biao)明，附著(zhu)在(zai)金(jin)(jin)屬表(biao)(biao)(biao)面的(de)(de)生(sheng)(sheng)(sheng)(sheng)(sheng)(sheng)物(wu)(wu)(wu)(wu)膜內的(de)(de)細菌，可通(tong)(tong)過直接(jie)電(dian)子(zi)(zi)轉移 （細胞(bao)(bao)膜上(shang)的(de)(de)電(dian)子(zi)(zi)轉運蛋白(bai)） 或(huo)(huo)(huo)間接(jie)電(dian)子(zi)(zi)轉移 （自身(shen)分(fen)(fen)泌的(de)(de)生(sheng)(sheng)(sheng)(sheng)(sheng)(sheng)物(wu)(wu)(wu)(wu)小(xiao)分(fen)(fen)子(zi)(zi)電(dian)子(zi)(zi)轉移載體） 從金(jin)(jin)屬獲(huo)得(de)電(dian)子(zi)(zi)，從而導致金(jin)(jin)屬發生(sheng)(sheng)(sheng)(sheng)(sheng)(sheng)微生(sheng)(sheng)(sheng)(sheng)(sheng)(sheng)物(wu)(wu)(wu)(wu)腐(fu)(fu)(fu)蝕(shi)。因此，如果生(sheng)(sheng)(sheng)(sheng)(sheng)(sheng)物(wu)(wu)(wu)(wu)膜被抑制(zhi)或(huo)(huo)(huo)破壞，微生(sheng)(sheng)(sheng)(sheng)(sheng)(sheng)物(wu)(wu)(wu)(wu)腐(fu)(fu)(fu)蝕(shi)發生(sheng)(sheng)(sheng)(sheng)(sheng)(sheng)的(de)(de)機率(lv)將大大減小(xiao)。因此，控制(zhi)微生(sheng)(sheng)(sheng)(sheng)(sheng)(sheng)物(wu)(wu)(wu)(wu)腐(fu)(fu)(fu)蝕(shi)的(de)(de)有效(xiao)途徑之一(yi)就(jiu)是控制(zhi)生(sheng)(sheng)(sheng)(sheng)(sheng)(sheng)物(wu)(wu)(wu)(wu)膜在(zai)材料表(biao)(biao)(biao)面的(de)(de)形成和生(sheng)(sheng)(sheng)(sheng)(sheng)(sheng)長。

3.2 管線(xian)鋼的微(wei)生物腐蝕防(fang)治措施(shi)

目前，微生(sheng)(sheng)物(wu)腐蝕防(fang)(fang)治(zhi)方(fang)法主(zhu)要有：（1） 物(wu)理方(fang)法，如(ru)使(shi)(shi)用(yong)紫外線照(zhao)射殺菌或(huo)對生(sheng)(sheng)物(wu)膜進(jin)行外力刮擦(ca)；（2） 化(hua)學(xue)方(fang)法，如(ru)使(shi)(shi)用(yong)殺菌劑；（3） 防(fang)(fang)護性涂層，如(ru)在金屬材料表面(mian)涂覆(fu)(fu)抗(kang)菌涂層，涂覆(fu)(fu)防(fang)(fang)附著(zhu)的超滑(hua)或(huo)超疏水涂層使(shi)(shi)其表面(mian)不(bu)易(yi)被微生(sheng)(sheng)物(wu)附著(zhu)；（4） 生(sheng)(sheng)物(wu)防(fang)(fang)治(zhi)法，即(ji)通(tong)過微生(sheng)(sheng)物(wu)之間的競爭和拮抗(kang)等關系(xi)來防(fang)(fang)止微生(sheng)(sheng)物(wu)腐蝕。

