專利名稱：：一種預(yù)測金屬材料土壤腐蝕速率的方法
技術(shù)領(lǐng)域：
：本發(fā)明涉及土壤腐蝕的腐蝕預(yù)測技術(shù)，具體為一種預(yù)測金屬材料土壤腐蝕速率的方法，主要應(yīng)用于區(qū)域性金屬材料的土壤腐蝕性預(yù)測研究。
背景技術(shù)：
：我國開展土壤腐蝕研究四十多年，也做了大量的試驗(yàn)工作，相對(duì)于我國遼闊的地域，仍顯得不足，特別是區(qū)域性腐蝕調(diào)查和腐蝕預(yù)測方面嚴(yán)重落后。在自然環(huán)境下進(jìn)行土壤腐蝕試驗(yàn)，影響金屬材料腐蝕的因素很多。在無污染的環(huán)境下，主要影響因素有土類與土質(zhì)、土壤中可溶性鹽總量，土壤電阻率、含水含氣率、pH值、土壤微生物、和氣象因素等。目前，所積累的大量腐蝕數(shù)據(jù)和環(huán)境數(shù)據(jù)都是分散在全國各個(gè)試驗(yàn)點(diǎn)，不但試驗(yàn)點(diǎn)數(shù)量少，并且每個(gè)試驗(yàn)點(diǎn)的氣候環(huán)境和土壤環(huán)境都有顯著差別，彼此不能形成整體進(jìn)行綜合分析，就難以進(jìn)行腐蝕預(yù)測研究。
發(fā)明內(nèi)容本發(fā)明的目的在于提供一種預(yù)測金屬材料土壤腐蝕速率的方法，解決現(xiàn)有技術(shù)中難以進(jìn)行腐蝕預(yù)測研究等問題。本發(fā)明的技術(shù)方案是—種預(yù)測金屬材料土壤腐蝕速率的方法，步驟如下(1)以金屬材料為試驗(yàn)材料，在需要預(yù)測地區(qū)選擇試驗(yàn)點(diǎn)，依據(jù)全國土壤腐蝕試驗(yàn)網(wǎng)站編寫的《材料土壤腐蝕試驗(yàn)方法》進(jìn)行試驗(yàn)，同時(shí)檢測各試驗(yàn)點(diǎn)的土壤化學(xué)成分，試驗(yàn)周期為一年至二年；(2)試驗(yàn)結(jié)束后，將試驗(yàn)材料除銹，樣品經(jīng)干燥稱重后，計(jì)算腐蝕失重，同時(shí)統(tǒng)計(jì)各個(gè)試驗(yàn)點(diǎn)土壤的化學(xué)成分；(3)采用逐步回歸分析的統(tǒng)計(jì)方法進(jìn)行回歸分析，建立回歸方程Y=a+bX2+cX3+.pXn;其中，a、b、c為回歸系數(shù)，Y代表材料的腐蝕失重，X2、X3、...Xn代表土壤中不同可溶性離子的百分含量。所述的預(yù)測金屬材料土壤腐蝕速率的方法，在無污染的環(huán)境下，金屬材料腐蝕的主要影響因素有土類與土質(zhì)、土壤中可溶性鹽總量、土壤電阻率、含水含氣率、PH值、土壤微生物和氣象因素等，最終參與腐蝕過程的是土壤中的可溶性離子；土壤中可溶性離子具體為//C03-，Cl—，SOf,Ca2+，Ma2+，K+，Na+，有機(jī)質(zhì)和全氮量。所述金屬材料為Q235鋼、低合金鋼、銅、鋁或鋅等金屬材料。所述試驗(yàn)點(diǎn)土壤無污染，無雜散電流，無擾動(dòng)，并且地表有自然植被覆蓋。所述試驗(yàn)材料垂直于地面放置，埋藏深度為1米。所述的預(yù)測金屬材料土壤腐蝕速率的方法，試驗(yàn)結(jié)束后，根據(jù)不同的試驗(yàn)材料，選擇不同的除銹溶液和除銹方法。同時(shí)用未腐蝕的試樣校正除銹液對(duì)金屬基體的腐蝕。本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)及有益效果如下1、金屬材料埋在土壤里進(jìn)行腐蝕試驗(yàn)，是研究金屬土壤腐蝕最常用的試驗(yàn)方法，獲得的腐蝕數(shù)據(jù)最準(zhǔn)確，能真實(shí)體現(xiàn)試驗(yàn)地點(diǎn)的腐蝕狀況。由此得出的腐蝕數(shù)據(jù)是制訂相關(guān)國家標(biāo)準(zhǔn)的重要依據(jù)，也是各項(xiàng)地下防腐工程設(shè)計(jì)的理論基礎(chǔ)。但是，受到土壤試驗(yàn)周期很長的制約，不能立即知道某地的腐蝕狀況。因此，有針對(duì)性地選擇試驗(yàn)地點(diǎn)進(jìn)行腐蝕試驗(yàn)，通過對(duì)整個(gè)區(qū)域的腐蝕狀況進(jìn)行綜合分析，研究影響金屬材料腐蝕的環(huán)境因素，并進(jìn)行回歸分析，建立回歸方程。通過檢測某地土壤的化學(xué)成分，就可以預(yù)測某地土壤的腐蝕數(shù)據(jù)。