鋼鐵防腐蝕材料及方法選擇（轉(zhuǎn)）

中國(guó)科學(xué)院金屬研究所王長(zhǎng)罡在SELF格致論道講壇說(shuō)到：我國(guó)每年因?yàn)楦g而造成的經(jīng)濟(jì)損失，相當(dāng)于兩個(gè)汶川大地震造成的損失。中國(guó)工程院院士柯偉也在《中國(guó)工業(yè)與自然環(huán)境腐蝕調(diào)查》中指出：我國(guó)每年腐蝕總損失可達(dá)4979元以上，約占GDP的5%，分?jǐn)偟矫總€(gè)公民每年要承擔(dān)1555元的經(jīng)濟(jì)負(fù)擔(dān)，其中尤以鋼鐵腐蝕最為突出和明顯，而且體量最大。據(jù)統(tǒng)計(jì)，作為世界上鋼鐵產(chǎn)量最多的國(guó)家，我國(guó)2005年鋼鐵產(chǎn)量為37117.02萬(wàn)噸；而被腐蝕的鋼鐵占到鋼鐵總產(chǎn)量的1/10。因此，避免鋼鐵腐蝕對(duì)國(guó)民經(jīng)濟(jì)的意義重大，控制鋼鐵腐蝕的發(fā)生不僅與國(guó)計(jì)民生息息相關(guān)，也體現(xiàn)著整體科學(xué)技術(shù)的發(fā)展水平。

防腐蝕專家普遍認(rèn)為，如果能夠應(yīng)用當(dāng)代腐蝕與防護(hù)知識(shí)和技術(shù)對(duì)腐蝕進(jìn)行控制，可以將腐蝕造成的損失降低25%-30%,我國(guó)至少可以減少腐蝕損失約1500億元,占GDP的1%―1.5%。如果加強(qiáng)管理，對(duì)腐蝕防護(hù)科學(xué)更加重視，控制技術(shù)會(huì)進(jìn)一步提高，由腐蝕造成的經(jīng)濟(jì)損失將會(huì)更低。對(duì)于金屬鋼鐵來(lái)說(shuō)，就可以避免占總產(chǎn)量1/10的鋼鐵損失，既帶來(lái)巨大的經(jīng)濟(jì)效益；也對(duì)節(jié)能減排，實(shí)現(xiàn)雙碳目標(biāo)具有重大的社會(huì)意義。作為使用頻率最高，應(yīng)用最普遍的通用金屬---鋼鐵，其腐蝕控制，特別是防腐蝕材料選擇及方法備受關(guān)注。金屬防腐蝕防腐雖然很多；但是由于造價(jià)和工藝條件的限制，或者人們宣傳了解不夠，很多防腐蝕方法在實(shí)際工程上得不到普及應(yīng)用。目前工程上應(yīng)用比較多的防腐蝕選材及方法大致有：選用耐蝕材料、有機(jī)涂料覆蓋層保護(hù)、金屬覆蓋層和表面處理、電化學(xué)保護(hù)等等。20世紀(jì)80年代，美國(guó)防腐蝕以耐蝕材料和覆蓋層保護(hù)為主，其防腐蝕投資花費(fèi)耐蝕材料為54.24%，有機(jī)材料4.5%，覆蓋層保護(hù)29%，緩蝕劑保護(hù)3.4%，電化學(xué)保護(hù)4.5%，其他占1%；而中國(guó)和日本采用的防腐蝕方法主要方法是有機(jī)涂料覆蓋層、表面處理及耐蝕材料，顯然，還有許多比較理想的，具有實(shí)用條件的防腐蝕方法未能得到推廣應(yīng)用，也是我們國(guó)家防腐蝕領(lǐng)域今后待以開(kāi)發(fā)和推廣使用的“處女地”。鋼鐵防腐蝕材料選擇及方法經(jīng)常受到造價(jià)因素的影響，例如要求鋼鐵使用壽命常造價(jià)高，反之則短；防腐蝕材料性能及質(zhì)量高造價(jià)高，反之質(zhì)量差的造價(jià)則低；工藝方法與成熟程度復(fù)雜造價(jià)高，反之則造價(jià)低；另外對(duì)于施工環(huán)境施工條件，比較好的造價(jià)比較節(jié)省，相對(duì)差的則浪費(fèi)，造成造價(jià)高。通過(guò)大量的鋼鐵防腐材料及方法選擇案列可以比較，單位面積費(fèi)用按下列順序遞增：緩蝕劑<有機(jī)涂層<無(wú)機(jī)涂層<有機(jī)涂層加陰極保護(hù)<金屬層<金屬（或者是轉(zhuǎn)化膜）加有機(jī)涂料層<包覆層<耐蝕材料<高耐蝕材料。從中可以看出鋼鐵防腐選擇材料及工藝方法，高耐蝕材料造價(jià)比較高，緩蝕劑很低。因此，防腐蝕施工技術(shù)人員可以根據(jù)實(shí)際要求耐腐蝕年限來(lái)確定防腐蝕材料和方法，有時(shí)候也可以將造價(jià)高的和低的材料進(jìn)行復(fù)合使用，綜合各自耐腐蝕性能，既滿足生產(chǎn)正常運(yùn)行需要也降低了整體造價(jià)。比如在選擇高耐蝕材料時(shí)，可以在腐蝕介質(zhì)中添加緩蝕劑，減少腐蝕強(qiáng)度，延長(zhǎng)高耐蝕材料的使用壽命。