對(dui)于現(xian)役埋(mai)地輸送管(guan)(guan)(guan)線(xian)(xian)而(er)(er)言(yan)，目(mu)前還沒有行之(zhi)有效(xiao)的(de)(de)(de)方(fang)法來減緩或抑(yi)制(zhi)微(wei)生(sheng)物(wu)(wu)造成(cheng)的(de)(de)(de)腐蝕。這是(shi)因為(wei)管(guan)(guan)(guan)線(xian)(xian)的(de)(de)(de)外部(bu)通常(chang)聯合采(cai)用(yong)(yong)防(fang)(fang)護(hu)涂(tu)(tu)層和陰(yin)極保護(hu)來防(fang)(fang)止其(qi)(qi)腐蝕，其(qi)(qi)中(zhong)(zhong)防(fang)(fang)護(hu)涂(tu)(tu)層使(shi)管(guan)(guan)(guan)道表(biao)面(mian)與(yu)其(qi)(qi)周(zhou)圍的(de)(de)(de)土壤(rang)(rang)腐蝕介(jie)質隔(ge)離(li)，陰(yin)極保護(hu)確保涂(tu)(tu)層局部(bu)缺陷部(bu)位下(xia)的(de)(de)(de)管(guan)(guan)(guan)道表(biao)面(mian)得(de)到(dao)電化(hua)(hua)學(xue)保護(hu)。然(ran)而(er)(er)，絕緣性(xing)防(fang)(fang)護(hu)涂(tu)(tu)層常(chang)因機械損傷、老化(hua)(hua)降解、土壤(rang)(rang)應(ying)力、陰(yin)極析氫(qing)等作用(yong)(yong)失(shi)(shi)去粘結力而(er)(er)發生(sheng)剝離(li)，與(yu)管(guan)(guan)(guan)道表(biao)面(mian)間(jian)形(xing)成(cheng)縫隙，由此給微(wei)生(sheng)物(wu)(wu)形(xing)成(cheng)了適(shi)宜生(sheng)存的(de)(de)(de)微(wei)環境(jing)，進而(er)(er)導(dao)致發生(sheng)微(wei)生(sheng)物(wu)(wu)腐蝕，形(xing)成(cheng)點蝕或穿孔等。管(guan)(guan)(guan)線(xian)(xian)的(de)(de)(de)內部(bu)微(wei)生(sheng)物(wu)(wu)腐蝕防(fang)(fang)治最常(chang)用(yong)(yong)的(de)(de)(de)方(fang)法是(shi)使(shi)用(yong)(yong)殺(sha)(sha)菌劑(ji)(ji)，殺(sha)(sha)菌劑(ji)(ji)可直接(jie)殺(sha)(sha)死管(guan)(guan)(guan)線(xian)(xian)內介(jie)質中(zhong)(zhong)的(de)(de)(de)微(wei)生(sheng)物(wu)(wu)，達到(dao)抑(yi)制(zhi)微(wei)生(sheng)物(wu)(wu)腐蝕的(de)(de)(de)目(mu)的(de)(de)(de)。但殺(sha)(sha)菌劑(ji)(ji)的(de)(de)(de)大量使(shi)用(yong)(yong)會(hui)增加環境(jing)的(de)(de)(de)負荷，破(po)壞(huai)生(sheng)態環境(jing)，長期(qi)使(shi)用(yong)(yong)易誘導(dao)產生(sheng)耐(nai)藥(yao)菌，使(shi)其(qi)(qi)有效(xiao)性(xing)喪失(shi)(shi)。而(er)(er)且多數殺(sha)(sha)菌劑(ji)(ji)對(dui)浮游微(wei)生(sheng)物(wu)(wu)較為(wei)有效(xiao)，但對(dui)生(sheng)物(wu)(wu)膜(mo)的(de)(de)(de)滲透和剝離(li)能(neng)力不足，很難殺(sha)(sha)死生(sheng)物(wu)(wu)膜(mo)中(zhong)(zhong)的(de)(de)(de)微(wei)生(sheng)物(wu)(wu)。

由于管線(xian)的(de)特殊性(xing)(xing)和(he)所處環境的(de)復雜性(xing)(xing)，目前來(lai)看，管線(xian)微生(sheng)(sheng)物(wu)(wu)腐蝕(shi)的(de)防(fang)(fang)治要綜合(he)應(ying)用(yong)多(duo)種防(fang)(fang)治手段才(cai)能達到控制微生(sheng)(sheng)物(wu)(wu)腐蝕(shi)的(de)效果。例(li)如應(ying)該(gai)發展(zhan)綠色(se)環保的(de)殺菌劑、殺菌劑增效劑和(he)更(geng)為有效的(de)物(wu)(wu)理刮擦方法(fa)。而耐(nai)微生(sheng)(sheng)物(wu)(wu)腐蝕(shi)管線(xian)材料給微生(sheng)(sheng)物(wu)(wu)腐蝕(shi)的(de)防(fang)(fang)治提供(gong)了一個全新的(de)選擇。

4 耐微生物腐蝕(shi)管線鋼的發展

4.1 含(han)Cu耐(nai)微(wei)生物腐蝕管線鋼的研(yan)究(jiu)