2、本發(fā)明第一次對(duì)區(qū)域性的土壤腐蝕速率進(jìn)行了預(yù)測提供了范例。同以往僅能對(duì)單一地點(diǎn)的縱向預(yù)測進(jìn)行了擴(kuò)展，使更大范圍的腐蝕預(yù)測變得可行。具體實(shí)施方式實(shí)施例1:1990年6月1992年5月，在海南地區(qū)進(jìn)行了2年的土壤腐蝕性調(diào)查。在20個(gè)市縣設(shè)有試驗(yàn)點(diǎn)，基本呈均勻分布。試驗(yàn)材料為Q235鋼，樣品規(guī)格為100mmX50mmX3mm，Q235鋼的化學(xué)成分見表l。樣品經(jīng)銑床、磨床，加工至光潔度V7或以上，丙酮除油，乙醇脫水，放置干燥器24h后，用感量為0.lmg分析天平稱重。表1、A3鋼的化學(xué)成份(wt%)cSiMnPSFe0.22<0.050.480.0120.022余量試驗(yàn)方法依據(jù)全國土壤腐蝕試驗(yàn)網(wǎng)站編寫的《材料土壤腐蝕試驗(yàn)方法》進(jìn)行，土壤類型有7種，占海南地區(qū)可使用面積90%以上。試驗(yàn)點(diǎn)土壤無污染，無雜散電流，無擾動(dòng)，并且地表有自然植被覆蓋。試樣垂直于地面放置，埋藏深度為l米。同時(shí)取土樣，分析其理化性質(zhì)。試驗(yàn)周期為一年。試驗(yàn)結(jié)束后，樣品采用500ml鹽酸+500ml蒸餾水+20g六次甲基四胺溶液清洗，室溫下將銹除凈為止，同時(shí)用未腐蝕的鋼樣校正除銹液對(duì)鋼基體的腐蝕。樣品經(jīng)干燥稱重后，計(jì)算腐蝕失重，同時(shí)統(tǒng)計(jì)各個(gè)試驗(yàn)點(diǎn)土壤的化學(xué)成分，見表2。表2、各試驗(yàn)點(diǎn)的土壤化學(xué)成分及腐蝕失重序號(hào)試驗(yàn)站crso42-Ca2+全氮量腐蝕失重(I)(x》(x2)(x3)Na+(X4)g/m2(Y)(x5)1文昌0.00230.00700.00060.00060.0635822瓊海0.00190.00300.00030.00150.0424104序號(hào)(I)試驗(yàn)站cr(x》so42-(x2)Ca2+(x3)Na+(X4)全氮量(x5)腐蝕失重g/m2(Y)3萬寧0.00100.00450.00030.00150.0303654陵水0.00230.00350.00140.00520.0703805三亞0.00100.00230.00050.00270.0123426保亭0.00230.00500.00030.00170.0675107通什0.00210.00300.00030.00050.0665908樂東0.00160.00360.00080.00170.0554009鶯歌海0.00120.00260.00050.00140.02628510東方0.00140.00400.00100.00150.00915011白沙0.00100.00480.00130.00140.04222012詹縣0.00140.00300.00030.00140.06560813瓊中0.00190.00250.00030.00230.03246514臨高0.00100.00310.00080.00100.01425015屯昌0.00140.00480.00080.00090.05349216?？?.00140.00740.00100.00090.04242217洋浦0.00120.00280.00140.00140.015218分析各個(gè)試驗(yàn)點(diǎn)的化學(xué)成分與腐蝕失重的相關(guān)關(guān)系，采用逐步回歸的統(tǒng)計(jì)分析方法進(jìn)行回歸分析，分析影響金屬材料腐蝕的主要因素，并建立回歸方程。用該回歸方程可以對(duì)海南地區(qū)或者土壤類型相近地區(qū)Q235鋼的腐蝕狀況進(jìn)行腐蝕預(yù)測。土壤化學(xué)成分對(duì)Q235鋼腐蝕失重影響的逐步回歸過程如下首先，計(jì)算各變量的平均值i和偏差平方和的算術(shù)根(c5")，見表3。表3、各變量的平均值和偏差平方和的算術(shù)根5<table>tableseeoriginaldocumentpage6</column></row><table>計(jì)算相關(guān)系數(shù)矩陣，見表t表4、相關(guān)系數(shù)矩陣<table>tableseeoriginaldocumentpage6</column></row><table>第一步1=0(這里1表示開始計(jì)算時(shí)方程中所含變量的個(gè)數(shù))。