鋼鐵材料環(huán)境腐蝕野外臺站試驗(yàn)技術(shù)與監(jiān)測評估

李曉剛，程學(xué)群，肖葵，杜翠薇，董超芳，劉智勇，黃運(yùn)華

（北京科技大學(xué)新材料技術(shù)研究院腐蝕與防護(hù)中心，北京 100083）

鋼鐵材料作為最重要的結(jié)構(gòu)材料，幾乎遍及所有工業(yè)，隨著能源工業(yè)、海洋資源及艦船工業(yè)的發(fā)展，對高性能結(jié)構(gòu)耐蝕鋼的需求越來越迫切。然而，在環(huán)境作用下鋼鐵材料會發(fā)生腐蝕，根據(jù)“我國腐蝕狀況及控制戰(zhàn)略研究”重大咨詢項(xiàng)目數(shù)據(jù)顯示，2014年我國全行業(yè)腐蝕總成本約占國內(nèi)生產(chǎn)總值（GDP）的3.34%，達(dá)到2.13萬億人民幣，腐蝕產(chǎn)物和失效的材料/制品也對環(huán)境造成嚴(yán)重污染和深遠(yuǎn)影響[1-2]。由于鋼鐵在大氣、土壤和水等自然環(huán)境下的腐蝕數(shù)據(jù)具有不可引進(jìn)、公益性、長期性和連續(xù)性的特點(diǎn)，因此，開展材料環(huán)境腐蝕科學(xué)數(shù)據(jù)積累與共享以及規(guī)范化、標(biāo)準(zhǔn)化的環(huán)境腐蝕試驗(yàn)技術(shù)是提升我國鋼鐵材料品質(zhì)極其重要的基礎(chǔ)性工作[3-4]。

長期以來，鋼鐵材料環(huán)境腐蝕研究的重點(diǎn)一直圍繞著試驗(yàn)設(shè)備、技術(shù)、方法與標(biāo)準(zhǔn)展開。隨著信息時(shí)代的到來，數(shù)據(jù)科學(xué)也在腐蝕試驗(yàn)研究中發(fā)揮了重要作用，無論是大氣、水、土壤和微生物條件下的各類自然環(huán)境腐蝕試驗(yàn)，還是應(yīng)力腐蝕、點(diǎn)蝕和電偶腐蝕等類型的局部腐蝕試驗(yàn)，包括對構(gòu)件或裝備整體的耐蝕性考察，國內(nèi)外都已積累了一些數(shù)據(jù)，伴隨著高通量測試技術(shù)和手段的使用，其數(shù)據(jù)量將快速增長。與此同時(shí)，數(shù)據(jù)挖掘、支持向量機(jī)、貝葉斯模型等數(shù)據(jù)分析及建模方法也為腐蝕科學(xué)研究提供了有力支撐。這些數(shù)據(jù)以及數(shù)據(jù)分析方法對深入研究腐蝕機(jī)理、長期跟蹤腐蝕規(guī)律、發(fā)展新型耐蝕合金、確定腐蝕控制技術(shù)以及為工程設(shè)計(jì)選材都起到極其重要的作用。腐蝕科學(xué)對數(shù)據(jù)、信息研究的需求，是腐蝕信息學(xué)產(chǎn)生和發(fā)展的源動(dòng)力[5]。

據(jù)此，文中綜述了鋼鐵材料環(huán)境腐蝕試驗(yàn)技術(shù)及國外研究現(xiàn)狀，為其在國內(nèi)的進(jìn)一步應(yīng)用提供基礎(chǔ)信息，為鋼鐵材料的設(shè)計(jì)、研發(fā)和制造提供參考，為各類環(huán)境下服役的裝備選材提供理論依據(jù)，提高我國鋼鐵材料制品與裝備的可靠性和耐久性。

1　自然環(huán)境暴露腐蝕試驗(yàn)技術(shù)

