CN101782491A - 一种预测金属材料土壤腐蚀速率的方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及土壤腐蚀的腐蚀预测技术,具体为一种预测金属材料土壤腐蚀速率的方法,主要应用于区域性碳钢的土壤腐蚀性预测研究。以金属材料为试验材料,在需要预测地区选择试验点,依据全国土壤腐蚀试验网站编写的《材料土壤腐蚀试验方法》进行试验,同时检测各试验点的土壤化学成分,试验周期为一年至二年;试验结束后,将试验材料除锈,样品经干燥称重后,计算腐蚀失重,同时统计各个试验点土壤的化学成分;采用逐步回归分析的统计方法进行回归分析,建立回归方程,以该回归方程对需要预测地区的土壤腐蚀速率进行预测。本发明具有重现性,采用该方法可以预测金属材料的土壤腐蚀。
Description
技术领域
本发明涉及土壤腐蚀的腐蚀预测技术,具体为一种预测金属材料土壤腐蚀速率的方法,主要应用于区域性金属材料的土壤腐蚀性预测研究。
背景技术
我国开展土壤腐蚀研究四十多年,也做了大量的试验工作,相对于我国辽阔的地域,仍显得不足,特别是区域性腐蚀调查和腐蚀预测方面严重落后。在自然环境下进行土壤腐蚀试验,影响金属材料腐蚀的因素很多。在无污染的环境下,主要影响因素有:土类与土质、土壤中可溶性盐总量,土壤电阻率、含水含气率、pH值、土壤微生物、和气象因素等。目前,所积累的大量腐蚀数据和环境数据都是分散在全国各个试验点,不但试验点数量少,并且每个试验点的气候环境和土壤环境都有显著差别,彼此不能形成整体进行综合分析,就难以进行腐蚀预测研究。
发明内容
本发明的目的在于提供一种预测金属材料土壤腐蚀速率的方法,解决现有技术中难以进行腐蚀预测研究等问题。
本发明的技术方案是:
一种预测金属材料土壤腐蚀速率的方法,步骤如下:
(1)以金属材料为试验材料,在需要预测地区选择试验点,依据全国土壤腐蚀试验网站编写的《材料土壤腐蚀试验方法》进行试验,同时检测各试验点的土壤化学成分,试验周期为一年至二年;
(2)试验结束后,将试验材料除锈,样品经干燥称重后,计算腐蚀失重,同时统计各个试验点土壤的化学成分;
(3)采用逐步回归分析的统计方法进行回归分析,建立回归方程:
Y=a+bX2+cX3+...pXn;
其中,a、b、c为回归系数,Y代表材料的腐蚀失重,X2、X3、...Xn代表土壤中不同可溶性离子的百分含量。
所述的预测金属材料土壤腐蚀速率的方法,在无污染的环境下,金属材料腐蚀的主要影响因素有:土类与土质、土壤中可溶性盐总量、土壤电阻率、含水含气率、pH值、土壤微生物和气象因素等,最终参与腐蚀过程的是土壤中的可溶性离子;土壤中可溶性离子具体为:Cl-,Ca2+,Ma2+,K+,Na+,有机质和全氮量。
所述金属材料为Q235钢、低合金钢、铜、铝或锌等金属材料。
所述试验点土壤无污染,无杂散电流,无扰动,并且地表有自然植被覆盖。
所述试验材料垂直于地面放置,埋藏深度为1米。
所述的预测金属材料土壤腐蚀速率的方法,试验结束后,根据不同的试验材料,选择不同的除锈溶液和除锈方法。同时用未腐蚀的试样校正除锈液对金属基体的腐蚀。
本发明的优点及有益效果如下:
1、金属材料埋在土壤里进行腐蚀试验,是研究金属土壤腐蚀最常用的试验方法,获得的腐蚀数据最准确,能真实体现试验地点的腐蚀状况。由此得出的腐蚀数据是制订相关国家标准的重要依据,也是各项地下防腐工程设计的理论基础。但是,受到土壤试验周期很长的制约,不能立即知道某地的腐蚀状况。因此,有针对性地选择试验地点进行腐蚀试验,通过对整个区域的腐蚀状况进行综合分析,研究影响金属材料腐蚀的环境因素,并进行回归分析,建立回归方程。通过检测某地土壤的化学成分,就可以预测某地土壤的腐蚀数据。
2、本发明第一次对区域性的土壤腐蚀速率进行了预测提供了范例。同以往仅能对单一地点的纵向预测进行了扩展,使更大范围的腐蚀预测变得可行。
具体实施方式
实施例1:
1990年6月~1992年5月,在海南地区进行了2年的土壤腐蚀性调查。在20个市县设有试验点,基本呈均匀分布。试验材料为Q235钢,样品规格为100mm×50mm×3mm,Q235钢的化学成分见表1。样品经铣床、磨床,加工至光洁度或以上,丙酮除油,乙醇脱水,放置干燥器24h后,用感量为0.1mg分析天平称重。
表1、A3钢的化学成份(wt%)
C | Si | Mn | P | S | Fe |
0.22 | <0.05 | 0.48 | 0.012 | 0.022 | 余量 |
试验方法依据全国土壤腐蚀试验网站编写的《材料土壤腐蚀试验方法》进行,土壤类型有7种,占海南地区可使用面积90%以上。试验点土壤无污染,无杂散电流,无扰动,并且地表有自然植被覆盖。试样垂直于地面放置,埋藏深度为1米。同时取土样,分析其理化性质。试验周期为一年。
试验结束后,样品采用500ml盐酸+500ml蒸馏水+20g六次甲基四胺溶液清洗,室温下将锈除净为止,同时用未腐蚀的钢样校正除锈液对钢基体的腐蚀。样品经干燥称重后,计算腐蚀失重,同时统计各个试验点土壤的化学成分,见表2。
表2、各试验点的土壤化学成分及腐蚀失重