鋼鐵作為通用的金屬材料，使用廣泛，體量巨大，是防腐領(lǐng)域最多的保護(hù)對(duì)象?？刂其撹F不被腐蝕歷來(lái)是廣大防腐蝕科技工作者的最為光榮而又艱巨的使命，有目的的消除鋼鐵腐蝕帶來(lái)的危害和損失，只有通過(guò)對(duì)防腐蝕材料的選擇和施工工藝管理及后期維護(hù)，才能真正把占到鋼鐵總產(chǎn)量1/10的腐蝕量降低下來(lái)，乃至一定使用期限內(nèi)不被腐蝕。目前，根據(jù)大量的實(shí)踐應(yīng)用案列和典型的成功經(jīng)驗(yàn)，選擇和使用較為成熟的防腐蝕材料及方法有以下一些種類，可以在防腐蝕設(shè)計(jì)和施工時(shí)選擇參考選用：
一．內(nèi)陸及工業(yè)環(huán)境下鋼結(jié)構(gòu)防腐蝕材料選擇及防腐蝕方法

1.普通大氣（內(nèi)陸大氣，日曬雨淋），案例如電力，通訊鐵塔，支架等，可選擇熱浸，噴涂金屬層（鋅-鋁），無(wú)機(jī)，有機(jī)層及其復(fù)合層。
2.工業(yè)或城市污染大氣（日曬雨淋，酸堿性氣體污染），案列如工礦企業(yè)區(qū)外露設(shè)施，支架，管道等，可選擇熱浸，噴涂金屬層（鋅-鋁，鋁），無(wú)機(jī)，有機(jī)層及其復(fù)合層等。
3.常溫，中溫，高溫的酸堿性氣體（含有硫化氫，二氧化硫，氧化氮，氨氣，氯氣等酸堿性氣體條件下，溫度有室溫，40-150℃，150-400℃，400-900℃）。案列如化工容器，管道，反應(yīng)排放系統(tǒng)，凈化，加熱設(shè)施，爐道等，可選擇耐蝕散熱材料，復(fù)合材料，熱擴(kuò)散，熱浸，噴涂金屬層（鋁，鎳，硅，鈦，鉻）有機(jī)，無(wú)機(jī)覆蓋層及其復(fù)合層。
4.常溫，中溫，高溫的酸堿性液體（氫氧化銨，氫氧化鈉，鹽酸，硝酸，硫酸，磷酸等，溫度<40℃，50-200℃，>200℃），案例如酸堿液儲(chǔ)槽，罐體，化工設(shè)施等，可選擇耐蝕材料，復(fù)合材料，有機(jī)層，包覆金屬，無(wú)機(jī)層，陽(yáng)極保護(hù)等。
5.淡水（河水或者<40℃的常用水），案列如飲水容器，水封槽，水工閘門等，可選擇緩蝕劑，金屬層（鋅，鋅-鋁），有機(jī)無(wú)機(jī)覆蓋層等。
6.高溫淡水（40-100℃高溫水，高溫蒸汽），案例如冷卻水系統(tǒng)管路設(shè)施，城市供熱系統(tǒng)等，可選擇緩蝕劑，金屬層（鋅，鋅-鋁，鋁）有機(jī)，無(wú)機(jī)覆蓋層，耐腐蝕材料，復(fù)合材料等。
7.海淡水（含鹽度低于海水的河口水），案列如河口碼頭，閘門設(shè)施等，可選擇金屬層（鋅，鋅-鋁）有機(jī)無(wú)機(jī)覆蓋層，耐蝕材料，復(fù)合材料等。
8.小于100℃的高純水（去離子水，蒸餾水），案列如高溫鍋爐用水系統(tǒng)等，可以選擇有機(jī)，無(wú)機(jī)覆蓋層，耐蝕材料，復(fù)合材料等。
9.污水（小于60℃酸堿性污泥濁水排放系統(tǒng)）案列如化工廠排放管道，礦井排放管等，可以選擇有機(jī)，無(wú)機(jī)，金屬高強(qiáng)層，耐蝕材料，復(fù)合材料等。
10.高速水（產(chǎn)生磨蝕，空泡腐蝕的高流速淡水或者海水），案列如在海水，河水中船舶的螺旋槳葉，水輪機(jī)葉片等，可以選擇耐空蝕材料，有機(jī)，金屬高強(qiáng)度復(fù)合層等。
11.高潮濕污染大氣（80%-90%濕度，并含有硫化氫，二氧化硫，二氧化氮，氯氣，甲烷等污染氣體），案列如煤礦，天然氣礦井井下設(shè)施，隧道，坑道設(shè)施等，可以選擇金屬有機(jī)復(fù)合層，有機(jī)，無(wú)機(jī)覆蓋層，緩蝕劑等。
二．海洋環(huán)境下鋼結(jié)構(gòu)防腐蝕材料選擇防腐蝕方法