十八世紀(jì)中葉到二十一世紀(jì)，人們對金屬腐蝕的認(rèn)識過程由經(jīng)驗(yàn)性階段過渡到系統(tǒng)性學(xué)科研究階段?，F(xiàn)代材料環(huán)境腐蝕研究已有近百年的歷史，以大氣腐蝕為例，金屬在室外自然環(huán)境下的腐蝕數(shù)據(jù)積累工作開始于1906年，由美國材料試驗(yàn)學(xué)會（ASTM）建立大氣腐蝕試驗(yàn)網(wǎng)站，并在大氣環(huán)境下進(jìn)行了多種材料的腐蝕試驗(yàn)。20世紀(jì)20年代英國的Vernon將金屬試樣表面清理干凈后暴露在室外自然環(huán)境中，測定腐蝕速率，標(biāo)定主要腐蝕產(chǎn)物。Vernon的試驗(yàn)研究方法一直沿用至今，只是觀測和表征儀器有了本質(zhì)性的提高。由于Vernon的試驗(yàn)研究，腐蝕學(xué)科才由所謂的“藝術(shù)”領(lǐng)域轉(zhuǎn)入科學(xué)領(lǐng)域，在大量自然環(huán)境腐蝕數(shù)據(jù)的基礎(chǔ)上對金屬在大氣中的腐蝕機(jī)理進(jìn)行了深入的研究[6-9]。

世界各國都高度重視鋼鐵及其制品在生產(chǎn)、運(yùn)輸及服役過程中環(huán)境適應(yīng)性的研究，積極開展材料在典型自然環(huán)境中的腐蝕數(shù)據(jù)積累和試驗(yàn)研究工作，掌握各類材料在自然環(huán)境中的腐蝕規(guī)律，這對于控制材料環(huán)境腐蝕，減少經(jīng)濟(jì)損失具有十分重要的意義。鋼鐵材料的自然環(huán)境適應(yīng)性研究十分復(fù)雜，影響因素很多，難以在實(shí)驗(yàn)室進(jìn)行模擬，必須通過野外試驗(yàn)站點(diǎn)的現(xiàn)場試驗(yàn)與觀測，才能獲得符合實(shí)際的環(huán)境適應(yīng)性數(shù)據(jù)。材料自然環(huán)境試驗(yàn)站網(wǎng)的建設(shè)與數(shù)據(jù)積累工作已有上百年的歷史，由于各國的自然環(huán)境條件各不相同，差別也很大。

我國疆域遼闊，自然環(huán)境復(fù)雜，南北分布在7個(gè)氣候帶上，因此形成了7種典型大氣環(huán)境（農(nóng)村、城市、工業(yè)、海洋、高原、沙漠、熱帶雨林）、五大水系（黃河、長江、珠江、松花江和淮河）、4個(gè)海域（渤海、黃海、東海和南海）以及40多種土壤類型。材料在不同環(huán)境中的腐蝕率可以相差數(shù)倍甚至幾十倍，不可能簡單用發(fā)達(dá)國家的數(shù)據(jù)替代。只有通過長期數(shù)據(jù)積累和實(shí)驗(yàn)研究，才能掌握本國自然環(huán)境條件下材料的腐蝕數(shù)據(jù)和規(guī)律。

我國自然環(huán)境腐蝕試驗(yàn)開始于上世紀(jì)50年代，經(jīng)過幾十年的建設(shè)和發(fā)展，根據(jù)我國材料環(huán)境腐蝕臺站的基礎(chǔ)條件，與科技部建立國家野外臺站規(guī)劃，協(xié)調(diào)跨行業(yè)跨部門跨地區(qū)的十多個(gè)單位，協(xié)同建成了由31個(gè)野外試驗(yàn)站和1個(gè)中心組成的國家材料環(huán)境腐蝕平臺，見圖1。該平臺包括16個(gè)大氣腐蝕、8個(gè)土壤腐蝕和7個(gè)水腐蝕試驗(yàn)站，西起庫爾勒，東到舟山島，北起漠河，南至西沙，覆蓋了我國所有典型自然環(huán)境區(qū)帶。建設(shè)了野外環(huán)境腐蝕試驗(yàn)場地，制定了成套環(huán)境腐蝕試驗(yàn)規(guī)程與技術(shù)，這些環(huán)境腐蝕試驗(yàn)規(guī)程已形成為28項(xiàng)腐蝕行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)；建立了材料環(huán)境腐蝕信息資源共享服務(wù)平臺-中國腐蝕與防護(hù)網(wǎng) （www.ecorr.org），面向社會各界，提供材料腐蝕（老化）實(shí)物資源和信息資源服務(wù)[10]。