序号(I) | 试验站 | Cl-(X1) | SO4 2-(X2) | Ca2+(X3) | Na+(X4) | 全氮量(X5) | 腐蚀失重g/m2(Y) |
1 | 文昌 | 0.0023 | 0.0070 | 0.0006 | 0.0006 | 0.063 | 582 |
2 | 琼海 | 0.0019 | 0.0030 | 0.0003 | 0.0015 | 0.042 | 410 |
序号(I) | 试验站 | Cl-(X1) | SO4 2-(X2) | Ca2+(X3) | Na+(X4) | 全氮量(X5) | 腐蚀失重g/m2(Y) |
3 | 万宁 | 0.0010 | 0.0045 | 0.0003 | 0.0015 | 0.030 | 365 |
4 | 陵水 | 0.0023 | 0.0035 | 0.0014 | 0.0052 | 0.070 | 380 |
5 | 三亚 | 0.0010 | 0.0023 | 0.0005 | 0.0027 | 0.012 | 342 |
6 | 保亭 | 0.0023 | 0.0050 | 0.0003 | 0.0017 | 0.067 | 510 |
7 | 通什 | 0.0021 | 0.0030 | 0.0003 | 0.0005 | 0.066 | 590 |
8 | 乐东 | 0.0016 | 0.0036 | 0.0008 | 0.0017 | 0.055 | 400 |
9 | 莺歌海 | 0.0012 | 0.0026 | 0.0005 | 0.0014 | 0.026 | 285 |
10 | 东方 | 0.0014 | 0.0040 | 0.0010 | 0.0015 | 0.009 | 150 |
11 | 白沙 | 0.0010 | 0.0048 | 0.0013 | 0.0014 | 0.042 | 220 |
12 | 詹县 | 0.0014 | 0.0030 | 0.0003 | 0.0014 | 0.065 | 608 |
13 | 琼中 | 0.0019 | 0.0025 | 0.0003 | 0.0023 | 0.032 | 465 |
14 | 临高 | 0.0010 | 0.0031 | 0.0008 | 0.0010 | 0.014 | 250 |
15 | 屯昌 | 0.0014 | 0.0048 | 0.0008 | 0.0009 | 0.053 | 492 |
16 | 海口 | 0.0014 | 0.0074 | 0.0010 | 0.0009 | 0.042 | 422 |
17 | 洋浦 | 0.0012 | 0.0028 | 0.0014 | 0.0014 | 0.015 | 218 |
分析各个试验点的化学成分与腐蚀失重的相关关系,采用逐步回归的统计分析方法进行回归分析,分析影响金属材料腐蚀的主要因素,并建立回归方程。用该回归方程可以对海南地区或者土壤类型相近地区Q235钢的腐蚀状况进行腐蚀预测。
土壤化学成分对Q235钢腐蚀失重影响的逐步回归过程如下:
表3、各变量的平均值和偏差平方和的算术根
计算相关系数矩阵,见表4。
表4、相关系数矩阵
1 | 0.1671 | -0.2240 | 0.1800 | 0.7268 | 0.6354 |
0.1671 | 1 | 0.1846 | -0.3243 | 0.3338 | 0.2276 |
-0.2240 | 0.1846 | 1 | 0.3035 | -0.1640 | -0.5902 |
0.1800 | -0.3243 | 0.3035 | 1 | 0.0960 | -0.1585 |
0.7268 | 0.3338 | -0.164 | 0.0960 | 1 | 0.7864 |
0.6354 | 0.2276 | -0.5902 | -0.1585 | 0.7864 | 1 |
第一步:l=0(这里l表示开始计算时方程中所含变量的个数)。
对5个变量逐一计算偏回归平方和i=1,2,3,4,5;n=6。
对应变量的编号X5(全氮量);
对其作F检验
故可以引入变量X5-全氮量,对相关系数矩阵(表4)作变换,见表5。
表5、对相关系数阵(表4)作了变换后的矩阵
0.4716 | -0.0754 | -0.1048 | 0.1102 | -0.7268 | 0.0638 |
-0.0754 | 0.8886 | 0.2392 | -0.3564 | -0.3338 | -0.0348 |
-0.1048 | 0.2392 | 0.9731 | 0.3192 | 0.1640 | -0.4613 |
0.1102 | -0.3564 | 0.3192 | 0.9908 | -0.0960 | -0.2340 |
0.7268 | 0.3338 | -0.1640 | 0.0960 | 1 | 0.7864 |
0.0638 | -0.0348 | -0.4613 | -0.2340 | -0.7864 | 0.3814 |
第二步:l=1选第二个变量,
可以引入变量X3-Ca2+。
对相关系数矩阵(表5)作变换,见表6。
表6、对相关系数阵(表5)作了变换后的矩阵
