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钢铁材料腐蚀科学研究和网络建设

1项目研究成果简介

1.1钢铁材料大气环境腐蚀研究的试验基地

我国是一个幅员辽阔、自然环境相对复杂的国家,南北区域分别在七个不同的气候带上,共有工业、沙漠、城市、农村、热带雨林、高原及海洋七种特点鲜明的大气环境。不同的大气环境给钢铁材料造成的腐蚀率也不同,少则相差数倍,多则相差数十倍。基于此,大气环境条件下的钢铁腐蚀数据的积累以及腐蚀规律的研究,必须经过科研人员的长期努力和反复试验。建设大气腐蚀试验站,需要综合考虑我国的南北气候差异、在不同海拔高度下的大气环境情况、沙漠戈壁与热带雨林等特殊环境的气候特点、工业污染、农村、城市、海洋等特点各异的气候类型。2004年,我国建立的大气腐蚀试验站共有14个,而且相对完善,已经被当作国家野外科学观测研究站的有9个。它们已经是钢铁材料大气环境腐蚀研究的试验基地,为我国的国防单位、大型钢铁企业、企事业单位以及重要的工程建设项目提供足够的钢铁材在大气环境条件下的耐蚀性能研究数据。2002年、2003年两年,我国分别进行了1339片钢铁试样的补充投式工作,其中包括不锈钢、低合金钢、耐候钢、碳钢、纯净钢等十种黑色金属。2006年,我国科技部科技基础条件平台项目中实施了新一轮的钢铁材料投式工作,共计试样3460片,包括三十种涂镀层制品和十九种黑色金属。投式材料的数据上报格式不仅制定了统一标准,而且还有完善的数据上报、汇总、入库管理条例,这是国内第一次实现集科学化、规范化、数字化于一体的管理,总共完成的环境数据、历史腐蚀数据的整编、数字化共计四十万个以上,新一轮投式试样的腐蚀图谱、环境数据、测试数据的采集与数字化完成度为100%。在国内成立了首个自然环境材料腐蚀试样库,将具有研究价值的腐蚀试样保存于此,集中回收黑色金属材料试样并拍下照片,总共积累的腐蚀形貌图片数据超过一万张,包括照片与文字在内总共8.3GB容量,把照片系统化之后,制作成钢铁材料大气腐蚀图谱集。

1.2建立钢铁材料及制品大气腐蚀试验规范与标准体系

制定了钢铁材料大气环境腐蚀的标准及规范,为建设钢铁材料大气腐蚀试验站网络创造了良好的开端,已经构建起国内最完善的钢铁材料环境腐蚀野外科学观测研究站网络标准体系,参与制定、修订的国军标、国家标准、行业标准超过三十项:兵器工业59所报批的有关《军用装备自然环境试验方法》国军标共有十七项;武汉材料保护研究所、钢铁研究总院青岛海洋腐蚀研究所等单位参与制定、修订了十五项有关《金属覆盖层》、《金属和合金的腐蚀》等标准条例。

1.3热轧带钢产品与钢铁材料大气腐蚀行为规律的试验研究

根据耐候钢、碳钢等诸多钢铁材料在中国具有代表性的大气环境中的长时间、广范围、大规模地暴露腐蚀的试验研究,更加证实了低合金钢、碳钢在中国典型的大气环境中发生腐蚀的幂函数规律。第一次获得我国西部干旱地区、中部工业区、东部沿海区域等大气环境中耐候钢、碳钢大气腐蚀发展的幂函数变化规律模型里的常数值范围。在研究耐候钢、碳钢暴露在自然环境中的腐蚀规律与实验的前提下,实验室又进行了微量腐蚀气体发生装置的研究,研究结果显示,温湿度、CO2、SO2的浓度对耐候钢、碳钢腐蚀影响规律依然具有幂函数规律,可利用早期幂函数规律模型里的常数来表示大气腐蚀的未来发展趋势。板带质量水平的重要衡量标准是热轧带钢的耐蚀性以及它的表面质量,尤其是对汽车用钢而言更加重要,试验项目针对产品储存、运输过程中,热轧带钢存在的锈蚀问题进行研究,总共开展了十种不同的热轧带钢产品及去除氧化皮的试样分别在北京、江津、青岛大气环境下的腐蚀试验研究,研究所用的试样来自六个国内外大型钢铁企业。项目中包含了国内、国外的热轧大纲产品在中国典型的大气环境下的腐蚀数据,并与热轧带钢的电化学测试、组织结构分析与室内加速试验等诸多研究方法相结合,所提供的热轧带钢产品锈蚀原因及其生产工艺的改进依据均具有可靠性与科学性。