圖1　國家材料環(huán)境腐蝕平臺體系試驗(yàn)站分布圖

室外環(huán)境暴露試驗(yàn)是自然環(huán)境試驗(yàn)中最常用的試驗(yàn)方法，按照暴露方式可以分為直接暴露、半封閉暴露和全封閉暴露三種。對暴露場址的選擇主要應(yīng)結(jié)合各種環(huán)境因素對鋼鐵產(chǎn)品的作用及其效果，試驗(yàn)結(jié)果的代表性和準(zhǔn)確性，性能變化及速度等方面綜合考慮。國內(nèi)現(xiàn)有自然環(huán)境腐蝕試驗(yàn)站已能代表我國典型自然環(huán)境區(qū)域類型，通過研究環(huán)境因素對鋼鐵材料腐蝕的影響，及不斷的數(shù)據(jù)積累，獲得鋼鐵材料在國內(nèi)典型環(huán)境中的腐蝕規(guī)律。在耐蝕鋼鐵研發(fā)和裝備環(huán)境適應(yīng)性評估中，我國已建立了滿足國際標(biāo)準(zhǔn)的野外試驗(yàn)成套技術(shù)，并獲得廣泛應(yīng)用。國家材料環(huán)境腐蝕平臺已完成我國最大規(guī)模的材料環(huán)境腐蝕試驗(yàn)，包括碳鋼、耐候鋼、不銹鋼及涂鍍層等100余種材料，針對我國幅員遼闊、自然環(huán)境復(fù)雜的特點(diǎn)，開展了長達(dá)16年的系統(tǒng)暴露試驗(yàn)，對大氣、土壤和海水腐蝕分區(qū)分級建模研究[11-13]，見圖 2。

圖2　鋼鐵在大氣、水、土壤和深海環(huán)境中的自然腐蝕試驗(yàn)

隨著國家“一路一帶”戰(zhàn)略的實(shí)施，國家材料環(huán)境腐蝕平臺從2015年開始便在東南亞地區(qū)開展了鋼鐵材料環(huán)境腐蝕試驗(yàn)和數(shù)據(jù)積累，在泰國、印尼、新加坡、馬來西亞等地開展了自然環(huán)境腐蝕試驗(yàn)，這些工作將指導(dǎo)港口選材、海洋工程和高速鐵路等重大工程建設(shè)和應(yīng)用示范。

