一種預測金屬材料土壤腐蝕速率的方法

2023-04-25 23:54:46 1

專利名稱：：一種預測金屬材料土壤腐蝕速率的方法
技術領域：
：本發明涉及土壤腐蝕的腐蝕預測技術，具體為一種預測金屬材料土壤腐蝕速率的方法，主要應用於區域性金屬材料的土壤腐蝕性預測研究。
背景技術：
：我國開展土壤腐蝕研究四十多年，也做了大量的試驗工作，相對於我國遼闊的地域，仍顯得不足，特別是區域性腐蝕調查和腐蝕預測方面嚴重落後。在自然環境下進行土壤腐蝕試驗，影響金屬材料腐蝕的因素很多。在無汙染的環境下，主要影響因素有土類與土質、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據和環境數據都是分散在全國各個試驗點，不但試驗點數量少，並且每個試驗點的氣候環境和土壤環境都有顯著差別，彼此不能形成整體進行綜合分析，就難以進行腐蝕預測研究。
發明內容本發明的目的在於提供一種預測金屬材料土壤腐蝕速率的方法，解決現有技術中難以進行腐蝕預測研究等問題。本發明的技術方案是—種預測金屬材料土壤腐蝕速率的方法，步驟如下(1)以金屬材料為試驗材料，在需要預測地區選擇試驗點，依據全國土壤腐蝕試驗網站編寫的《材料土壤腐蝕試驗方法》進行試驗，同時檢測各試驗點的土壤化學成分，試驗周期為一年至二年；(2)試驗結束後，將試驗材料除鏽，樣品經乾燥稱重後，計算腐蝕失重，同時統計各個試驗點土壤的化學成分；(3)採用逐步回歸分析的統計方法進行回歸分析，建立回歸方程Y=a+bX2+cX3+.pXn;其中，a、b、c為回歸係數，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。所述的預測金屬材料土壤腐蝕速率的方法，在無汙染的環境下，金屬材料腐蝕的主要影響因素有土類與土質、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+，有機質和全氮量。所述金屬材料為Q235鋼、低合金鋼、銅、鋁或鋅等金屬材料。所述試驗點土壤無汙染，無雜散電流，無擾動，並且地表有自然植被覆蓋。所述試驗材料垂直於地面放置，埋藏深度為1米。所述的預測金屬材料土壤腐蝕速率的方法，試驗結束後，根據不同的試驗材料，選擇不同的除鏽溶液和除鏽方法。同時用未腐蝕的試樣校正除鏽液對金屬基體的腐蝕。本發明的優點及有益效果如下1、金屬材料埋在土壤裡進行腐蝕試驗，是研究金屬土壤腐蝕最常用的試驗方法，獲得的腐蝕數據最準確，能真實體現試驗地點的腐蝕狀況。由此得出的腐蝕數據是制訂相關國家標準的重要依據，也是各項地下防腐工程設計的理論基礎。但是，受到土壤試驗周期很長的制約，不能立即知道某地的腐蝕狀況。因此，有針對性地選擇試驗地點進行腐蝕試驗，通過對整個區域的腐蝕狀況進行綜合分析，研究影響金屬材料腐蝕的環境因素，並進行回歸分析，建立回歸方程。通過檢測某地土壤的化學成分，就可以預測某地土壤的腐蝕數據。2、本發明第一次對區域性的土壤腐蝕速率進行了預測提供了範例。同以往僅能對單一地點的縱向預測進行了擴展，使更大範圍的腐蝕預測變得可行。具體實施方式實施例1:1990年6月1992年5月，在海南地區進行了2年的土壤腐蝕性調查。在20個市縣設有試驗點，基本呈均勻分布。試驗材料為Q235鋼，樣品規格為100mmX50mmX3mm，Q235鋼的化學成分見表l。樣品經銑床、磨床，加工至光潔度V7或以上，丙酮除油，乙醇脫水，放置乾燥器24h後，用感量為0.lmg分析天平稱重。表1、A3鋼的化學成份(wt%)cSiMnPSFe0.22<0.050.480.0120.022餘量試驗方法依據全國土壤腐蝕試驗網站編寫的《材料土壤腐蝕試驗方法》進行，土壤類型有7種，佔海南地區可使用面積90%以上。試驗點土壤無汙染，無雜散電流，無擾動，並且地表有自然植被覆蓋。試樣垂直於地面放置，埋藏深度為l米。同時取土樣，分析其理化性質。試驗周期為一年。試驗結束後，樣品採用500ml鹽酸+500ml蒸餾水+20g六次甲基四胺溶液清洗，室溫下將鏽除淨為止，同時用未腐蝕的鋼樣校正除鏽液對鋼基體的腐蝕。樣品經乾燥稱重後，計算腐蝕失重，同時統計各個試驗點土壤的化學成分，見表2。表2、各試驗點的土壤化學成分及腐蝕失重序號試驗站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(I)試驗站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海口0.00140.00740.00100.00090.04242217洋浦0.00120.00280.00140.00140.015218分析各個試驗點的化學成分與腐蝕失重的相關關係，採用逐步回歸的統計分析方法進行回歸分析，分析影響金屬材料腐蝕的主要因素，並建立回歸方程。用該回歸方程可以對海南地區或者土壤類型相近地區Q235鋼的腐蝕狀況進行腐蝕預測。土壤化學成分對Q235鋼腐蝕失重影響的逐步回歸過程如下首先，計算各變量的平均值i和偏差平方和的算術根(c5")，見表3。表3、各變量的平均值和偏差平方和的算術根5tableseeoriginaldocumentpage6計算相關係數矩陣，見表t表4、相關係數矩陣tableseeoriginaldocumentpage6第一步1=0(這裡1表示開始計算時方程中所含變量的個數)。