專利名稱：：一種預(yù)測金屬材料大氣腐蝕速率的方法
技術(shù)領(lǐng)域：
：本發(fā)明涉及大氣腐蝕的腐蝕預(yù)測技術(shù)，具體為一種預(yù)測金屬材料大氣腐蝕速率的方法，主要應(yīng)用于區(qū)域性碳鋼、低合金鋼、銅、鋁、鋅或其他金屬材料的大氣腐蝕性預(yù)測研
背景技術(shù)：
：我國開展大氣腐蝕研究三十多年，也做了大量的試驗(yàn)工作，相對于我國遼闊的地域，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)行暴露腐蝕試驗(yàn)，影響金屬材料腐蝕的因素很多。在無污染或環(huán)境污染較輕的環(huán)境下，主要影響因素有相對溫度、相對濕度、降雨量(或降雨時數(shù))、日照時間等。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試驗(yàn)點(diǎn)，不但試驗(yàn)點(diǎn)數(shù)量少，并且每個試驗(yàn)點(diǎn)的氣候環(huán)境和污染環(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)測金屬材料大氣腐蝕速率的方法，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)測金屬材料大氣腐蝕速率的方法，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)IS0/DIS8565-1987《金屬和合金戶外大氣腐蝕試驗(yàn)的一般規(guī)則》進(jìn)行自然暴露試驗(yàn)，同時監(jiān)測各試驗(yàn)點(diǎn)的氣象因素，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，同時統(tǒng)計(jì)各個試驗(yàn)點(diǎn)的氣象數(shù)據(jù)；(3)采用多元線性回歸分析的統(tǒng)計(jì)方法進(jìn)行回歸分析，建立回歸方程Y=a+bXi+cX^dXfeXffXs其中，a、b、c、d、e、f為回歸系數(shù)，Y代表鋼的腐蝕失重，X工代表平均溫度，X2代表相對濕度，X3代表相對濕度>80%的時數(shù)，X4代表日照時數(shù)，X5代表降雨量。所述的預(yù)測金屬材料大氣腐蝕速率的方法，在沒有環(huán)境污染的條件下，影響金屬材料腐蝕的主要因素有平均溫度、相對濕度、相對濕度>80%的時數(shù)、日照時數(shù)和表降雨所述的預(yù)測金屬材料大氣腐蝕速率的方法，以該回歸方程可以對海南地區(qū)或者氣候條件與之相近地區(qū)的大氣腐蝕速率進(jìn)行預(yù)測。所述金屬材料為Q235鋼、低合金鋼、銅、鋁、鋅或其他金屬材料。所述試驗(yàn)材料固定在金屬架上，試驗(yàn)材料與金屬架通過絕緣處理，防止縫隙腐蝕的發(fā)生。所述試驗(yàn)材料面朝正南，與水平面呈45°角，懸掛在距地面3米高處。3所述試驗(yàn)結(jié)束后，針對不同的試驗(yàn)材料，采用不同的除銹溶液和試驗(yàn)條件進(jìn)行清洗腐蝕產(chǎn)物，同時用未腐蝕的鋼樣校正除銹液對鋼基體的腐蝕。本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)及有益效果如下1、金屬材料在自然環(huán)境下的暴露腐蝕試驗(yàn)，是研究金屬大氣腐蝕最常用的試驗(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)防腐工程設(shè)計(jì)的理論基礎(chǔ)。但是，受到大氣自然暴露試驗(yàn)周期很長的制約，不能立即知道某地的腐蝕狀況。因此有針對性地選擇試驗(yàn)地點(diǎn)進(jìn)行腐蝕試驗(yàn)，通過對整個區(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。通過檢測某地的環(huán)境因素或者采用歷史數(shù)據(jù)就可以預(yù)測某地的腐蝕數(shù)據(jù)。2、本發(fā)明第一次對區(qū)域性的大氣腐蝕速率進(jìn)行了預(yù)測，并提供了范例。同以往僅能對單一地點(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。3、本發(fā)明通過多元線性回歸分析，氣象因素中的平均溫度、相對濕度、相對濕度大于80X時數(shù)、日照時數(shù)和降水量五個參數(shù)，與Q235鋼的腐蝕失重有相關(guān)性，在a=0.05的水平上都是顯著的。4、一個地區(qū)的氣象因素通常在一定的范圍內(nèi)波動，該波動范圍一般較小。只要知道海南地區(qū)某地的氣象因素，通過回歸方程就可以對該地的Q235鋼的腐蝕速率進(jìn)行預(yù)測。多元線性回歸分析的原理假設(shè)對變量y禾PXl、x2.....xp，收集了n組獨(dú)立觀測值(xal、xa2.....xap，ya)，a=1，2，…，n，(1.1)假定它們之間有如下關(guān)系ya=P0+elXal+.+Ppxap+ea，a=1，2，，n，(1.2)其中，|3。，1^，...，~是。