在材料環(huán)境腐蝕觀測試驗(yàn)研究全球化的趨勢下，為了提高材料對環(huán)境的適應(yīng)性，以及對環(huán)境腐蝕性的可比性，以積累材料腐蝕數(shù)據(jù)為主要目的觀測試驗(yàn)研究工作，從暴露方法到檢測手段都采用統(tǒng)一的規(guī)范和標(biāo)準(zhǔn)。在發(fā)達(dá)國家，材料環(huán)境腐蝕觀測試驗(yàn)標(biāo)準(zhǔn)化發(fā)展已經(jīng)受到廣泛的重視。近年來，美國、日本、德國及北約其他國家在材料環(huán)境腐蝕方面投入大量的人力、物力，進(jìn)行大量試驗(yàn)研究和數(shù)據(jù)積累，積極推進(jìn)材料環(huán)境腐蝕觀測試驗(yàn)標(biāo)準(zhǔn)化進(jìn)程。國際上以ISO為代表的標(biāo)準(zhǔn)化組織也建立了較為成熟和完善的材料腐蝕觀測試驗(yàn)標(biāo)準(zhǔn)化體系，目前經(jīng)公開出版的標(biāo)準(zhǔn)已達(dá)到60多項(xiàng)。美國等發(fā)達(dá)國家都建立了適合本國國情的詳細(xì)材料環(huán)境腐蝕試驗(yàn)標(biāo)準(zhǔn)化體系。以美國為例，美國國家標(biāo)準(zhǔn)局、材料試驗(yàn)協(xié)會（ASTM）、腐蝕工程師學(xué)會（NACE）、金屬學(xué)會（ASM）和美國石油學(xué)會（SPI）等組織共研究制訂了上千項(xiàng)材料腐蝕與防護(hù)標(biāo)準(zhǔn)和規(guī)范，形成了十分具體和完善的標(biāo)準(zhǔn)體系，僅正在執(zhí)行的材料大氣腐蝕觀測試驗(yàn)標(biāo)準(zhǔn)就有800多項(xiàng)。美國阿特拉斯（ATLAS）氣候服務(wù)集團(tuán)的材料環(huán)境腐蝕試驗(yàn)均按照ASTM、SAE、MIL、DIN、JIS、Nissan等標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行觀測研究。因此，在自然環(huán)境暴露試驗(yàn)研究中，通過科學(xué)、系統(tǒng)的管理和各類標(biāo)準(zhǔn)體系的建立與運(yùn)行，進(jìn)一步提高鋼鐵材料及其制品環(huán)境腐蝕數(shù)據(jù)的權(quán)威性和科學(xué)性。

2　室內(nèi)環(huán)境加速腐蝕試驗(yàn)技術(shù)

在自然環(huán)境中，由于鋼鐵材料失效評價(jià)的周期很長，現(xiàn)場試驗(yàn)影響因素復(fù)雜多變，完全采用現(xiàn)場試驗(yàn)方法無法滿足鋼鐵材料新產(chǎn)品研發(fā)和材料腐蝕壽命評估與預(yù)測的需求。因此，必須建立鋼鐵材料加速腐蝕試驗(yàn)技術(shù)，以預(yù)測實(shí)際環(huán)境下鋼鐵及其構(gòu)件的長期服役行為和使用壽命。

國內(nèi)外普遍認(rèn)為室內(nèi)環(huán)境加速腐蝕試驗(yàn)不能簡單代替自然環(huán)境腐蝕暴露試驗(yàn)，實(shí)驗(yàn)室加速腐蝕試驗(yàn)的評價(jià)標(biāo)準(zhǔn)依賴于室內(nèi)外腐蝕試驗(yàn)的相關(guān)性。由于理論性強(qiáng)、環(huán)境多樣、影響因素多、數(shù)據(jù)和案例積累不足，具有良好室內(nèi)外相關(guān)性的加速腐蝕試驗(yàn)技術(shù)長期發(fā)展遲滯。因此，發(fā)展系列化材料環(huán)境加速腐蝕評價(jià)新理論和新技術(shù)具有重大實(shí)用價(jià)值和科學(xué)意義，也是鋼鐵材料環(huán)境試驗(yàn)技術(shù)研究中的重點(diǎn)之一。下面分別從大氣、海水和土壤環(huán)境腐蝕室內(nèi)模擬加速試驗(yàn)技術(shù)的發(fā)展進(jìn)行介紹。