微(wei)(wei)生(sheng)物腐(fu)(fu)蝕(shi)(shi)的(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)根源在(zai)于(yu)細菌(jun)(jun)在(zai)材料表(biao)(biao)(biao)面(mian)(mian)形成(cheng)的(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)生(sheng)物膜(mo)(mo)(mo)，所(suo)以(yi)微(wei)(wei)生(sheng)物腐(fu)(fu)蝕(shi)(shi)的(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)防治主要就是如何消除附著在(zai)材料表(biao)(biao)(biao)面(mian)(mian)的(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)細菌(jun)(jun)生(sheng)物膜(mo)(mo)(mo)。近年來，含(han)(han)Cu抗(kang)菌(jun)(jun)不銹鋼(gang)(gang)(gang)(gang)的(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)廣(guang)泛研(yan)(yan)究(jiu)使人們對鋼(gang)(gang)(gang)(gang)中(zhong)加入適量(liang)(liang)Cu所(suo)具有(you)的(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)抗(kang)菌(jun)(jun)性(xing)(xing)能和微(wei)(wei)量(liang)(liang)Cu離(li)子(zi)釋放抑制細菌(jun)(jun)生(sheng)物膜(mo)(mo)(mo)形成(cheng)的(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)作用(yong)達成(cheng)了(le)共識。值(zhi)得關(guan)注的(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)是，中(zhong)國(guo)科學院金屬研(yan)(yan)究(jiu)所(suo)楊柯(ke)團隊近期(qi)將含(han)(han)Cu抗(kang)菌(jun)(jun)不銹鋼(gang)(gang)(gang)(gang)的(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)設計思想(xiang)拓展到管(guan)(guan)(guan)(guan)線(xian)(xian)(xian)(xian)鋼(gang)(gang)(gang)(gang)中(zhong)。研(yan)(yan)究(jiu)表(biao)(biao)(biao)明(ming)，含(han)(han)Cu管(guan)(guan)(guan)(guan)線(xian)(xian)(xian)(xian)鋼(gang)(gang)(gang)(gang)與傳(chuan)統同(tong)強度(du)級別管(guan)(guan)(guan)(guan)線(xian)(xian)(xian)(xian)鋼(gang)(gang)(gang)(gang)具有(you)相(xiang)當的(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)力(li)學性(xing)(xing)能 （表(biao)(biao)(biao)1和圖(tu)3），而(er)且鋼(gang)(gang)(gang)(gang)中(zhong)納米富(fu)Cu相(xiang)的(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)析(xi)出為(wei)氫原子(zi)的(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)分布提供了(le)眾多(duo)位置，有(you)助于(yu)避免在(zai)局部區(qu)域(yu)產生(sheng)很高的(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)氫富(fu)集而(er)產生(sheng)微(wei)(wei)觀(guan)(guan)區(qu)域(yu)氫脆，從而(er)使鋼(gang)(gang)(gang)(gang)具有(you)優異的(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)抗(kang)氫致開裂(lie)性(xing)(xing)能。由于(yu)富(fu)Cu相(xiang)析(xi)出賦予的(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)抗(kang)菌(jun)(jun)功(gong)能，使管(guan)(guan)(guan)(guan)線(xian)(xian)(xian)(xian)鋼(gang)(gang)(gang)(gang)同(tong)時具備良(liang)好的(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)耐微(wei)(wei)生(sheng)物腐(fu)(fu)蝕(shi)(shi)性(xing)(xing)能。圖(tu)4為(wei)含(han)(han)Cu管(guan)(guan)(guan)(guan)線(xian)(xian)(xian)(xian)鋼(gang)(gang)(gang)(gang)在(zai)含(han)(han)有(you)SRB的(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)土壤浸出液中(zhong)浸泡20 d后的(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)腐(fu)(fu)蝕(shi)(shi)電流密度(du)曲線(xian)(xian)(xian)(xian)。可見，含(han)(han)Cu管(guan)(guan)(guan)(guan)線(xian)(xian)(xian)(xian)鋼(gang)(gang)(gang)(gang)的(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)腐(fu)(fu)蝕(shi)(shi)電流密度(du)要遠(yuan)(yuan)低于(yu)普通管(guan)(guan)(guan)(guan)線(xian)(xian)(xian)(xian)鋼(gang)(gang)(gang)(gang)。對表(biao)(biao)(biao)面(mian)(mian)生(sheng)物膜(mo)(mo)(mo)進行觀(guan)(guan)察可見，含(han)(han)Cu管(guan)(guan)(guan)(guan)線(xian)(xian)(xian)(xian)鋼(gang)(gang)(gang)(gang) （X80-Cu） 表(biao)(biao)(biao)面(mian)(mian)附著的(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)生(sheng)物膜(mo)(mo)(mo)明(ming)顯少(shao)于(yu)對照X80管(guan)(guan)(guan)(guan)線(xian)(xian)(xian)(xian)鋼(gang)(gang)(gang)(gang)，表(biao)(biao)(biao)明(ming)含(han)(han)Cu管(guan)(guan)(guan)(guan)線(xian)(xian)(xian)(xian)鋼(gang)(gang)(gang)(gang)表(biao)(biao)(biao)面(mian)(mian)可以(yi)有(you)效抑制生(sheng)物膜(mo)(mo)(mo)的(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)形成(cheng) （圖(tu)5）。除去表(biao)(biao)(biao)面(mian)(mian)腐(fu)(fu)蝕(shi)(shi)產物后，表(biao)(biao)(biao)面(mian)(mian)上的(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)點(dian)蝕(shi)(shi)數量(liang)(liang)和最大(da)點(dian)蝕(shi)(shi)深度(du)均遠(yuan)(yuan)小(xiao)于(yu)傳(chuan)統X80管(guan)(guan)(guan)(guan)線(xian)(xian)(xian)(xian)鋼(gang)(gang)(gang)(gang) （圖(tu)6）。

