中國鋼鐵材料大氣腐蝕科學研究和數據共享網絡建設

王鑫+趙文廣

【摘 要】我國的鋼鐵產業已經進入飛速發展的21世紀，然而，在大氣腐蝕的影響下，我國每年損失的鋼鐵產量，折合人民幣可達上千億元。

【Abstract】China's iron and steel industry has entered a rapid development in twenty-first Century， however， under the influence of atmospheric corrosion， China's annual loss of steel production， equivalent to RMB up to hundreds of billions.

【關鍵詞】鋼鐵材料；大氣腐蝕；數據共享網絡；研究建設

【Keywords】 iron and steel material； atmospheric corrosion； data sharing network； research construction

【中圖分類號】TP393.07 【文獻標志碼】A 【文章編號】1673-1069（2017）03-0184-02

1 項目研究成果簡介

1.1 鋼鐵材料大氣環境腐蝕研究的試驗基地

我國是一個幅員遼闊、自然環境相對復雜的國家，南北區域分別在七個不同的氣候帶上，共有工業、沙漠、城市、農村、熱帶雨林、高原及海洋七種特點鮮明的大氣環境。不同的大氣環境給鋼鐵材料造成的腐蝕率也不同，少則相差數倍，多則相差數十倍。基于此，大氣環境條件下的鋼鐵腐蝕數據的積累以及腐蝕規律的研究，必須經過科研人員的長期努力和反復試驗。

建設大氣腐蝕試驗站，需要綜合考慮我國的南北氣候差異、在不同海拔高度下的大氣環境情況、沙漠戈壁與熱帶雨林等特殊環境的氣候特點、工業污染、農村、城市、海洋等特點各異的氣候類型。2004年，我國建立的大氣腐蝕試驗站共有14個，而且相對完善，已經被當作國家野外科學觀測研究站的有9個。它們已經是鋼鐵材料大氣環境腐蝕研究的試驗基地，為我國的國防單位、大型鋼鐵企業、企事業單位以及重要的工程建設項目提供足夠的鋼鐵材在大氣環境條件下的耐蝕性能研究數據。

2002年、2003年兩年，我國分別進行了1339片鋼鐵試樣的補充投式工作，其中包括不銹鋼、低合金鋼、耐候鋼、碳鋼、純凈鋼等十種黑色金屬。2006年，我國科技部科技基礎條件平臺項目中實施了新一輪的鋼鐵材料投式工作，共計試樣3460片，包括三十種涂鍍層制品和十九種黑色金屬。

投式材料的數據上報格式不僅制定了統一標準，而且還有完善的數據上報、匯總、入庫管理條例，這是國內第一次實現集科學化、規范化、數字化于一體的管理，總共完成的環境數據、歷史腐蝕數據的整編、數字化共計四十萬個以上，新一輪投式試樣的腐蝕圖譜、環境數據、測試數據的采集與數字化完成度為100%。在國內成立了首個自然環境材料腐蝕試樣庫，將具有研究價值的腐蝕試樣保存于此，集中回收黑色金屬材料試樣并拍下照片，總共積累的腐蝕形貌圖片數據超過一萬張，包括照片與文字在內總共8.3GB容量，把照片系統化之后，制作成鋼鐵材料大氣腐蝕圖譜集。

1.2 建立鋼鐵材料及制品大氣腐蝕試驗規范與標準體系

制定了鋼鐵材料大氣環境腐蝕的標準及規范，為建設鋼鐵材料大氣腐蝕試驗站網絡創造了良好的開端，已經構建起國內最完善的鋼鐵材料環境腐蝕野外科學觀測研究站網絡標準體系，參與制定、修訂的國軍標、國家標準、行業標準超過三十項：兵器工業59所報批的有關《軍用裝備自然環境試驗方法》國軍標共有十七項；武漢材料保護研究所、鋼鐵研究總院青島海洋腐蝕研究所等單位參與制定、修訂了十五項有關《金屬覆蓋層》、《金屬和合金的腐蝕》等標準條例。

1.3 熱軋帶鋼產品與鋼鐵材料大氣腐蝕行為規律的試驗研究

根據耐候鋼、碳鋼等諸多鋼鐵材料在中國具有代表性的大氣環境中的長時間、廣范圍、大規模地暴露腐蝕的試驗研究，更加證實了低合金鋼、碳鋼在中國典型的大氣環境中發生腐蝕的冪函數規律。第一次獲得我國西部干旱地區、中部工業區、東部沿海區域等大氣環境中耐候鋼、碳鋼大氣腐蝕發展的冪函數變化規律模型里的常數值范圍。在研究耐候鋼、碳鋼暴露在自然環境中的腐蝕規律與實驗的前提下，實驗室又進行了微量腐蝕氣體發生裝置的研究，研究結果顯示，溫濕度、CO2、SO2的濃度對耐候鋼、碳鋼腐蝕影響規律依然具有冪函數規律，可利用早期冪函數規律模型里的常數來表示大氣腐蝕的未來發展趨勢。

