高矿化度矿井水中螺纹钢锚杆点蚀机制研究

褚晓威，鞠文君，付玉凯

1.中国矿业大学(北京)能源与矿业学院，北京 100083；2.中煤科工开采研究院有限公司，北京 100013；3.煤炭科学研究总院开采研究分院，北京 100013

我国煤矿70%以上的巷道采用锚杆支护，其中80%以上锚杆的材料为螺纹钢。部分矿区环境复杂，井下开采环境中腐蚀性因素多，如地下水、高温高湿、含硫介质等[1]，锚杆易腐蚀，力学性能退化明显。因此，腐蚀性矿井环境中锚杆的腐蚀行为，特别是由腐蚀导致的低强度破断必须重视。基于矿井水特性和锚杆工作特点分析，锚杆的主要腐蚀形式为点蚀和应力腐蚀。其中点蚀是导致材料应力腐蚀开裂[2]及腐蚀疲劳裂纹萌生[3]的主要原因之一。

点蚀是最普遍的一种局部腐蚀，是碳钢、低合金钢腐蚀发展的最初阶段。据统计，纯点蚀引起的失效比例为25%[4]。Roberge[5]认为点蚀比均匀腐蚀更有害，因为其难以探测、预测和设计。Ramamurthy等[6]研究认为，点蚀坑可以产生局部应力集中并提供良好的电化学腐蚀环境，进而促进应力腐蚀裂纹的产生。范颖芳等[7]、叶继红等[8]认为，点蚀可降低钢材的整体强度、引起局部应力集中，是应力腐蚀裂纹的发源点，并加速裂纹的萌生和扩展。黄彦良等[9]认为金属表面的点蚀不断发展、演化，当达到某一临界状态会转化为腐蚀裂纹。

关于点蚀机理，Tsutsumi等[10]认为不锈钢在Cl-溶液中的点蚀中心的小孔，是MnS等夹杂物溶解产生的。Pardo等[11]研究了不锈钢中Mn元素对其在Cl-溶液中的腐蚀影响，认为MnS夹杂物是点蚀的起源。Kaneko等[12]认为不锈钢在Cl-溶液中的点蚀倾向更强，且硫化物夹杂更易引起点蚀。……