+1個待估參數(shù)，^，^，...，、是。個可以精確測量或可控制的一般變量的第a組觀測值，^，h，...，、是n個相互獨(dú)立的隨機(jī)變量，且E(ea)=0，D=(ea)=o2，a=1，2，，n;這就是多元線性回歸的數(shù)學(xué)模型。根據(jù)給出的n組觀測值(1.l)，采用最小二乘法求出(1.2)中參數(shù)P。，！^，...，Pp的估計(jì)A，A，...，A;從而，可以獲得p元線性回歸方程J)=A+Ax,+在x2&xp(1.3)要求在，a，…，》能使00。'A'…，a^=2](j。-A-A、r…-a^)2，<formula>formulaseeoriginaldocumentpage4</formula>其中，_^=在+Axw+…+Ax^經(jīng)整理，得即《<formula>formulaseeoriginaldocumentpage4</formula>組的解》al/4+lXalA+…+》。1/^=》。'凡'(")從(1.4)中第一式可得將(1.5)代入(1.4)的后p個式子，并經(jīng)整理后知A，AA是下列方禾'王乂「"i^+/12/2+...+/iPA=/iy'/2lA+/22A+...+/2PA=/2y,(1.6)A后代入(1.5)，可求得在，其中從(1.6)求得A，A，…，》ai,i=1，2，，p，歹,二丄I]少a，X丄i，j=l，2，...，p，(1.7)i=1，2，.，p。(1.8)由上述公式可知，求P元線回歸方程中系數(shù)的步驟如下1、計(jì)算各變量之和;&'，i=4，2，…，P，2、計(jì)算各變量之平均值《，i=l，2，...，p，3、計(jì)算各變量的平方和及變量間的乘積和》ai》aj，i，j=l，2，…，P;》ai》a，i=l，2，4、按公式計(jì)算(1.7)、(1.8)，計(jì)算I".,liy，i，j5、解方程組(1.6)，得A，A，…，式；6、按公式(1.5)計(jì)算戍。P;1，2，P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年的大氣腐蝕性調(diào)查。在20個市縣設(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%)c<table>tableseeoriginaldocumentpage6</column></row><table><table>tableseeoriginaldocumentpage7</column></row><table>分析各個試驗(yàn)點(diǎn)的氣象數(shù)據(jù)與腐蝕失重的相關(guān)關(guān)系，采用多元線性回歸的統(tǒng)計(jì)分析方法，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海南地區(qū)或者氣候條件相近地區(qū)Q235鋼的腐蝕速率進(jìn)行腐蝕預(yù)測。氣象因素對Q235鋼腐蝕失重(第一年)影響的回歸過程1、計(jì)算各變量的平均值(見表3)表3、所有變量的平均值<table>tableseeoriginaldocumentpage7</column></row><table>第一列為回歸方程中所有變量的序號，第二列為各個變量的平均值。L(矩陣)表4、回歸系數(shù)矩陣<table>tableseeoriginaldocumentpage8</column></row><table>INVERSOFL(逆矩陣)表5、回歸系數(shù)的逆矩陣<table>tableseeoriginaldocumentpage8</column></row><table>回歸系數(shù)B丄=5.4510;B2=2.8536;B3=0.0402;B4=-0.00701;B5=-0.01839;B0=-293.6729?；貧w方程:Y=-293.6729+5.4510X^2.8536X2+0.0402X3_0.00701X4_0.01839X5總的平方和SO=3026.871，回歸平方和SR=2861.22，剩余平方和SE=165.6506;復(fù)相關(guān)系數(shù)R=0.97225，S估計(jì)SGM=3.5696;對方程作檢驗(yàn)的F比F=44.9088;FI(l)=13.17865>F001(l，13)=9.07;FI(2)=54.4332>F0.01(1，13)=9.07;FI(3)=9.5393>F0.01(1，13)=9.07;FI(4)=5.1022>F,(l，13)=4.67;FI(5)=45.7070>F0.01(1，13)=9.07;五個變量在a=0.05的水平上都是顯著的。表6腐蝕失重的回歸值和擬合偏差<table>tableseeoriginaldocumentpage9</column></row><table>本實(shí)施例中，腐蝕預(yù)測原理及相關(guān)數(shù)據(jù)如下給出Xl、x2.....Xp的一組值xQ1、x。2.....x加，可以求出對應(yīng)的E(y。)的估計(jì)值<formula>formulaseeoriginaldocumentpage10</formula>當(dāng)n較大，x。j與^(j=1，2，...，P)較接近時，可用下式求得j)。