對5個變量逐一計算偏回歸平方和巧formulaseeoriginaldocumentpage6未引入變量的最大的偏回歸平方和75(1)=0.6184;對應變量的編號Xs(全氮量)；對其作F檢驗0.6184"')=7"^(附-2)1-0.6184(17-2)=24.3082〉F謹(1，15)=8.68故可以引入變量X「全氮量，對相關係數矩陣(表4)作變換，見表5,表5、對相關係數陣(表4)作了變換後的矩陣tableseeoriginaldocumentpage7其中最大者為W"，對其作F檢驗，得formulaseeoriginaldocumentpage7r66-F3(2"'0.3814-0.2186可以引入變量XfCa2+。對相關係數矩陣(表5)作變換，見表6。表6、對相關係數陣(表5)作了變換後的矩陣(17-1-2)=18.7985>F001(1，14)=8,86tableseeoriginaldocumentpage7F'(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由於引入了新變量x3，需要對x5重作檢驗1.0276=0.4888對其作F檢驗，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，繼續考慮引入新變對i=1，2，4，計算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)，對其作F檢驗得W3)"(2)(w_/_2)=0.00770.1628—0.0077(17—2—2)=0.6454F0.01(1，14)=8.86X5回歸係數B=4606.67F檢驗F=24.3092>F。01(1，15)=8.68回歸常數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》對方程作檢驗的F::r(2)/("—m—1)0.162^/=36.0030,(17_2_1)復相關係數:R=K:)=》-《=Vl-0.1628=0.91508估計formulaseeoriginaldocumentpage9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tableseeoriginaldocumentpage9腐蝕預測95%的預測區間為(j)。-2糹，_P。+2》)=(j)。-2x59.6396，》。+2><59.6396)=(j)0-119.2792，i)0+119.2792);99%的預測區間為(V3糹，:P。+3J)=(:P。-3x59.6396,j)0+3x59.6396)=(j)0-178.9188,A+178.9188)預測的相關數據如下現測得海南昌江縣某地的土壤化學成分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%的預測區間為(:Po畫2^，P。+2i)=(j)0-2x59.6396，j)0+2x59.6396)=(279.0608，517.6192);99%的預測區間為(:P。-3》，j)0+3J)=(j)。-3x59.6396,j)。+3x59.6396)=(219.421288,517.2588)實施例結果表明，本發明採用逐步回歸分析方法，分析影響Q235鋼土壤腐蝕的主要因素，並建立回歸方程，以該回歸方程對海南地區Q235鋼的腐蝕速率進行預測，具有重現性。權利要求一種預測金屬材料土壤腐蝕速率的方法，其特徵在於，步驟如下(1)以金屬材料為試驗材料，在需要預測地區選擇試驗點，依據全國土壤腐蝕試驗網站編寫的《材料土壤腐蝕試驗方法》進行試驗，同時檢測各試驗點的土壤化學成分，試驗周期為一年至二年；(2)試驗結束後，將試驗材料除鏽，樣品經乾燥稱重後，計算腐蝕失重，同時統計各個試驗點土壤的化學成分；(3)採用逐步回歸分析的統計方法進行回歸分析，建立回歸方程Y＝a+bX2+cX3+...pXn；其中，a、b、c為回歸係數，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.按照權利要求1所述的預測金屬材料土壤腐蝕速率的方法，其特徵在於，在無汙染的環境下，金屬材料腐蝕的主要影響因素有土類與土質、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+，有機質和全氮量。3.按照權利要求1所述的預測金屬材料土壤腐蝕速率的方法，其特徵在於，所述金屬材料為Q235鋼、低合金鋼、銅、鋁或鋅等金屬材料。4.按照權利要求1所述的預測金屬材料土壤腐蝕速率的方法，其特徵在於，所述試驗點土壤無汙染，無雜散電流，無擾動，並且地表有自然植被覆蓋。5.按照權利要求1所述的預測金屬材料土壤腐蝕速率的方法，其特徵在於，所述試驗材料垂直於地面放置，埋藏深度為1米。6.按照權利要求1所述的預測金屬材料土壤腐蝕速率的方法，其特徵在於，試驗結束後，根據不同的試驗材料，選擇不同的除鏽溶液和除鏽方法；同時，用未腐蝕的試樣校正除鏽液對金屬基體的腐蝕。全文摘要本發明涉及土壤腐蝕的腐蝕預測技術，具體為一種預測金屬材料土壤腐蝕速率的方法，主要應用於區域性碳鋼的土壤腐蝕性預測研究。以金屬材料為試驗材料，在需要預測地區選擇試驗點，依據全國土壤腐蝕試驗網站編寫的《材料土壤腐蝕試驗方法》進行試驗，同時檢測各試驗點的土壤化學成分，試驗周期為一年至二年；試驗結束後，將試驗材料除鏽，樣品經乾燥稱重後，計算腐蝕失重，同時統計各個試驗點土壤的化學成分；採用逐步回歸分析的統計方法進行回歸分析，建立回歸方程，以該回歸方程對需要預測地區的土壤腐蝕速率進行預測。本發明具有重現性，採用該方法可以預測金屬材料的土壤腐蝕。文檔編號G01N5/04GK101782491SQ20091001024公開日2010年7月21日申請日期2009年1月21日優先權日2009年1月21日發明者於國才,王振堯,陳鴻川,韓薇申請人:中國科學院金屬研究所