中國鋼鐵材料大氣腐蝕科學研究和數(shù)據(jù)共享網(wǎng)絡(luò)建設(shè)

王鑫+趙文廣

【摘 要】我國的鋼鐵產(chǎn)業(yè)已經(jīng)進入飛速發(fā)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(chǎn)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(guān)鍵詞】鋼鐵材料；大氣腐蝕；數(shù)據(jù)共享網(wǎng)絡(luò)；研究建設(shè)

【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(huán)境腐蝕研究的試驗基地

我國是一個幅員遼闊、自然環(huán)境相對復雜的國家，南北區(qū)域分別在七個不同的氣候帶上，共有工業(yè)、沙漠、城市、農(nóng)村、熱帶雨林、高原及海洋七種特點鮮明的大氣環(huán)境。不同的大氣環(huán)境給鋼鐵材料造成的腐蝕率也不同，少則相差數(shù)倍，多則相差數(shù)十倍?；诖?，大氣環(huán)境條件下的鋼鐵腐蝕數(shù)據(jù)的積累以及腐蝕規(guī)律的研究，必須經(jīng)過科研人員的長期努力和反復試驗。

建設(shè)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(huán)境情況、沙漠戈壁與熱帶雨林等特殊環(huán)境的氣候特點、工業(yè)污染、農(nóng)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(jīng)被當作國家野外科學觀測研究站的有9個。它們已經(jīng)是鋼鐵材料大氣環(huán)境腐蝕研究的試驗基地，為我國的國防單位、大型鋼鐵企業(yè)、企事業(yè)單位以及重要的工程建設(shè)項目提供足夠的鋼鐵材在大氣環(huán)境條件下的耐蝕性能研究數(shù)據(jù)。

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(chǔ)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(shù)據(jù)上報格式不僅制定了統(tǒng)一標準，而且還有完善的數(shù)據(jù)上報、匯總、入庫管理條例，這是國內(nèi)第一次實現(xiàn)集科學化、規(guī)范化、數(shù)字化于一體的管理，總共完成的環(huán)境數(shù)據(jù)、歷史腐蝕數(shù)據(jù)的整編、數(shù)字化共計四十萬個以上，新一輪投式試樣的腐蝕圖譜、環(huán)境數(shù)據(jù)、測試數(shù)據(jù)的采集與數(shù)字化完成度為100%。在國內(nèi)成立了首個自然環(huán)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(shù)據(jù)超過一萬張，包括照片與文字在內(nèi)總共8.3GB容量，把照片系統(tǒng)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(guī)范與標準體系

制定了鋼鐵材料大氣環(huán)境腐蝕的標準及規(guī)范，為建設(shè)鋼鐵材料大氣腐蝕試驗站網(wǎng)絡(luò)創(chuàng)造了良好的開端，已經(jīng)構(gòu)建起國內(nèi)最完善的鋼鐵材料環(huán)境腐蝕野外科學觀測研究站網(wǎng)絡(luò)標準體系，參與制定、修訂的國軍標、國家標準、行業(yè)標準超過三十項：兵器工業(yè)59所報批的有關(guān)《軍用裝備自然環(huán)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(guān)《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(chǎn)品與鋼鐵材料大氣腐蝕行為規(guī)律的試驗研究

根據(jù)耐候鋼、碳鋼等諸多鋼鐵材料在中國具有代表性的大氣環(huán)境中的長時間、廣范圍、大規(guī)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(huán)境中發(fā)生腐蝕的冪函數(shù)規(guī)律。第一次獲得我國西部干旱地區(qū)、中部工業(yè)區(qū)、東部沿海區(qū)域等大氣環(huán)境中耐候鋼、碳鋼大氣腐蝕發(fā)展的冪函數(shù)變化規(guī)律模型里的常數(shù)值范圍。在研究耐候鋼、碳鋼暴露在自然環(huán)境中的腐蝕規(guī)律與實驗的前提下，實驗室又進行了微量腐蝕氣體發(fā)生裝置的研究，研究結(jié)果顯示，溫濕度、CO2、SO2的濃度對耐候鋼、碳鋼腐蝕影響規(guī)律依然具有冪函數(shù)規(guī)律，可利用早期冪函數(shù)規(guī)律模型里的常數(shù)來表示大氣腐蝕的未來發(fā)展趨勢。

