长期以来，工业承压管道、各类重大装备和基础设施等高强度重载金属结构的环境腐蚀断裂失效事故及其次生灾害时有发生，形势非常严峻。据调查，环境断裂失效约占所有行业总失效事件的40%左右，而在石油化工和核电领域更是分别高达50%和70%以上。核电装置的层层设防、建设和维护成本极高，而三高气田开发等需要大量高级耐蚀合金材料的项目则面临严峻的挑战。习近平总书记在党的二十大报告中强调，要强化经济、重大基础设施、金融、网络、数据、生物、资源、核、太空、海洋等安全保障体系建设。要建立大安全大应急框架，完善公共安全体系，推动公共安全治理模式向事前预防转型。安全生产事关人民福祉，事关经济社会发展大局，高效全面治理环境断裂问题已成为提升国家建设质量和公共安全的重大需求。北京科技大学新材料技术研究院刘智勇教授团队长期扎根于材料环境腐蚀失效理论研究与应用科技领域，经过二十年的不懈努力，在防控理论创新、系列化关键技术、重大工程示范和工业化生产等方面取得了重要进展，相关成果获得了北京市科学技术进步一等奖、中国腐蚀与防护学会自然科学与技术发明一等奖。
探本求源，寻断裂之因
环境断裂是一种低应力断裂现象，它是由于金属结构在力学、材料状态和介质环境三方面的共同作用下发生的。这种断裂现象极难被探测和防范，同时还具有突发性，特别是在承压、重载装置和盛载易燃易爆危险品的容器中更是如此。一旦发生，环境断裂极易引发次生灾害和伤亡事故，因此被视为公共安全的主要风险源之一。材料环境断裂问题也被称为结构材料的“癌症”，是国际公认的最难解决的材料基础问题。
材料环境断裂问题具有复杂的机理和众多主控因素，尤其对高强度和超高强度材料尤为敏感，如何准确地发现问题，对解决环境断裂问题至关重要。为此，项目团队进行了实地走访和细致勘查，并对大量国内外重大案例和本领域科技需求进行了分析，以期找到共性关键问题。在一次次的对比分析中，他们发现应力腐蚀危害严重，抗腐蚀断裂材料的开发和制备，以及重大工程装备的设计、制造和安全服役都缺乏先进的理论、数据积累和精专人才支撑。这是因为相关理论和防控技术的研究进展滞缓，与工程实际需求严重脱节。项目团队重新梳理了相关科学，并从新的角度分析发现，金属材料力学、电化学微元过程和集群效应共同诱发环境断裂损伤的主控机制是解决问题的关键。基于此，他们创造性提出了环境断裂的非稳态电化学概念，为环境断裂的高效诊断和检验评价技术研发提供了基础。
滴水穿石，助服役安全
基于环境断裂的非稳态电化学概念，项目团队进行了长期的理论研究与验证，建立了腐蚀断裂敏感性快速评测方法和全寿命预测模型，评测速度较传统方法提高2-3个数量级、测试偏差小于20%，并可实现在线动态测量（传统方法仅能实验室评价或平行测试评估）。在上述理论的基础上，他们进一步提出了耐腐蚀断裂材料二元法设计原理，可在成本小幅增加且工艺和强韧性能不变的前提下调控大幅提升钢种耐腐蚀断裂性能，发明了多种耐环境断裂原始新钢种，其耐环境断裂性能普遍提高50%-65%以上；开发和集成了系列化的环境断裂早期诊断、大数据监测、自导向修复、专用缓蚀剂等防控新技术，防危杜断，建立了系列典型行业和新兴工业领域腐蚀断裂的综合防控方法，最终形成了底层核心理论（非稳态电化学理论）+工程实际技术（材料环境断裂防控技术）。
相关理论和技术的突破，有效提升承压管道/设施环境断裂防控能力与制造水平。从根源上治理和消除了环境断裂的危害，助力中国制造向中国品质的跃变发展。相关成果已广泛应用于国家西气东输等能源管道及油气开发设施、石化和化工装置、核电、高铁、国家电网、跨海大桥、城市燃气、海洋舰船等领域。团队制修订了国家标准4项和团体标准15项，定型量产了14种耐腐蚀断裂型新钢种并大量应用和出口。
二十年坚持，他们为攻克“世界疑难”不断登攀，从突破基础理论到引领技术创新。他们目光深邃、顶天立地，以恒心、匠心、精心筑牢材料安全屏障，守护大江南北、万家灯火。
