摘要：介紹了國(guó)內(nèi)外鋼鐵材料環(huán)境腐蝕試驗(yàn)技術(shù)發(fā)展的現(xiàn)狀，總結(jié)了新型耐蝕鋼鐵材料研發(fā)中所需的各類試驗(yàn)方法，分析了室外暴露試驗(yàn)、室內(nèi)模擬加速試驗(yàn)、在線腐蝕監(jiān)檢測(cè)與大數(shù)據(jù)評(píng)估技術(shù)的研究重點(diǎn)和發(fā)展趨勢(shì)。鑒于鋼鐵材料自然環(huán)境腐蝕試驗(yàn)對(duì)保障其服役過(guò)程中的安全性和可靠性至關(guān)重要，構(gòu)建規(guī)范化、標(biāo)準(zhǔn)化的環(huán)境腐蝕試驗(yàn)技術(shù)體系是提升我國(guó)鋼鐵材料品質(zhì)的重要工作。

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(duì)高性能結(jié)構(gòu)耐蝕鋼的需求越來(lái)越迫切。然而，在環(huán)境作用下鋼鐵材料會(huì)發(fā)生腐蝕，根據(jù)“我國(guó)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(guó)全行業(yè)腐蝕總成本約占國(guó)內(nèi)生產(chǎn)總值（ GDP ）的 3.34% ，達(dá)到 2.13 萬(wàn)億人民幣，腐蝕產(chǎn)物和失效的材料 / 制品也對(duì)環(huán)境造成嚴(yán)重污染和深遠(yuǎn)影響 。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(zhǎng)期性和連續(xù)性的特點(diǎn)，因此，開(kāi)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(guó)鋼鐵材料品質(zhì)極其重要的基礎(chǔ)性工作 。

長(zhǎng)期以來(lái)， 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(kāi)。隨著信息時(shí)代的到來(lái)， 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(wú)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(duì)構(gòu)件或裝備整體的耐蝕性考察， 國(guó)內(nèi)外都已積累了一些數(shù)據(jù)， 伴隨著高通量測(cè)試技術(shù)和手段的使用，其數(shù)據(jù)量將快速增長(zhǎng)。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(duì)深入研究腐蝕機(jī)理、 長(zhǎng)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(duì)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 。

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(guó)外研究現(xiàn)狀， 為其在國(guó)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(guó)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(duì)金屬腐蝕的認(rèn)識(shí)過(guò)程由經(jīng)驗(yàn)性階段過(guò)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(kāi)始于 1906 年，由美國(guó)材料試驗(yàn)學(xué)會(huì)（ 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(guó)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(cè)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(cè)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(duì)金屬在大氣中的腐蝕機(jī)理進(jìn)行了深入的研究 。

世界各國(guó)都高度重視鋼鐵及其制品在生產(chǎn)、運(yùn)輸及服役過(guò)程中環(huán)境適應(yīng)性的研究，積極開(kāi)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(duì)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(guò)野外試驗(yàn)站點(diǎn)的現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)與觀測(cè)，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(guó)的自然環(huán)境條件各不相同，差別也很大。

我國(guó)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(zhǎng)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(jiǎn)單用發(fā)達(dá)國(guó)家的數(shù)據(jù)替代。只有通過(guò)長(zhǎng)期數(shù)據(jù)積累和實(shí)驗(yàn)研究， 才能掌握本國(guó)自然環(huán)境條件下材料的腐蝕數(shù)據(jù)和規(guī)律。

我國(guó)自然環(huán)境腐蝕試驗(yàn)開(kāi)始于上世紀(jì) 50 年代，經(jīng)過(guò)幾十年的建設(shè)和發(fā)展，根據(jù)我國(guó)材料環(huán)境腐蝕臺(tái)站的基礎(chǔ)條件， 與科技部建立國(guó)家野外臺(tái)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(guó)家材料環(huán)境腐蝕平臺(tái)，見(jiàn)圖 1 。該平臺(tái)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(kù)爾勒，東到舟山島，北起漠河，南至西沙，覆蓋了我國(guó)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(chǎng)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(tái) - 中國(guó)腐蝕與防護(hù)網(wǎng) （ www.ecorr.org ），面向社會(huì)各界，提供材料腐蝕（老化）實(shí)物資源和信息資源服務(wù) 。

圖 1 國(guó)家材料環(huán)境腐蝕平臺(tái)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(duì)暴露場(chǎng)址的選擇主要應(yīng)結(jié)合各種環(huán)境因素對(duì)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(guó)內(nèi)現(xiàn)有自然環(huán)境腐蝕試驗(yàn)站已能代表我國(guó)典型自然環(huán)境區(qū)域類型， 通過(guò)研究環(huán)境因素對(duì)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(guó)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(píng)估中，我國(guó)已建立了滿足國(guó)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(guó)家材料環(huán)境腐蝕平臺(tái)已完成我國(guó)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(duì)我國(guó)幅員遼闊、自然環(huán)境復(fù)雜的特點(diǎn)，開(kāi)展了長(zhǎng)達(dá)16 年的系統(tǒng)暴露試驗(yàn)，對(duì)大氣、土壤和海水腐蝕分區(qū)分級(jí)建模研究 ，見(jiàn)圖 2 。