的預(yù)測區(qū)間(近似的)95%的預(yù)測區(qū)間為(夕。-2》，j)。+2纟)；99%的預(yù)測區(qū)間為(》。-3纟，j)。+3纟)；其中，腐蝕預(yù)測相關(guān)數(shù)據(jù)如下上述回歸方程的標(biāo)準(zhǔn)差》=3.5696;現(xiàn)測得瓊海大氣腐蝕實(shí)驗(yàn)站的氣象數(shù)據(jù)如下年平均溫度24.5°C;相對濕度86%;相對濕度>80時數(shù)6314小時；年降雨量1881mm;年日照時數(shù)2116小時。由回歸方程求得瓊海Q235鋼腐蝕失重的估計(jì)值是j)=58.936295%的預(yù)測區(qū)間為(58.9362-2X3.5696,58.9632+2X3.5696)=(51.7970，66.0754);實(shí)測瓊海實(shí)驗(yàn)站Q235鋼的腐蝕失重是65.05，與預(yù)測值十分接近。注氣象數(shù)據(jù)的檢測點(diǎn)與腐蝕實(shí)驗(yàn)站點(diǎn)不是同一地點(diǎn)。實(shí)施例結(jié)果表明，本發(fā)明采用多元線性回歸分析方法，分析影響Q235鋼腐蝕的主要因素，并建立回歸方程，以該回歸方程對海南地區(qū)Q235鋼的腐蝕速率進(jìn)行預(yù)測，具有重現(xiàn)性。采用該方法，可以預(yù)測各種鋼在各種區(qū)域環(huán)境中的大氣腐蝕。10權(quán)利要求一種預(yù)測金屬材料大氣腐蝕速率的方法，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)ISO/DIS8565-1987《金屬和合金戶外大氣腐蝕試驗(yàn)的一般規(guī)則》進(jìn)行自然暴露試驗(yàn)，同時監(jiān)測各試驗(yàn)點(diǎn)的氣象因素，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，同時統(tǒng)計(jì)各個試驗(yàn)點(diǎn)的氣象數(shù)據(jù)；(3)采用多元線性回歸分析的統(tǒng)計(jì)方法進(jìn)行回歸分析，建立回歸方程Y＝a+bX1+cX2+dX3-eX4-fX5其中，a、b、c、d、e、f為回歸系數(shù)，Y代表鋼的腐蝕失重，X1代表平均溫度，X2代表相對濕度，X3代表相對濕度＞80％的時數(shù)，X4代表日照時數(shù)，X5代表降雨量。2.按照權(quán)利要求1所述的預(yù)測金屬材料大氣腐蝕速率的方法，其特征在于，在沒有環(huán)境污染的條件下，影響金屬材料腐蝕的主要因素有平均溫度、相對濕度、相對濕度>80%的時數(shù)、日照時數(shù)和表降雨量。3.按照權(quán)利要求1所述的預(yù)測金屬材料大氣腐蝕速率的方法，其特征在于，以該回歸方程可以對海南地區(qū)或者氣候條件與之相近地區(qū)的大氣腐蝕速率進(jìn)行預(yù)測。4.按照權(quán)利要求1所述的預(yù)測金屬材料大氣腐蝕速率的方法，其特征在于，所述金屬材料為Q235鋼、低合金鋼、銅、鋁、鋅或其他金屬材料。5.按照權(quán)利要求1所述的預(yù)測金屬材料大氣腐蝕速率的方法，其特征在于，所述試驗(yàn)材料固定在金屬架上，試驗(yàn)材料與金屬架通過絕緣處理，防止縫隙腐蝕的發(fā)生。6.按照權(quán)利要求1所述的預(yù)測金屬材料大氣腐蝕速率的方法，其特征在于，所述試驗(yàn)材料面朝正南，與水平面呈45°角，懸掛在距地面3米高處。7.按照權(quán)利要求1所述的預(yù)測金屬材料大氣腐蝕速率的方法，其特征在于，所述試驗(yàn)結(jié)束后，針對不同的試驗(yàn)材料，采用不同的除銹溶液和試驗(yàn)條件進(jìn)行清洗腐蝕產(chǎn)物，同時用未腐蝕的鋼樣校正除銹液對鋼基體的腐蝕。全文摘要本發(fā)明涉及大氣腐蝕的腐蝕預(yù)測技術(shù)，具體為一種預(yù)測金屬材料大氣腐蝕速率的方法，主要應(yīng)用于區(qū)域性碳鋼的大氣腐蝕性預(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)ISO/DIS8565-1987《金屬和合金戶外大氣腐蝕試驗(yàn)的一般規(guī)則》進(jìn)行自然暴露試驗(yàn)，同時監(jiān)測各試驗(yàn)點(diǎn)的氣象因素，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，同時統(tǒng)計(jì)各個試驗(yàn)點(diǎn)的氣象數(shù)據(jù)；采用多元線性回歸分析的統(tǒng)計(jì)方法進(jìn)行回歸分析，建立回歸方程，以該回歸方程對需要預(yù)測地區(qū)的大氣腐蝕速率進(jìn)行預(yù)測。本發(fā)明具有重現(xiàn)性，采用該方法可以預(yù)測各種鋼在各種區(qū)域環(huán)境中的大氣腐蝕。文檔編號G01N5/04GK101782499SQ20091001024公開日2010年7月21日申請日期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,韓薇申請人:中國科學(xué)院金屬研究所