表1   含Cu管(guan)線鋼 （X80-Cu） 和X80管(guan)線鋼的力學性能

圖3   含Cu管線鋼 （X80-Cu） 和X80管線鋼的拉伸應力-應變曲線和沖擊斷裂形貌

圖(tu)4   含(han)Cu管(guan)線鋼 （X80-Cu） 和X80管(guan)線鋼在含(han)有SRB的土壤(rang)浸出(chu)液中的腐(fu)蝕電流密度(du)曲(qu)線

圖5   含(han)Cu管(guan)線鋼 （X80-Cu） 和X80管(guan)線鋼在含(han)有SRB的土壤浸出液(ye)中浸泡20 d后的表面生物膜形貌

圖6   含Cu管(guan)線鋼(gang) （X80-Cu） 和X80管(guan)線鋼(gang)在含有SRB的(de)土壤浸(jin)出液中浸(jin)泡20 d后的(de)表面腐蝕坑形貌

為了(le)(le)進一步驗證含(han)(han)Cu管(guan)(guan)(guan)線鋼(gang)的(de)(de)耐微生物(wu)腐(fu)(fu)蝕性能(neng)(neng)的(de)(de)穩定性，本課(ke)題組對該鋼(gang)進行(xing)了(le)(le)更長時(shi)間的(de)(de)耐SRB腐(fu)(fu)蝕性能(neng)(neng)研究。結果(guo)表明，含(han)(han)Cu管(guan)(guan)(guan)線鋼(gang)在(zai)含(han)(han)有(you)SRB的(de)(de)土壤(rang)模擬液(ye)中(zhong)浸(jin)泡60 d后的(de)(de)點蝕密(mi)度和最大(da)點蝕深(shen)度仍(reng)小于(yu)普(pu)通(tong)管(guan)(guan)(guan)線鋼(gang)。同時(shi)還(huan)可(ke)見，Cu在(zai)管(guan)(guan)(guan)線鋼(gang)中(zhong)以富銅析(xi)出形式存(cun)在(zai)時(shi)，具有(you)更佳(jia)的(de)(de)耐微生物(wu)腐(fu)(fu)蝕性能(neng)(neng)。含(han)(han)Cu管(guan)(guan)(guan)線鋼(gang) （X80-Cu） 與(yu)對照X80管(guan)(guan)(guan)線鋼(gang)在(zai)含(han)(han)Cu綠假單(dan)胞菌 （P. aeruginosa） 溶(rong)液(ye)中(zhong)的(de)(de)腐(fu)(fu)蝕實驗表明，含(han)(han)Cu管(guan)(guan)(guan)線鋼(gang)僅(jin)在(zai)5 d內便可(ke)以有(you)效殺滅(mie)細菌 （圖7），使材料表面上(shang)的(de)(de)點蝕數量大(da)大(da)減少(shao) （圖8）。

圖7   含Cu管線鋼 （X80-Cu） 和X80管線鋼在(zai)含有銅綠(lv)假單(dan)胞菌的溶液(ye)中(zhong)浸泡5 d后的表面細菌活(huo)/死形貌(mao)