1.海洋大氣區(qū)（高鹽度海洋氣候，風(fēng)吹雨打，強(qiáng)日光照射），案列如海船，鉆井平臺(tái)，浮標(biāo)等的上層建筑和岸邊港工設(shè)施等，可以選擇有有機(jī)，無(wú)機(jī)，金屬覆層（鋅，鋁，鋅-鋁，鎳，銅，鎘）金屬與有機(jī)復(fù)合層，轉(zhuǎn)化膜加有機(jī)層。
2.水線與飛濺區(qū)（高鹽度海洋氣候，海水間浸干濕交替，海浪排擊沖刷，強(qiáng)光日照，海生物附著），案列如海船，鉆井平臺(tái)，浮標(biāo)等的水線上下1-2m部位區(qū)，可以選擇重防腐金屬（鋅-鋁）或有機(jī)層，金屬（鋁，鎳，銅-鎳）或非金屬包覆層，金屬（鋅-鋁）與有機(jī)復(fù)合層等。
3.海水全浸區(qū)（海水浸泡，海流沖刷，海生物附著），案列如海船，鉆井平臺(tái)，浮標(biāo)等水下全浸部位區(qū)，可選擇有機(jī)覆層加陰極保護(hù)，金屬（鋅，鋅-鋁）與有機(jī)復(fù)合層或者加陰極保護(hù)，阻銹混凝土層加陰極保護(hù)等。
4.淺近海底和岸灘土壤（海水和土壤生物基礦物質(zhì)），案列如鉆井平臺(tái)基座，港工設(shè)施基礎(chǔ)等，可以使用覆蓋層加陰極保護(hù)。
5.海上特殊工況（a高濃度海鹽，潮濕，酸堿氣候；b高濃度海鹽氣候，燃燒廢氣和熱溫；c海水油污加振動(dòng)和微熱；d海水和淡水積存處）案列如海船化學(xué)儲(chǔ)艙和電瓶艙內(nèi)；海船燃燒廢氣排煙管道和尾噴口等；海船主機(jī)艙底，油船內(nèi)艙底等；船上壓載艙和淡水艙等，可以選擇a有機(jī)與金屬（鋁，鎳）覆蓋層或包覆層，復(fù)合材料等；b耐蝕材料，復(fù)合材料，金屬（鋁，鋅-鋁，鎳）有機(jī)，無(wú)機(jī)覆蓋層及其復(fù)合層；c耐蝕材料，復(fù)合材料，金屬（鋁，鋅-鋁）有機(jī)，無(wú)機(jī)覆蓋層及其復(fù)合層或者添加緩蝕劑等；d覆蓋層加陰極保護(hù)，阻銹混凝土層，金屬（鋅-鋁，鋅）有機(jī)，無(wú)機(jī)覆蓋層及其復(fù)合層，緩蝕劑等。

通過(guò)以上鋼結(jié)構(gòu)在不同腐蝕環(huán)境下防腐蝕材料及方法的選擇，可以有效的阻止腐蝕的發(fā)生，避免安全隱患帶來(lái)的風(fēng)險(xiǎn)，大大延長(zhǎng)了鋼結(jié)構(gòu)的使用壽命，節(jié)約了大量的資金，并且為實(shí)現(xiàn)“雙碳”目標(biāo)做出了積極的貢獻(xiàn)。防腐蝕技術(shù)工程人員在實(shí)際防腐蝕施工中，科學(xué)謹(jǐn)慎的對(duì)鋼鐵防腐蝕材料及方法選擇，可以將腐蝕造成的損失降低25%-30%,也就是說(shuō)等于GDP增長(zhǎng)將近1500億元。除了上述成熟的鋼結(jié)構(gòu)防腐蝕材料及方法外，具有前瞻性的新技術(shù)新材料應(yīng)用將會(huì)刷新防腐蝕工程技術(shù)人員的觀念，鋼鐵腐蝕帶來(lái)的損失和危害將會(huì)變得更低，甚至最低，從而賦能快速增長(zhǎng)的工業(yè)化進(jìn)程，促進(jìn)防腐蝕材料及方法的飛速發(fā)展，為我國(guó)整體科學(xué)技術(shù)的發(fā)展水平屹立于世界之林打下堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)。