早期的大氣腐蝕室內(nèi)模擬加速方法主要采用濕熱試驗(yàn)法，包括通入SO2、H2S、CO2等進(jìn)行模擬腐蝕性氣體的加速腐蝕試驗(yàn)。ASTM在1962年制定了三種鹽霧試驗(yàn)標(biāo)準(zhǔn),即中性鹽霧試驗(yàn)、醋酸鹽霧試驗(yàn)和醋酸氯化銅鹽霧試驗(yàn)。目前，鹽霧試驗(yàn)仍然是海洋性大氣腐蝕加速模擬試驗(yàn)最常用的方法。但大量試驗(yàn)證明，鹽霧試驗(yàn)方法僅能作為一種人工加速腐蝕的試驗(yàn)方法，并不能很好地對海洋等含氯離子的環(huán)境進(jìn)行模擬。各種單一的鹽霧試驗(yàn)對大氣暴露的模擬性都不好，其主要原因是鹽霧試驗(yàn)不具有“濕潤-干燥”循環(huán)過程，在自然大氣條件下，試樣上由雨、霧等形成的液膜有一個(gè)由厚變薄、由濕變干的周期性循環(huán)過程。因此，有學(xué)者提出了帶干燥過程周期性鹽水噴霧的鹽霧復(fù)合試驗(yàn)方法。日本學(xué)者在1980年提出一種周期浸潤復(fù)合循環(huán)試驗(yàn)的方法，這種加速模擬方法具有良好的再現(xiàn)性。Pourbaix采用這種方法研究大氣腐蝕，通過周期性浸入蒸餾水、NaHSO3或NaCl溶液，分別模擬加速鄉(xiāng)村氣氛、工業(yè)氣氛和海洋氣氛下的大氣腐蝕情況，研究表明，幾個(gè)星期的實(shí)驗(yàn)可與一年或更長時(shí)間的自然曝曬相匹配。

近年來，國外學(xué)者又將周期噴霧、周期浸潤等試驗(yàn)綜合起來，出現(xiàn)了多種環(huán)境因子循環(huán)復(fù)合腐蝕試驗(yàn)。不僅實(shí)現(xiàn)了對溫度、相對濕度、干濕頻率、干/濕交替、污染物SO2、CO2含量和風(fēng)速等環(huán)境因子的控制，還可以模擬多種氣象條件下的大氣腐蝕，獲得與真實(shí)大氣暴露試驗(yàn)相近的數(shù)據(jù)。目前，國際上對模擬大氣腐蝕加速試驗(yàn)的研究已從獲得單一或幾個(gè)環(huán)境因素向多因子復(fù)合加速腐蝕的方向發(fā)展。在進(jìn)行加速試驗(yàn)研究時(shí)，并不是對大氣腐蝕現(xiàn)象的模擬，而是對大氣腐蝕本質(zhì)規(guī)律的模擬。多年來材料大氣環(huán)境當(dāng)量加速試驗(yàn)環(huán)境譜的研究一直受到國內(nèi)外學(xué)術(shù)界和工程界的高度重視，特別是發(fā)達(dá)國家關(guān)于腐蝕環(huán)境對飛機(jī)結(jié)構(gòu)等裝備壽命影響規(guī)律，腐蝕環(huán)境下壽命預(yù)計(jì)方法，結(jié)構(gòu)的腐蝕控制以及結(jié)構(gòu)模擬件試驗(yàn)室加速腐蝕試驗(yàn)技術(shù)及環(huán)境譜等方面進(jìn)行了許多卓有成效的研究[13-14]。

采用室內(nèi)模擬加速實(shí)驗(yàn)方法，在大量腐蝕數(shù)據(jù)積累基礎(chǔ)上，國家材料環(huán)境腐蝕平臺綜合研究中心針對現(xiàn)場條件，特別是西沙高溫、高濕、高鹽霧的海洋大氣，確定符合西沙大氣環(huán)境特征的模擬溶液，設(shè)計(jì)了周期浸潤+鹽霧腐蝕環(huán)境譜室內(nèi)加速試驗(yàn)方法，設(shè)計(jì)了周期浸潤腐蝕試驗(yàn)箱、微量腐蝕性氣體環(huán)境試驗(yàn)箱等系列大氣腐蝕加速試驗(yàn)裝置，簡便快速的電化學(xué)測試裝置及可自動(dòng)控制薄液厚度的電解池裝置，開發(fā)了適用于薄層溶液電化學(xué)測試的參比電極等大氣腐蝕機(jī)理研究測試技術(shù)。在大氣腐蝕加速腐蝕試驗(yàn)系列化技術(shù)基礎(chǔ)上，對大氣室外暴露材料的實(shí)際情況、影響因素、灰色關(guān)聯(lián)分析、環(huán)境譜編制和室內(nèi)加速試驗(yàn)進(jìn)行了系統(tǒng)研究，建立了一套較為系統(tǒng)、可靠的環(huán)境譜加速試驗(yàn)方法和壽命評估理論體系，先后在航空、航天、電子、汽車等行業(yè)獲得廣泛應(yīng)用。