對(duì)5個(gè)變量逐一計(jì)算偏回歸平方和巧<formula>formulaseeoriginaldocumentpage6</formula>未引入變量的最大的偏回歸平方和75(1)=0.6184;對(duì)應(yīng)變量的編號(hào)Xs(全氮量)；對(duì)其作F檢驗(yàn)0.6184"')=7"^(附-2)1-0.6184(17-2)=24.3082〉F謹(jǐn)(1，15)=8.68故可以引入變量X「全氮量，對(duì)相關(guān)系數(shù)矩陣(表4)作變換，見表5,表5、對(duì)相關(guān)系數(shù)陣(表4)作了變換后的矩陣<table>tableseeoriginaldocumentpage7</column></row><table>其中最大者為W"，對(duì)其作F檢驗(yàn)，得<formula>formulaseeoriginaldocumentpage7</formula>r66-F3(2"'0.3814-0.2186可以引入變量XfCa2+。對(duì)相關(guān)系數(shù)矩陣(表5)作變換，見表6。表6、對(duì)相關(guān)系數(shù)陣(表5)作了變換后的矩陣(17-1-2)=18.7985>F001(1，14)=8,86<table>tableseeoriginaldocumentpage7</column></row><table>F'(3)=—0.4604-0.04970.10780.1446-0.70920.01400.1446-0.4348-0.32810.8860-0.1498-0.08260.70920.37410.16850.14981.02760.70870.01400.07860.4740-0.08270-0.70870.1628第三步l=2由于引入了新變量x3，需要對(duì)x5重作檢驗(yàn)1.0276=0.4888對(duì)其作F檢驗(yàn)，得F(2)5—/—1)=二.，:x(17_2_1)=42.0344〉F。01(1,14)=8.86《)0.1628不需要剔除，繼續(xù)考慮引入新變對(duì)i=1，2，4，計(jì)算Pf)F/3)=^=M^=0扁40.4604F2(3)=^=0.07862=0.00742r220.8297W)丄O濕2r44=0.00770.8860其中最大者為W3)，對(duì)其作F檢驗(yàn)得W3)"(2)(w_/_2)=0.00770.1628—0.0077(17—2—2)=0.6454<F。01(1，13)=9.07F檢驗(yàn)未能通過，變量X4-(Na+)不能引入，回歸過程結(jié)束。最終選入的變量為X5，X3X3回歸系數(shù)B=-162596.1F檢驗(yàn)F=18.7985>F0.01(1，14)=8.86X5回歸系數(shù)B=4606.67F檢驗(yàn)F=24.3092>F。01(1，15)=8.68回歸常數(shù)B。=316.7884回歸方程;P=316.7884-162596.1X3+4606.673X5;其中，:P代表腐蝕失重，x3代表Ca2+，x5代表全氮量；(1-42))(1—0.1628》對(duì)方程作檢驗(yàn)的F::r(2)/("—m—1)0.162^/=36.0030,(17_2_1)復(fù)相關(guān)系數(shù):R=K:)=》-《=Vl-0.1628=0.91508估計(jì)<formula>formulaseeoriginaldocumentpage9</formula>回歸方程在a=0.01的水平上都是顯著的。表7、腐蝕失重的回歸值和擬合偏差<table>tableseeoriginaldocumentpage9</column></row><table>腐蝕預(yù)測95%的預(yù)測區(qū)間為(j)。-2纟，_P。+2》)=(j)。-2x59.6396，》。+2><59.6396)=(j)0-119.2792，i)0+119.2792);99%的預(yù)測區(qū)間為(V3纟，:P。+3J)=(:P。-3x59.6396,j)0+3x59.6396)=(j)0-178.9188,A+178.9188)預(yù)測的相關(guān)數(shù)據(jù)如下現(xiàn)測得海南昌江縣某地的土壤化學(xué)成分Ca2+的含量為0.0010%，全氮量的含量為0.053%，代入回歸方程求的腐蝕失重為398.34g/m2，昌江縣某地95%的預(yù)測區(qū)間為(:Po畫2^，P。