板帶質量水平的重要衡量標準是熱軋帶鋼的耐蝕性以及它的表面質量，尤其是對汽車用鋼而言更加重要，試驗項目針對產品儲存、運輸過程中，熱軋帶鋼存在的銹蝕問題進行研究，總共開展了十種不同的熱軋帶鋼產品及去除氧化皮的試樣分別在北京、江津、青島大氣環境下的腐蝕試驗研究，研究所用的試樣來自六個國內外大型鋼鐵企業。項目中包含了國內、國外的熱軋大綱產品在中國典型的大氣環境下的腐蝕數據，并與熱軋帶鋼的電化學測試、組織結構分析與室內加速試驗等諸多研究方法相結合，所提供的熱軋帶鋼產品銹蝕原因及其生產工藝的改進依據均具有可靠性與科學性。

1.4 完成了中國最完善的鋼鐵材料環境腐蝕數據共享及應用服務網絡體系的建設

國內十四個大氣腐蝕試驗站環境數據采集的自動化、數據匯報格式的規范化、腐蝕測試數據的數字化全部實現，由此構建起中國最完善的鋼鐵材料自然環境腐蝕試驗站的計算機網絡。項目自主設計并研發了集鋼鐵材料環境腐蝕特點的管理計算、審核、數據上報于一體的系統，通過該系統，各個試驗站根據標準數據格式經網絡實現數據的統一匯總上報。網站數據管理部門通過計算機對匯總數據的準確性、客觀性和完整性進行審核。經過形式審查的匯總數據在入庫之前又會上交給技術專家再次審核，最終審核無誤的數據會被儲存于中心數據庫。應用服務網絡和鋼鐵材料環境腐蝕數據共享來處理、分析原始數據，建設共享服務數據庫，為鋼鐵材料的生產、應用部門、國家的重點項目研究、工程建設提供鋼鐵材料環境腐蝕數據服務。

2 項目的推廣

在我國重點項目工程建設的施工工藝、防護材料、施工規范、質量監管等諸多項目中廣泛應用，已經獲得三峽地區鋼鐵材料在大氣環境中的腐蝕數據及其規律。在永久船閘、臨時船閘、安全門、大壩永久船閘主體段錨桿、壓力鋼管、檢修門、安全門等三峽建設工程中用到的設施設備中獲得了廣泛推廣。

平臺項目的研究成果主要體現在京珠高速公路武漢軍山長江大橋、巫山長江大橋、中鐵大橋勘探設計院有限公司設計的廈門公鐵大橋、舟山連島工程、中交公路規劃設計研究院設計的青島海灣大橋以及杭州灣大橋等跨海公路橋建設工程中廣泛應用。

在我國的國防建設方面同樣提供了數據共享服務，為成都飛機工業公司、中國人民解放軍空軍裝備研究院航空設備研究所、北京航空材料研究院、西安飛機工業有限公司等諸多國防單位提供了鋼鐵材料環境腐蝕行為預測功能、數據共享、評價功能以及防護咨詢決策系統。

3 結語

鋼鐵材料大氣腐蝕科學研究與數據共享網絡的建設是一項艱苦卓越的工作，需要經歷長時間的研究。歷經二十年，我國已建設并完善的大氣腐蝕站網共有十四個，均由國家級野外科學研究試驗站組成。經過堅持不懈地進行鋼鐵材料曝曬試驗，積累了在中國典型大氣環境下的鋼鐵材料及制品的大氣腐蝕數據，同時開展了一系列有關熱軋帶鋼產品、鋼鐵材料在大氣環境中腐蝕規律的研究，為我國鋼鐵材料腐蝕科學的進步起到了積極的推動作用。

【參考文獻】

【1】高澤海，林旭彬，陳秋岸，等.熱帶大氣環境下鋼鐵材料腐蝕數據的分析[J].環境技術，2015，33（5）：22-24.

【2】張波，王曉乾，董彩常，等.青島海洋大氣中橋梁結構鋼的腐蝕模型對比研究[J].公路交通科技，2013，30（1）：69-73.