海洋環(huán)境是材料腐蝕最嚴(yán)酷的自然環(huán)境之一。實(shí)海腐蝕掛片試驗(yàn)是海洋環(huán)境下可靠的腐蝕試驗(yàn)方法，但這種試驗(yàn)周期長、耗資大，為了短時(shí)間取得大量的試驗(yàn)數(shù)據(jù)，制定了海洋腐蝕室內(nèi)模擬加速試驗(yàn)方法和評價(jià)技術(shù)，作者團(tuán)隊(duì)研制了一系列新型的海洋腐蝕室內(nèi)模擬加速試驗(yàn)裝置和深海環(huán)境腐蝕性能模擬加速試驗(yàn)裝置，見圖3，并對淺海及深海環(huán)境下的材料的腐蝕加速試驗(yàn)進(jìn)行了研究。

圖3　海洋腐蝕模擬加速試驗(yàn)技術(shù)及系列裝置

海洋腐蝕室內(nèi)模擬加速試驗(yàn)裝置實(shí)現(xiàn)了干濕交替、不同腐蝕性氣體環(huán)境控制及模擬不同海洋腐蝕區(qū)帶（海洋大氣區(qū)、飛濺區(qū)、潮差區(qū)、全浸區(qū)）的功能，可同時(shí)進(jìn)行多種因素復(fù)雜海洋環(huán)境條件下的室內(nèi)模擬/加速腐蝕試驗(yàn)和電化學(xué)測試，適用于實(shí)驗(yàn)室內(nèi)開展多種金屬材料在海洋環(huán)境下的腐蝕模擬加速試驗(yàn)。

經(jīng)驗(yàn)證，模擬加速試驗(yàn)裝置可模擬海洋多區(qū)帶腐蝕及海洋沖刷腐蝕行為，圖3中的材料深海環(huán)境腐蝕性能試驗(yàn)裝置，利用流動(dòng)循環(huán)系統(tǒng)控制海水的物理化學(xué)參數(shù)（如溶解氧、溫度、壓力和鹽度等），壓力可以加至50 MPa以上（僅以壓力換算，相當(dāng)于5 000 m深海）。該裝置真實(shí)地模擬鋼鐵材料在實(shí)際深海環(huán)境中低溫高壓工況，解決現(xiàn)有深海試驗(yàn)獲取實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)時(shí)間長，數(shù)據(jù)類型單一，以及靜態(tài)高壓釜不能真實(shí)模擬實(shí)際深海環(huán)境等的問題。使用該裝置可以了解典型金屬材料在模擬深海環(huán)境不同壓力、介質(zhì)等特征下的腐蝕行為，圖4給出了X70管線鋼在模擬不同深度海水環(huán)境下表面腐蝕行為[15]。

圖4　X70鋼U形彎試樣在不同模擬深度條件下浸泡后的宏觀形貌照片

影響鋼鐵材料土壤腐蝕的環(huán)境因素復(fù)雜，利用短期加速腐蝕試驗(yàn)結(jié)果預(yù)測鋼鐵材料長期的腐蝕行為及使用壽命一直是環(huán)境腐蝕試驗(yàn)與評估技術(shù)的難點(diǎn)之一。目前，我國已研發(fā)出系列鋼鐵土壤腐蝕試驗(yàn)用裝備與評價(jià)方法，開發(fā)了土壤腐蝕模擬加速試驗(yàn)箱，以及用于溝槽腐蝕敏感性測試和評價(jià)技術(shù)，這些方法及其相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)已在工業(yè)界推廣應(yīng)用，促進(jìn)了新型耐蝕高強(qiáng)管線鋼的評價(jià)與研發(fā)。