（ a ） 大氣環(huán)境（ b ） 水環(huán)境（ c ） 土壤環(huán)境 （ d ） 深海環(huán)境

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(guó)家“一路一帶”戰(zhàn)略的實(shí)施，國(guó)家材料環(huán)境腐蝕平臺(tái)從 2015 年開(kāi)始便在東南亞地區(qū)開(kāi)展了鋼鐵材料環(huán)境腐蝕試驗(yàn)和數(shù)據(jù)積累，在泰國(guó)、印尼、新加坡、馬來(lái)西亞等地開(kāi)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(cè)試驗(yàn)研究全球化的趨勢(shì)下，為了提高材料對(duì)環(huán)境的適應(yīng)性，以及對(duì)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(cè)試驗(yàn)研究工作， 從暴露方法到檢測(cè)手段都采用統(tǒng)一的規(guī)范和標(biāo)準(zhǔn)。在發(fā)達(dá)國(guó)家，材料環(huán)境腐蝕觀測(cè)試驗(yàn)標(biāo)準(zhǔn)化發(fā)展已經(jīng)受到廣泛的重視。近年來(lái)，美國(guó)、日本、德國(guó)及北約其他國(guó)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(cè)試驗(yàn)標(biāo)準(zhǔn)化進(jìn)程。國(guó)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(cè)試驗(yàn)標(biāo)準(zhǔn)化體系， 目前經(jīng)公開(kāi)出版的標(biāo)準(zhǔn)已達(dá)到 60 多項(xiàng)。美國(guó)等發(fā)達(dá)國(guó)家都建立了適合本國(guó)國(guó)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(guó)為例，美國(guó)國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)局、材料試驗(yàn)協(xié)會(huì)（ ASTM ）、腐蝕工程師學(xué)會(huì)（ NACE ）、金屬學(xué)會(huì)（ ASM ）和美國(guó)石油學(xué)會(huì)（ 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(cè)試驗(yàn)標(biāo)準(zhǔn)就有800 多項(xiàng)。美國(guó)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(cè)研究。因此，在自然環(huán)境暴露試驗(yàn)研究中，通過(guò)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(píng)價(jià)的周期很長(zhǎng)，現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)影響因素復(fù)雜多變，完全采用現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)方法無(wú)法滿足鋼鐵材料新產(chǎn)品研發(fā)和材料腐蝕壽命評(píng)估與預(yù)測(cè)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(cè)實(shí)際環(huán)境下鋼鐵及其構(gòu)件的長(zhǎng)期服役行為和使用壽命。

國(guó)內(nèi)外普遍認(rèn)為室內(nèi)環(huán)境加速腐蝕試驗(yàn)不能簡(jiǎn)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(píng)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(zhǎng)期發(fā)展遲滯。因此，發(fā)展系列化材料環(huán)境加速腐蝕評(píng)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(duì)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(duì)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(rùn) -干燥”循環(huán)過(guò)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(guò)程。因此，有學(xué)者提出了帶干燥過(guò)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(rùn)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(guò)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(zhǎng)時(shí)間的自然曝曬相匹配。

近年來(lái)，國(guó)外學(xué)者又將周期噴霧、周期浸潤(rùn)等試驗(yàn)綜合起來(lái)，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(duì)溫度、相對(duì)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(guó)際上對(duì)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(duì)大氣腐蝕現(xiàn)象的模擬，而是對(duì)大氣腐蝕本質(zhì)規(guī)律的模擬。多年來(lái)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(guó)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(guó)家關(guān)于腐蝕環(huán)境對(duì)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 。

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(guó)家材料環(huán)境腐蝕平臺(tái)綜合研究中心針對(duì)現(xiàn)場(chǎng)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(rùn) + 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(rùn)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(jiǎn)便快速的電化學(xué)測(cè)試裝置及可自動(dòng)控制薄液厚度的電解池裝置， 開(kāi)發(fā)了適用于薄層溶液電化學(xué)測(cè)試的參比電極等大氣腐蝕機(jī)理研究測(cè)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(duì)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(píng)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(zhǎng)、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(píng)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(jiàn)圖 3 ，并對(duì)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(cè)試，適用于實(shí)驗(yàn)室內(nèi)開(kāi)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(zhǎng)， 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(wèn)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 。