+2i)=(j)0-2x59.6396，j)0+2x59.6396)=(279.0608，517.6192);99%的預(yù)測區(qū)間為(:P。-3》，j)0+3J)=(j)。-3x59.6396,j)。+3x59.6396)=(219.421288,517.2588)實(shí)施例結(jié)果表明，本發(fā)明采用逐步回歸分析方法，分析影響Q235鋼土壤腐蝕的主要因素，并建立回歸方程，以該回歸方程對(duì)海南地區(qū)Q235鋼的腐蝕速率進(jìn)行預(yù)測，具有重現(xiàn)性。權(quán)利要求一種預(yù)測金屬材料土壤腐蝕速率的方法，其特征在于，步驟如下(1)以金屬材料為試驗(yàn)材料，在需要預(yù)測地區(qū)選擇試驗(yàn)點(diǎn)，依據(jù)全國土壤腐蝕試驗(yàn)網(wǎng)站編寫的《材料土壤腐蝕試驗(yàn)方法》進(jìn)行試驗(yàn)，同時(shí)檢測各試驗(yàn)點(diǎn)的土壤化學(xué)成分，試驗(yàn)周期為一年至二年；(2)試驗(yàn)結(jié)束后，將試驗(yàn)材料除銹，樣品經(jīng)干燥稱重后，計(jì)算腐蝕失重，同時(shí)統(tǒng)計(jì)各個(gè)試驗(yàn)點(diǎn)土壤的化學(xué)成分；(3)采用逐步回歸分析的統(tǒng)計(jì)方法進(jìn)行回歸分析，建立回歸方程Y＝a+bX2+cX3+...pXn；其中，a、b、c為回歸系數(shù)，Y代表材料的腐蝕失重，X2、X3、...Xn代表土壤中不同可溶性離子的百分含量。2.按照權(quán)利要求1所述的預(yù)測金屬材料土壤腐蝕速率的方法，其特征在于，在無污染的環(huán)境下，金屬材料腐蝕的主要影響因素有土類與土質(zhì)、土壤中可溶性鹽總量、土壤電阻率、含水含氣率、PH值、土壤微生物和氣象因素等，最終參與腐蝕過程的是土壤中的可溶性離子；土壤中可溶性離子具體為HC<93—,CI—.S042-,Ca2+，Ma2+，K+，Na+，有機(jī)質(zhì)和全氮量。3.按照權(quán)利要求1所述的預(yù)測金屬材料土壤腐蝕速率的方法，其特征在于，所述金屬材料為Q235鋼、低合金鋼、銅、鋁或鋅等金屬材料。4.按照權(quán)利要求1所述的預(yù)測金屬材料土壤腐蝕速率的方法，其特征在于，所述試驗(yàn)點(diǎn)土壤無污染，無雜散電流，無擾動(dòng)，并且地表有自然植被覆蓋。5.按照權(quán)利要求1所述的預(yù)測金屬材料土壤腐蝕速率的方法，其特征在于，所述試驗(yàn)材料垂直于地面放置，埋藏深度為1米。6.按照權(quán)利要求1所述的預(yù)測金屬材料土壤腐蝕速率的方法，其特征在于，試驗(yàn)結(jié)束后，根據(jù)不同的試驗(yàn)材料，選擇不同的除銹溶液和除銹方法；同時(shí)，用未腐蝕的試樣校正除銹液對(duì)金屬基體的腐蝕。全文摘要本發(fā)明涉及土壤腐蝕的腐蝕預(yù)測技術(shù)，具體為一種預(yù)測金屬材料土壤腐蝕速率的方法，主要應(yīng)用于區(qū)域性碳鋼的土壤腐蝕性預(yù)測研究。以金屬材料為試驗(yàn)材料，在需要預(yù)測地區(qū)選擇試驗(yàn)點(diǎn)，依據(jù)全國土壤腐蝕試驗(yàn)網(wǎng)站編寫的《材料土壤腐蝕試驗(yàn)方法》進(jìn)行試驗(yàn)，同時(shí)檢測各試驗(yàn)點(diǎn)的土壤化學(xué)成分，試驗(yàn)周期為一年至二年；試驗(yàn)結(jié)束后，將試驗(yàn)材料除銹，樣品經(jīng)干燥稱重后，計(jì)算腐蝕失重，同時(shí)統(tǒng)計(jì)各個(gè)試驗(yàn)點(diǎn)土壤的化學(xué)成分；采用逐步回歸分析的統(tǒng)計(jì)方法進(jìn)行回歸分析，建立回歸方程，以該回歸方程對(duì)需要預(yù)測地區(qū)的土壤腐蝕速率進(jìn)行預(yù)測。本發(fā)明具有重現(xiàn)性，采用該方法可以預(yù)測金屬材料的土壤腐蝕。文檔編號(hào)G01N5/04GK101782491SQ20091001024公開日2010年7月21日申請(qǐng)日期2009年1月21日優(yōu)先權(quán)日2009年1月21日發(fā)明者于國才,王振堯,陳鴻川,韓薇申請(qǐng)人:中國科學(xué)院金屬研究所