國家材料環(huán)境腐蝕平臺選擇具有代表性的鷹潭土壤和庫爾勒地區(qū)土壤為主要研究對象，另選國內(nèi)其它6種典型地區(qū)的土壤作為對比，對鋼質(zhì)管道在典型土壤環(huán)境中的腐蝕類型進(jìn)行分析。通過對Q235鋼、X70鋼～X120鋼等材料的腐蝕數(shù)據(jù)分析，從均勻腐蝕、點(diǎn)蝕和應(yīng)力腐蝕三個(gè)角度分別建立和甄別土壤腐蝕性評價(jià)指標(biāo)，應(yīng)用灰度關(guān)聯(lián)模型，結(jié)合遺傳算法等數(shù)據(jù)關(guān)聯(lián)性分析手段，遴選出土壤電阻率、含水量、土壤pH值、土壤質(zhì)地、氧化還原電位、管地電位、含鹽量和Cl-含量等作為土壤腐蝕性關(guān)鍵環(huán)境參數(shù)，進(jìn)而建立了基于這8項(xiàng)土壤性質(zhì)指標(biāo)的“埋地鋼質(zhì)管道土壤腐蝕性綜合評價(jià)方法”。經(jīng)過8個(gè)國家級土壤站的既有數(shù)據(jù)驗(yàn)證，上述方法與實(shí)際數(shù)據(jù)高度吻合。與國外方法（DIN-50929和ANSI A21.5）相比，該方法不僅采用了國際通用的多指標(biāo)土壤腐蝕性評價(jià)方法，還彌補(bǔ)了國際主流標(biāo)準(zhǔn)中土壤腐蝕性評價(jià)方法實(shí)用性差的不足，提高了多指標(biāo)土壤腐蝕性綜合評價(jià)方法的實(shí)用性和評估的準(zhǔn)確性[16]。

3　在線腐蝕監(jiān)檢測與大數(shù)據(jù)評估技術(shù)

隨著信息技術(shù)的發(fā)展，美國于2011年提出“材料基因組計(jì)劃”，數(shù)據(jù)共享與計(jì)算工具開發(fā)的理念與材料腐蝕平臺始終堅(jiān)持?jǐn)?shù)據(jù)共享工作，以及不斷發(fā)展模擬計(jì)算研究非常契合。2014年出版的《材料腐蝕信息學(xué)》及其相關(guān)工作指出，材料基因組計(jì)劃的目標(biāo)是把現(xiàn)有的材料研發(fā)周期從20～30年縮短到2～3年，這就要求材料腐蝕研究要進(jìn)行創(chuàng)新突破，利用模擬計(jì)算和數(shù)據(jù)交叉共享發(fā)展高效、可靠的腐蝕試驗(yàn)新方法、環(huán)境嚴(yán)酷性分級新標(biāo)準(zhǔn)、多尺度腐蝕行為新理論和壽命預(yù)測新模型。以鋼鐵大氣腐蝕的監(jiān)檢測和評估為例，簡要說明腐蝕試驗(yàn)測試與大數(shù)據(jù)評估技術(shù)的研究進(jìn)展及其應(yīng)用。

金屬材料在大氣中的腐蝕性破壞主要是由潮濕和干燥氣候交替所致。其腐蝕過程是由于金屬在薄層液膜下發(fā)生電化學(xué)腐蝕，因此，大氣腐蝕過程既滿足電化學(xué)腐蝕的一般規(guī)律，又具有其自身的特點(diǎn)。當(dāng)前，大氣腐蝕監(jiān)測（ACM）儀仍是研究大氣腐蝕的重要工具[5,17]，ACM儀根據(jù)薄膜電化學(xué)電池的電流訊號反映大氣環(huán)境腐蝕性強(qiáng)弱。其中，ACM電池作為監(jiān)測儀中的重要部分，是以腐蝕電化學(xué)原理中電偶腐蝕原理設(shè)計(jì)的。