（ a ） 0 m 表面 （ b ） 0 m 內(nèi)層銹 （ c ） 860 m （ d ） 1 200 m

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(cè)鋼鐵材料長(zhǎng)期的腐蝕行為及使用壽命一直是環(huán)境腐蝕試驗(yàn)與評(píng)估技術(shù)的難點(diǎn)之一。目前，我國(guó)已研發(fā)出系列鋼鐵土壤腐蝕試驗(yàn)用裝備與評(píng)價(jià)方法，開(kāi)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(cè)試和評(píng)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(píng)價(jià)與研發(fā)。

國(guó)家材料環(huán)境腐蝕平臺(tái)選擇具有代表性的鷹潭土壤和庫(kù)爾勒地區(qū)土壤為主要研究對(duì)象， 另選國(guó)內(nèi)其它 6 種典型地區(qū)的土壤作為對(duì)比， 對(duì)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(guò)對(duì) 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(píng)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(píng)價(jià)方法”。經(jīng)過(guò) 8 個(gè)國(guó)家級(jí)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(guó)外方法（ DIN-50929 和 ANSI A21.5 ）相比，該方法不僅采用了國(guó)際通用的多指標(biāo)土壤腐蝕性評(píng)價(jià)方法， 還彌補(bǔ)了國(guó)際主流標(biāo)準(zhǔn)中土壤腐蝕性評(píng)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(píng)價(jià)方法的實(shí)用性和評(píng)估的準(zhǔn)確性 。

3 在線腐蝕監(jiān)檢測(cè)與大數(shù)據(jù)評(píng)估技術(shù)

隨著信息技術(shù)的發(fā)展，美國(guó)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(kāi)發(fā)的理念與材料腐蝕平臺(tái)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(jí)新標(biāo)準(zhǔn)、多尺度腐蝕行為新理論和壽命預(yù)測(cè)新模型。以鋼鐵大氣腐蝕的監(jiān)檢測(cè)和評(píng)估為例，簡(jiǎn)要說(shuō)明腐蝕試驗(yàn)測(cè)試與大數(shù)據(jù)評(píng)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(guò)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(guò)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(cè)（ ACM ）儀仍是研究大氣腐蝕的重要工具，ACM 儀根據(jù)薄膜電化學(xué)電池的電流訊號(hào)反映大氣環(huán)境腐蝕性強(qiáng)弱。其中，ACM 電池作為監(jiān)測(cè)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(cè)設(shè)備，見(jiàn)圖 5 。這種監(jiān)測(cè)儀可以選取多個(gè)典型大氣環(huán)境對(duì)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(cè)。大氣腐蝕監(jiān)探頭通過(guò)測(cè)量薄液膜下電化學(xué)電池的電流訊號(hào)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(cè)空間及工況定制規(guī)格，特別適用于監(jiān)測(cè)環(huán)境腐蝕度變化趨勢(shì)。

圖 5 ACM 檢測(cè)設(shè)備

ACM 設(shè)備應(yīng)用系統(tǒng)采用 B/S 架構(gòu)和 Java 語(yǔ)言，支持跨平臺(tái)操作，支持 GIS 地圖顯現(xiàn)，可實(shí)時(shí)對(duì)大環(huán)境氣候進(jìn)行顯示和存儲(chǔ)， 界面動(dòng)態(tài)儀表圖形化可顯示小氣候監(jiān)測(cè)點(diǎn)數(shù)據(jù)， 該設(shè)備還具有監(jiān)測(cè)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(cè)技術(shù)，實(shí)現(xiàn)了對(duì)腐蝕大數(shù)據(jù)的智能化監(jiān)測(cè)， 彌補(bǔ)了傳統(tǒng)掛片實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)周期長(zhǎng)、數(shù)據(jù)碎片化、數(shù)據(jù)積累過(guò)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(cè)滯后性等不足，實(shí)現(xiàn)了對(duì)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(guò)程實(shí)時(shí)智能化監(jiān)測(cè)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(tái)。通過(guò)該平臺(tái)， 實(shí)現(xiàn)了對(duì)鋼鐵材料服役過(guò)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) 。

4 結(jié)語(yǔ)

以國(guó)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(guó)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(kù)；在多周期、長(zhǎng)序列數(shù)據(jù)基礎(chǔ)上，進(jìn)一步開(kāi)展建模、 仿真和知識(shí)挖掘等信息技術(shù)的綜合應(yīng)用與實(shí)踐， 充分認(rèn)識(shí)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(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)體系， 使國(guó)內(nèi)材料的自然環(huán)境腐蝕試驗(yàn)研究工作與國(guó)際接軌，為提高鋼鐵產(chǎn)品質(zhì)量，增強(qiáng)我國(guó)鋼鐵的國(guó)際競(jìng)爭(zhēng)力作出貢獻(xiàn)。