圖8   含Cu管線(xian)(xian)鋼 （X80-Cu） 和X80管線(xian)(xian)鋼在(zai)含有銅綠假單胞菌溶液中浸泡(pao)14 d后(hou)的(de)表面腐蝕(shi)坑形貌

4.2 含Cu耐微生物腐蝕管線(xian)鋼的今(jin)后研究(jiu)方向

具有耐微(wei)生物腐蝕(shi)功能的(de)新(xin)型(xing)含Cu管線(xian)(xian)鋼在材料(liao)設計上(shang)是創新(xin)的(de)，然而要推動其發(fa)展和(he)未(wei)來應用，仍需要面臨(lin)很(hen)多科(ke)學(xue)(xue)和(he)技(ji)術上(shang)的(de)挑戰。從材料(liao)學(xue)(xue)角度看，新(xin)型(xing)含Cu管線(xian)(xian)鋼降低微(wei)生物腐蝕(shi)的(de)作用機制是需要深入研究的(de)一(yi)個關鍵科(ke)學(xue)(xue)問題，具有鮮明(ming)學(xue)(xue)科(ke)交叉的(de)特點。

（1） Cu在(zai)管線(xian)鋼(gang)中(zhong)的(de)(de)(de)(de)存在(zai)形(xing)式對耐微(wei)生(sheng)物腐蝕性能的(de)(de)(de)(de)優劣息息相(xiang)關。正如(ru)前期研究結(jie)果所示(shi)，析出(chu)形(xing)式的(de)(de)(de)(de)納米富(fu)Cu相(xiang)較固溶于(yu)基體(ti)中(zhong)的(de)(de)(de)(de)Cu具有更佳(jia)(jia)的(de)(de)(de)(de)耐微(wei)生(sheng)物腐蝕性能。因此，不同強度(du)級(ji)別(bie)的(de)(de)(de)(de)管線(xian)鋼(gang)中(zhong)的(de)(de)(de)(de)最佳(jia)(jia)Cu含量(liang)設計，以及富(fu)Cu析出(chu)相(xiang)的(de)(de)(de)(de)形(xing)貌、尺寸、數量(liang)密度(du)、與基體(ti)的(de)(de)(de)(de)位向關系等與管線(xian)鋼(gang)耐微(wei)生(sheng)物腐蝕性能需要深入(ru)研究。

（2） 當含(han)(han)Cu管線鋼與(yu)含(han)(han)微(wei)生物的腐(fu)蝕(shi)介質(zhi)(zhi)接觸時，關鍵元素Cu在(zai)材料(liao)與(yu)腐(fu)蝕(shi)介質(zhi)(zhi)界(jie)面(mian)處的存在(zai)價態(tai) （Cu0、Cu+或(huo)Cu2+） 是(shi)否與(yu)耐微(wei)生物腐(fu)蝕(shi)性能相關，何(he)種(zhong)(zhong)價態(tai)或(huo)多種(zhong)(zhong)價態(tai)在(zai)抑制形成細菌(jun)生物膜上有何(he)種(zhong)(zhong)作(zuo)用等尚不是(shi)十(shi)分明確。

（3） 由(you)于(yu)Cu的熔點比鋼(gang)(gang)(gang)鐵材料低，管線鋼(gang)(gang)(gang)在連鑄后熱機(ji)械控(kong)(kong)制(zhi)軋制(zhi) （TMCP） 過(guo)程(cheng)中可能存在發生(sheng)“銅(tong)脆”的風險，含Cu管線鋼(gang)(gang)(gang)的連鑄連軋過(guo)程(cheng)要嚴格控(kong)(kong)制(zhi)，如何制(zhi)定科學合理的TMCP工(gong)藝是含Cu耐微(wei)生(sheng)物(wu)腐蝕管線鋼(gang)(gang)(gang)實現工(gong)業化生(sheng)產的基礎。

（4） 管(guan)線鋼的應(ying)用還需考慮焊(han)接性能，Cu加(jia)入管(guan)線鋼勢必對焊(han)接性能產生(sheng)影(ying)響(xiang)，對含Cu耐微生(sheng)物腐(fu)蝕(shi)管(guan)線鋼的焊(han)接性及(ji)影(ying)響(xiang)因(yin)素等仍需展開研究(jiu)。

這(zhe)些(xie)問題(ti)的(de)進(jin)一步(bu)研究，對(dui)于優化含Cu耐微生物腐蝕管線鋼的(de)綜合性(xing)能(neng)和(he)推(tui)動其發(fa)展(zhan)及應用具有(you)重要的(de)現實意義。