筆者研發(fā)了一種適用于高通量數(shù)據(jù)采集的多通道大氣環(huán)境腐蝕監(jiān)測設(shè)備，見圖5。這種監(jiān)測儀可以選取多個(gè)典型大氣環(huán)境對不同空間和時(shí)間下鋼鐵材料腐蝕程度進(jìn)行在線監(jiān)測。大氣腐蝕監(jiān)探頭通過測量薄液膜下電化學(xué)電池的電流訊號反映大氣環(huán)境腐蝕性強(qiáng)弱，根據(jù)給出的數(shù)據(jù)初步分析不同區(qū)域大氣腐蝕的主要環(huán)境因子及其腐蝕環(huán)境特點(diǎn)。大氣腐蝕監(jiān)探頭可根據(jù)被監(jiān)測空間及工況定制規(guī)格，特別適用于監(jiān)測環(huán)境腐蝕度變化趨勢。

圖5　ACM檢測設(shè)備

ACM設(shè)備應(yīng)用系統(tǒng)采用B/S架構(gòu)和Java語言，支持跨平臺操作，支持GIS地圖顯現(xiàn)，可實(shí)時(shí)對大環(huán)境氣候進(jìn)行顯示和存儲，界面動(dòng)態(tài)儀表圖形化可顯示小氣候監(jiān)測點(diǎn)數(shù)據(jù)，該設(shè)備還具有監(jiān)測點(diǎn)歷史數(shù)據(jù)查詢和圖表化輸出、分析功能。

基于互聯(lián)網(wǎng)大數(shù)據(jù)的ACM監(jiān)測技術(shù)，實(shí)現(xiàn)了對腐蝕大數(shù)據(jù)的智能化監(jiān)測，彌補(bǔ)了傳統(tǒng)掛片實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)周期長、數(shù)據(jù)碎片化、數(shù)據(jù)積累過程中多種環(huán)境因素耦合的不穩(wěn)定性及數(shù)據(jù)監(jiān)測滯后性等不足，實(shí)現(xiàn)了對腐蝕環(huán)境大數(shù)據(jù)（溫度、濕度、氯離子濃度、SO2濃度、顆粒物含量等）的實(shí)時(shí)智能化自動(dòng)采集，材料信息學(xué)高通量計(jì)算與分析，以及腐蝕過程實(shí)時(shí)智能化監(jiān)測等功能，最終形成具有“腐蝕大數(shù)據(jù)”特質(zhì)的鋼鐵材料服役數(shù)據(jù)共享平臺。通過該平臺，實(shí)現(xiàn)了對鋼鐵材料服役過程中腐蝕數(shù)據(jù)的在線采集、數(shù)據(jù)分析、加工挖掘與信息管理，為實(shí)現(xiàn)鋼鐵材料及其構(gòu)件安全健康診斷提供新方法，進(jìn)一步發(fā)展了島礁用鋼的腐蝕防護(hù)技術(shù)[5，10，18]。

4　結(jié)語

以國家經(jīng)濟(jì)建設(shè)和戰(zhàn)略布局的迫切需求為中心，不斷改進(jìn)自然環(huán)境下鋼鐵材料環(huán)境腐蝕試驗(yàn)方法，持續(xù)進(jìn)行鋼鐵材料及制品在國內(nèi)外典型自然環(huán)境及嚴(yán)酷、極端環(huán)境（深/遠(yuǎn)海、西/南沙、南/北極等）中腐蝕數(shù)據(jù)積累，充實(shí)完善鋼鐵產(chǎn)品環(huán)境腐蝕數(shù)據(jù)庫；在多周期、長序列數(shù)據(jù)基礎(chǔ)上，進(jìn)一步開展建模、仿真和知識挖掘等信息技術(shù)的綜合應(yīng)用與實(shí)踐，充分認(rèn)識和揭示鋼鐵材料環(huán)境腐蝕科學(xué)規(guī)律和機(jī)理；完善鋼鐵材料的環(huán)境腐蝕評價(jià)標(biāo)準(zhǔn)體系，使國內(nèi)材料的自然環(huán)境腐蝕試驗(yàn)研究工作與國際接軌，為提高鋼鐵產(chǎn)品質(zhì)量，增強(qiáng)我國鋼鐵的國際競爭力作出貢獻(xiàn)。