板帶質(zhì)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(zhì)量，尤其是對汽車用鋼而言更加重要，試驗項目針對產(chǎn)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(chǎn)品及去除氧化皮的試樣分別在北京、江津、青島大氣環(huán)境下的腐蝕試驗研究，研究所用的試樣來自六個國內(nèi)外大型鋼鐵企業(yè)。項目中包含了國內(nèi)、國外的熱軋大綱產(chǎn)品在中國典型的大氣環(huán)境下的腐蝕數(shù)據(jù)，并與熱軋帶鋼的電化學測試、組織結(jié)構(gòu)分析與室內(nèi)加速試驗等諸多研究方法相結(jié)合，所提供的熱軋帶鋼產(chǎn)品銹蝕原因及其生產(chǎn)工藝的改進依據(jù)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(huán)境腐蝕數(shù)據(jù)共享及應用服務(wù)網(wǎng)絡(luò)體系的建設(shè)

國內(nèi)十四個大氣腐蝕試驗站環(huán)境數(shù)據(jù)采集的自動化、數(shù)據(jù)匯報格式的規(guī)范化、腐蝕測試數(shù)據(jù)的數(shù)字化全部實現(xiàn)，由此構(gòu)建起中國最完善的鋼鐵材料自然環(huán)境腐蝕試驗站的計算機網(wǎng)絡(luò)。項目自主設(shè)計并研發(fā)了集鋼鐵材料環(huán)境腐蝕特點的管理計算、審核、數(shù)據(jù)上報于一體的系統(tǒng)，通過該系統(tǒng)，各個試驗站根據(jù)標準數(shù)據(jù)格式經(jīng)網(wǎng)絡(luò)實現(xiàn)數(shù)據(jù)的統(tǒng)一匯總上報。網(wǎng)站數(shù)據(jù)管理部門通過計算機對匯總數(shù)據(jù)的準確性、客觀性和完整性進行審核。經(jīng)過形式審查的匯總數(shù)據(jù)在入庫之前又會上交給技術(shù)專家再次審核，最終審核無誤的數(shù)據(jù)會被儲存于中心數(shù)據(jù)庫。應用服務(wù)網(wǎng)絡(luò)和鋼鐵材料環(huán)境腐蝕數(shù)據(jù)共享來處理、分析原始數(shù)據(jù)，建設(shè)共享服務(wù)數(shù)據(jù)庫，為鋼鐵材料的生產(chǎn)、應用部門、國家的重點項目研究、工程建設(shè)提供鋼鐵材料環(huán)境腐蝕數(shù)據(jù)服務(wù)。

2 項目的推廣

在我國重點項目工程建設(shè)的施工工藝、防護材料、施工規(guī)范、質(zhì)量監(jiān)管等諸多項目中廣泛應用，已經(jīng)獲得三峽地區(qū)鋼鐵材料在大氣環(huán)境中的腐蝕數(shù)據(jù)及其規(guī)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(shè)工程中用到的設(shè)施設(shè)備中獲得了廣泛推廣。

平臺項目的研究成果主要體現(xiàn)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(shè)計院有限公司設(shè)計的廈門公鐵大橋、舟山連島工程、中交公路規(guī)劃設(shè)計研究院設(shè)計的青島海灣大橋以及杭州灣大橋等跨海公路橋建設(shè)工程中廣泛應用。

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

3 結(jié)語

鋼鐵材料大氣腐蝕科學研究與數(shù)據(jù)共享網(wǎng)絡(luò)的建設(shè)是一項艱苦卓越的工作，需要經(jīng)歷長時間的研究。歷經(jīng)二十年，我國已建設(shè)并完善的大氣腐蝕站網(wǎng)共有十四個，均由國家級野外科學研究試驗站組成。經(jīng)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(huán)境下的鋼鐵材料及制品的大氣腐蝕數(shù)據(jù)，同時開展了一系列有關(guān)熱軋帶鋼產(chǎn)品、鋼鐵材料在大氣環(huán)境中腐蝕規(guī)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(huán)境下鋼鐵材料腐蝕數(shù)據(jù)的分析[J].環(huán)境技術(shù)，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(jié)構(gòu)鋼的腐蝕模型對比研究[J].公路交通科技，2013，30（1）：69-73.