油气资源的分布在地球上并不均匀，往往是在某一个区域内较为集中的出现，此时就需要将油气输送到其他需要这些资源的场所，在这个过程中最直接的方法即是通过管道运输。近十年来我国对于天然气的需求大幅度增长，目前常用于制备长距离输送管线的材料是X80管线钢，但其焊接接头区域因组织不均匀、残余应力高/而易发生损伤。同时，作为油气输送管道的材料，X80管线钢的服役环境中常伴随着硫酸盐还原菌（SRB），而在阴极保护的情况下，保护电位会显著加速微生物辅助应力腐蚀开裂（MASCC），但目前SRB生物代谢、局部电化学反应与CP电位之间如何协同促进裂纹萌生和扩展，目前仍缺乏系统机制解释。

2025年11月9日，材料领域国际期刊《Acta Materialia》在线发表了题为“Microbiologically assisted stress corrosion cracking of X80 pipeline steel welded joint under cathodic protection”的研究论文，全面研究了X80管线钢焊接接头在SRB活性环境中不同阴极保护(CP)电位下的SCC行为，阐明了SRB和CP在SCC引发和扩展中的协同作用。通讯作者为湘潭大学吴堂清教授。

文章链接：

https://doi.org/10.1016/j.actamat.2025.121722

【核心内容】

在这项研究中，团队通过构建含SRB的腐蚀体系并结合不同阴极保护电位，对X80焊接接头的腐蚀与开裂过程进行了系统追踪，研究发现SRB生物膜会在焊缝金属表面快速诱导点蚀，而过度的阴极保护产生的大量氢原子进一步在孔蚀底部聚集，使局部成为裂纹最易萌生的位置。其中，热影响区由于组织不均匀及残余拉应力集中，更容易在SRB与氢共同作用下提前出现裂纹，并表现出由韧性向脆性断裂的转变。

图形摘要

【研究方法】

本研究基于X80管线钢焊接接头，构建了包含SRB的模拟服役环境，并设置不同CP电位（-800、-900、-1100、-1200 mV vs. SCE）进行浸泡与加载测试。实验采用极化曲线、电荷转移阻抗、形貌分析、断口观察、微区组织表征及慢应变速率实验（SSRT）等方法，系统评估SRB活性及CP对材料腐蚀行为和裂纹敏感性的影响。图示为本研究的整体实验流程，包括SRB培养、腐蚀试验、电化学测试以及后续微观形貌分析步骤。

X80管道钢焊接接头SSRT样品采样位置与形貌示意图

【研究成果】

① 焊缝金属在SRB作用下电化学活性最强

在SRB存在的条件下，焊缝金属表现出比母材与热影响区更高的腐蚀敏感性，其腐蚀电流密度显著升高，电荷转移阻抗明显降低，同时，SRB在焊缝金属表面更易形成致密生物膜，生物膜下的局部贫氧与代谢产物共同促使腐蚀点快速发展。

动电位极化曲线与SCC机制分区

电化学阻抗谱结果及参数演化

② SRB代谢与CP电位共同驱动裂纹萌生

焊缝金属表面最先出现生物膜诱导的点蚀坑，在SRB持续代谢产生的硫化物及局部酸化作用下，这些点蚀逐渐发展成更深的孔蚀，随着阴极保护电位的进一步降低，表面氢原子生成量显著增加并进入金属内部，使得孔蚀底部局部应力集中加剧，当外加载荷作用叠加时，孔蚀区便成为裂纹萌生的高危区域，裂纹随后沿晶界或穿晶路径快速扩展。

无菌和接种介质中不同电位下断裂形貌

断口扫描电镜图像及EDS元素分析

样品表面形貌与裂纹分布

③ HAZ因残余应力与组织特征成为最易发生MASCC的区域

虽然焊缝金属的腐蚀速率最高，但真正最先出现裂纹的却是焊接热影响区，在该区域，粗晶区、过热区的组织不均匀性导致局部电化学行为复杂，同时焊接残余拉应力集中，使其在外加载荷下更易达到开裂临界状态，氢原子更倾向在该区域滞留，加速微裂纹萌生过程，此外，SRB的代谢产物会进一步削弱局部金属韧性，使HAZ成为应力腐蚀开裂最敏感的位置。

焊接接头EBSD图像

WZ 中包含物的微观结构

热氢脱附光谱曲线及氢含量

④ 过度阴极保护显著加速氢致脆化并促进裂纹扩展

当CP电位降低至-1100 mV或-1200 mV时，阴极反应引发的氢析出显著增强，大量氢原子渗入金属晶格，使材料产生氢脆效应，粗晶区的组织特征使其更容易聚集氢，从而出现由韧窝断裂向解理断裂过渡的脆性特征。

不同CP电位下应力-应变曲线与SCC敏感性指数

表面氢浓度对SCC敏感性的定量关系

【总结与展望】

该研究揭示了SRB活性、阴极保护电位、焊接组织特征与应力场之间的协同作用机制，工程中必须避免过度阴极保护，结合微生物监测与合理的CP电位控制，可有效降低焊接接头的MASCC风险，未来的研究可从微生物生态调控与原位监测角度进一步提升腐蚀防控效果。