0.4604 | -0.0497 | 0.1078 | 0.1446 | -0.7092 | 0.0140 |
-0.0497 | 0.8297 | -0.2459 | -0.4348 | -0.3741 | 0.0786 |
-0.1078 | 0.2459 | 1.0276 | 0.3281 | 0.1685 | -0.4740 |
0.4604 | -0.0497 | 0.1078 | 0.1446 | -0.7092 | 0.0140 |
0.1446 | -0.4348 | -0.3281 | 0.8860 | -0.1498 | -0.0826 |
0.7092 | 0.3741 | 0.1685 | 0.1498 | 1.0276 | 0.7087 |
0.0140 | 0.0786 | 0.4740 | -0.08270 | -0.7087 | 0.1628 |
第三步:l=2
由于引入了新变量X3,需要对X5重作检验:
对其作F检验,得
不需要剔除,继续考虑引入新变量。
F检验未能通过,变量X4-(Na+)不能引入,回归过程结束。
最终选入的变量为:X5,X3
X3回归系数B=-162596.1 F检验F=18.7985>F0.01(1,14)=8.86
X5回归系数B=4606.67 F检验F=24.3092>F0.01(1,15)=8.68
回归常数B0=316.7884
对方程作检验的
回归方程在α=0.01的水平上都是显著的。
表7、腐蚀失重的回归值和拟合偏差
序号 | 腐蚀失重测量值 | 回归方程拟合值 | 拟合偏差 |
1 | 220 | 298.8937 | -78.8937 |
2 | 365 | 406.2097 | -41.2098 |
3 | 590 | 572.0499 | 17.9500 |
4 | 342 | 290.7704 | 51.2296 |
5 | 582 | 509.4511 | 72.5488 |
6 | 465 | 415.4231 | 49.5769 |
7 | 380 | 411.6209 | -31.6209 |
8 | 285 | 355.2638 | -70.2638 |
9 | 218 | 158.2540 | 59.7460 |
10 | 510 | 576.6566 | -66.6566 |
11 | 422 | 347.6725 | 74.3274 |
12 | 410 | 461.4898 | -51.4898 |
13 | 492 | 430.8652 | 61.1348 |
14 | 400 | 440.0785 | -40.0785 |
15 | 150 | 195.6523 | -45.6523 |
16 | 608 | 567.4433 | 40.5567 |
17 | 250 | 251.2049 | -1.2049 |
腐蚀预测:
95%的预测区间为
99%的预测区间为
预测的相关数据如下:
现测得海南昌江县某地的土壤化学成分:
Ca2+的含量为0.0010%,全氮量的含量为0.053%,代入回归方程求的腐蚀失重为398.34g/m2,昌江县某地:
95%的预测区间为:
99%的预测区间为:
实施例结果表明,本发明采用逐步回归分析方法,分析影响Q235钢土壤腐蚀的主要因素,并建立回归方程,以该回归方程对海南地区Q235钢的腐蚀速率进行预测,具有重现性。
Claims (6)
1.一种预测金属材料土壤腐蚀速率的方法,其特征在于,步骤如下:
(1)以金属材料为试验材料,在需要预测地区选择试验点,依据全国土壤腐蚀试验网站编写的《材料土壤腐蚀试验方法》进行试验,同时检测各试验点的土壤化学成分,试验周期为一年至二年;
(2)试验结束后,将试验材料除锈,样品经干燥称重后,计算腐蚀失重,同时统计各个试验点土壤的化学成分;
(3)采用逐步回归分析的统计方法进行回归分析,建立回归方程:
Y=a+bX2+cX3+...pXn;
其中,a、b、c为回归系数,Y代表材料的腐蚀失重,X2、X3、...Xn代表土壤中不同可溶性离子的百分含量。
3.按照权利要求1所述的预测金属材料土壤腐蚀速率的方法,其特征在于,所述金属材料为Q235钢、低合金钢、铜、铝或锌等金属材料。
4.按照权利要求1所述的预测金属材料土壤腐蚀速率的方法,其特征在于,所述试验点土壤无污染,无杂散电流,无扰动,并且地表有自然植被覆盖。
5.按照权利要求1所述的预测金属材料土壤腐蚀速率的方法,其特征在于,所述试验材料垂直于地面放置,埋藏深度为1米。
6.按照权利要求1所述的预测金属材料土壤腐蚀速率的方法,其特征在于,试验结束后,根据不同的试验材料,选择不同的除锈溶液和除锈方法;同时,用未腐蚀的试样校正除锈液对金属基体的腐蚀。
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2009
- 2009-01-21 CN CN200910010244A patent/CN101782491A/zh active Pending
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