1.4完成了中国最完善的钢铁材料环境腐蚀数据共享及应用服务网络体系的建设

国内十四个大气腐蚀试验站环境数据采集的自动化、数据汇报格式的规范化、腐蚀测试数据的数字化全部实现,由此构建起中国最完善的钢铁材料自然环境腐蚀试验站的计算机网络。项目自主设计并研发了集钢铁材料环境腐蚀特点的管理计算、审核、数据上报于一体的系统,通过该系统,各个试验站根据标准数据格式经网络实现数据的统一汇总上报。网站数据管理部门通过计算机对汇总数据的准确性、客观性和完整性进行审核。经过形式审查的汇总数据在入库之前又会上交给技术专家再次审核,最终审核无误的数据会被储存于中心数据库。应用服务网络和钢铁材料环境腐蚀数据共享来处理、分析原始数据,建设共享服务数据库,为钢铁材料的生产、应用部门、国家的重点项目研究、工程建设提供钢铁材料环境腐蚀数据服务。

2项目的推广

在我国重点项目工程建设的施工工艺、防护材料、施工规范、质量监管等诸多项目中广泛应用,已经获得三峡地区钢铁材料在大气环境中的腐蚀数据及其规律。在永久船闸、临时船闸、安全门、大坝永久船闸主体段锚杆、压力钢管、检修门、安全门等三峡建设工程中用到的设施设备中获得了广泛推广。平台项目的研究成果主要体现在京珠高速公路武汉军山长江大桥、巫山长江大桥、中铁大桥勘探设计院有限公司设计的厦门公铁大桥、舟山连岛工程、中交公路规划设计研究院设计的青岛海湾大桥以及杭州湾大桥等跨海公路桥建设工程中广泛应用。在我国的国防建设方面同样提供了数据共享服务,为成都飞机工业公司、中国人民解放军空军装备研究院航空设备研究所、北京航空材料研究院、西安飞机工业有限公司等诸多国防单位提供了钢铁材料环境腐蚀行为预测功能、数据共享、评价功能以及防护咨询决策系统。

3结语

钢铁材料大气腐蚀科学研究与数据共享网络的建设是一项艰苦卓越的工作,需要经历长时间的研究。历经二十年,我国已建设并完善的大气腐蚀站网共有十四个,均由国家级野外科学研究试验站组成。经过坚持不懈地进行钢铁材料曝晒试验,积累了在中国典型大气环境下的钢铁材料及制品的大气腐蚀数据,同时开展了一系列有关热轧带钢产品、钢铁材料在大气环境中腐蚀规律的研究,为我国钢铁材料腐蚀科学的进步起到了积极的推动作用。

作者:王鑫 赵文广 单位:1.内蒙古科技大学 2.包钢(集团)公司建设部

【参考文献】

【1】高泽海,林旭彬,陈秋岸,等.热带大气环境下钢铁材料腐蚀数据的分析[J].环境技术,2015,33(5):22-24.

【2】张波,王晓乾,董彩常,等.青岛海洋大气中桥梁结构钢的腐蚀模型对比研究[J].公路交通科技,2013,30(1):69-73.

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