5 結語與展(zhan)望

隨著微(wei)(wei)(wei)生(sheng)(sheng)物(wu)(wu)(wu)腐(fu)(fu)蝕(shi)(shi)(shi)(shi)(shi)導(dao)致的(de)管(guan)線失效案例的(de)增加，微(wei)(wei)(wei)生(sheng)(sheng)物(wu)(wu)(wu)對(dui)油氣(qi)管(guan)道造(zao)成(cheng)的(de)腐(fu)(fu)蝕(shi)(shi)(shi)(shi)(shi)問題(ti)已引起高(gao)度重(zhong)視(shi)。發達國家(jia)的(de)管(guan)線鋪設較早，出現的(de)微(wei)(wei)(wei)生(sheng)(sheng)物(wu)(wu)(wu)腐(fu)(fu)蝕(shi)(shi)(shi)(shi)(shi)問題(ti)頻(pin)繁、嚴重(zhong)。我國西(xi)氣(qi)東輸管(guan)線的(de)鋪設至今已有近20 a，管(guan)線外部涂層已進入老化降解期。可以預測，我國管(guan)線的(de)微(wei)(wei)(wei)生(sheng)(sheng)物(wu)(wu)(wu)腐(fu)(fu)蝕(shi)(shi)(shi)(shi)(shi)問題(ti)在不久的(de)將來會日(ri)益突出。然而，我國對(dui)管(guan)線微(wei)(wei)(wei)生(sheng)(sheng)物(wu)(wu)(wu)腐(fu)(fu)蝕(shi)(shi)(shi)(shi)(shi)問題(ti)還沒有給予(yu)足夠(gou)的(de)關注，尤其是從材(cai)料(liao)自身角度考慮微(wei)(wei)(wei)生(sheng)(sheng)物(wu)(wu)(wu)腐(fu)(fu)蝕(shi)(shi)(shi)(shi)(shi)的(de)防(fang)治還未引起足夠(gou)的(de)重(zhong)視(shi)，因此(ci)對(dui)耐微(wei)(wei)(wei)生(sheng)(sheng)物(wu)(wu)(wu)腐(fu)(fu)蝕(shi)(shi)(shi)(shi)(shi)管(guan)線材(cai)料(liao)的(de)前瞻(zhan)性研究具有重(zhong)要的(de)戰(zhan)略意義。

雖(sui)然含(han)(han)(han)Cu管(guan)(guan)(guan)線(xian)(xian)(xian)鋼(gang)具有良好的(de)耐微(wei)生物腐蝕(shi)性(xing)(xing)(xing)能(neng)，但管(guan)(guan)(guan)線(xian)(xian)(xian)鋼(gang)中(zhong)高含(han)(han)(han)量Cu的(de)添(tian)加會對管(guan)(guan)(guan)線(xian)(xian)(xian)鋼(gang)其(qi)它(ta)性(xing)(xing)(xing)能(neng)帶來(lai)一(yi)定的(de)挑戰(zhan)，這(zhe)是(shi)耐微(wei)生物腐蝕(shi)含(han)(han)(han)Cu管(guan)(guan)(guan)線(xian)(xian)(xian)鋼(gang)亟需研究(jiu)的(de)課題，如何兼顧含(han)(han)(han)Cu管(guan)(guan)(guan)線(xian)(xian)(xian)鋼(gang)的(de)綜合(he)性(xing)(xing)(xing)能(neng)是(shi)未來(lai)的(de)研究(jiu)重點(dian)。同時，單一(yi)添(tian)加某種(zhong)抗(kang)菌(jun)元素很難獲得綜合(he)性(xing)(xing)(xing)能(neng)優(you)異的(de)管(guan)(guan)(guan)線(xian)(xian)(xian)鋼(gang)材料，開發復合(he)型耐微(wei)生物腐蝕(shi)管(guan)(guan)(guan)線(xian)(xian)(xian)鋼(gang)，各種(zhong)抗(kang)菌(jun)元素的(de)優(you)異性(xing)(xing)(xing)能(neng)互補(bu)，使得材料的(de)性(xing)(xing)(xing)能(neng)揚長避短，這(zhe)將是(shi)未來(lai)耐微(wei)生物腐蝕(shi)管(guan)(guan)(guan)線(xian)(xian)(xian)鋼(gang)發展的(de)重要方向。