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大橋被腐蝕的現(xiàn)狀

我們常用鋼鐵般的意志來形容一個人堅強無畏、無堅不摧。但實際上，鋼鐵也會受到“威脅”，而這種威脅就是腐蝕。在日常生活中，人們經(jīng)常可以看到被腐蝕的設施或者工具，比如生銹的管道。

然而，鮮為人知的是，在腐蝕之初，卻很難被人們察覺。“腐蝕本身從微觀而起，如果沒有得到及時糾正，就會由微觀轉(zhuǎn)向宏觀。”中國科學院金屬研究所博士譚季波告訴《中國科學報》記者。

從角度講，腐蝕是材料與周圍環(huán)境（介質(zhì)）之間相互作用，而引起的材料的破壞或變質(zhì)，腐蝕讓材料回到熱力學穩(wěn)定的狀態(tài)，是金屬冶煉的逆過程。如果不及時處理，腐蝕所帶來的不僅是金屬外觀的變化，而且會形成隱患，甚至會釀成大禍。

腐蝕無處不在

時光退回到2013年11月22日凌晨3點，中石化輸油儲運公司濰坊分公司輸油管線由于腐蝕引起破裂泄漏，進而在黃島區(qū)沿海河路和齋堂島路交匯處發(fā)生爆燃，共造成62人死亡、136人受傷，經(jīng)濟損失達7.5億元。

除了油氣輸送管道面臨腐蝕威脅，核電站、高鐵、橋梁等設施上也都曾經(jīng)因為腐蝕出現(xiàn)過事故。

位于美國舊金山的San Mateo-Hayward跨海大橋，處于浪濺區(qū)的預制橫梁因鋼筋銹蝕產(chǎn)生破壞，使用不到20年就必須耗巨資進行修補。“我國在役的許多海洋橋梁、碼頭在建設初期未能進行腐蝕全面控制，投運3～15年之后，一般都會發(fā)生鋼筋銹蝕、混凝土沿筋開裂，有的甚至會提前進入劣化期，導致計算簡圖徹底改變，結(jié)構(gòu)的承載力喪失。”中科院金屬研究所副研究員魏英華表示，對于嚴重腐蝕的結(jié)構(gòu)，目前尚無成熟的修復技術(shù)，即使投入大量資金，其結(jié)果也只是阻止加速腐蝕進程，但橋梁必須降級使用。

如果腐蝕發(fā)生在核電站，則更加危險。位于美國俄亥俄州的戴維斯—貝斯核電站曾經(jīng)在2002年因為嚴重的腐蝕而被迫關(guān)閉長達兩年之久。

除了工程中容易出現(xiàn)腐蝕，日常生活中，腐蝕也無處不在。比如金屬物品“聚會”的廚房，廚具一旦發(fā)生腐蝕，不僅折損使用壽命，而且腐蝕產(chǎn)生的重金屬離子會影響人們的健康。

在戶外，腐蝕產(chǎn)生的重金屬離子污染土壤、植物和水。例如，戶外雕塑、銅屋頂?shù)纫蚋g產(chǎn)生銅、鉛等離子，都會通過雨雪沖蝕到土壤中。有調(diào)查發(fā)現(xiàn)，在瑞典的斯德哥爾摩，每年屋頂釋放的銅就有1.4g/m2。在美國、德國、日本、印度、中國等都有在水中檢測出重金屬離子的證據(jù)。

當然，腐蝕并不完全是壞事。

2009年，一種可降解的鎂合金心血管支架問世，它與普通的金屬支架不同，后者一般會長期存留于血管壁內(nèi)，不利于病變血管的晚期重構(gòu)，但鎂合金心血管支架卻可以在體內(nèi)被腐蝕降解。科學家們還在它的外層，制備了攜帶藥物的可降解聚合物涂層，其在血管病變部位緩慢釋放抑制內(nèi)膜增生的雷帕霉素藥物，達到同步治療作用。

偷走GDP的“賊”

盡管腐蝕可以利用，但是大部分腐蝕帶給人類的都不是利好的消息，甚至當我們振臂高呼GDP連續(xù)上升之時，腐蝕已經(jīng)從中“偷走”了我們的勞動成果。

去年6月1日，中國腐蝕狀況及控制戰(zhàn)略研究重大咨詢項目組在北京發(fā)布階段性研究成果：2014年中國腐蝕總成本超過2萬億元，約占當年國內(nèi)生產(chǎn)總值的3.34%，相當于每個中國人當年承擔1555元的腐蝕成本。

中科院沈陽分院院長、中科院金屬所研究員韓恩厚曾經(jīng)在一次報告中提到，我國的腐蝕問題，44%集中在高速公路、橋梁、建筑等基礎(chǔ)設施領(lǐng)域，石油化工領(lǐng)域則占22%，其他則是交通運輸、能源和機械行業(yè)。

然而，長期以來人們對腐蝕的重視程度不夠。“對于腐蝕，我們做到事前防控，才能限度地減少損失。”譚季波說道。

防腐才是重中之重

為了讓人們重視腐蝕帶來的危害，腐蝕組織（WCO）于2009年確定每年的4月24日為“腐蝕日”。在今年腐蝕日，韓恩厚特意強調(diào)，腐蝕造成環(huán)境污染，直接威脅人們的生活質(zhì)量；腐蝕導致災難性事故，直接威脅人們的安全；腐蝕不斷損害和威脅著中華民族留下的無數(shù)文物瑰寶。他表示，期望通過科普、研究與技術(shù)應用，實現(xiàn)降低損失、降低資源消耗、降低污染30%的目標，同時腐蝕也可以有效利用，服務于人類。

中科院金屬研究所在腐蝕與防護工作上就作出了自己的成績，針對我國具有自主知識產(chǎn)權(quán)的先進百萬千瓦級壓水堆（PWR）核電技術(shù)“華龍一號”“CAP1400”，開展了相應結(jié)構(gòu)材料的高溫高壓水腐蝕基礎(chǔ)數(shù)據(jù)積累；探索了通過改善核電站一回路水化學條件，控制核電結(jié)構(gòu)材料腐蝕的方法。

“現(xiàn)在的核電站關(guān)鍵部件幾乎都在使用以鎳基合金、不銹鋼、低合金鋼、鋯合金為主要的結(jié)構(gòu)材料。”譚季波介紹說，較之前使用的蒸汽發(fā)生器用600合金傳熱管、目前使用的690合金傳熱管在高溫高壓水環(huán)境中更能保持穩(wěn)定狀態(tài)，具有應用前景的800合金傳熱管的高溫高壓水腐蝕性能也正在評價中。

一般來說，腐蝕包括均勻腐蝕、點蝕、應力腐蝕、腐蝕疲勞等。均勻腐蝕也叫全面腐蝕，腐蝕分布整個金屬材料表面；點蝕則是指在金屬表面局部出現(xiàn)縱深發(fā)展的腐蝕小坑，其余區(qū)域不腐蝕或發(fā)生輕微腐蝕。

“點蝕坑的形成，會導致材料表面發(fā)生應力集中，一般點蝕是應力腐蝕、腐蝕疲勞裂紋的優(yōu)先萌生位置，可能對核電關(guān)鍵設備造成嚴重的腐蝕損傷。”譚季波解釋道，應力腐蝕是指敏感材料在腐蝕環(huán)境中，在恒定應力的作用下發(fā)生失效的現(xiàn)象。由于應力腐蝕萌生一直難以預測、應力腐蝕裂紋擴展速率快，可能導致核電關(guān)鍵設備瞬間失效斷裂，產(chǎn)生災難性后果。

那么，如何預測材料應力腐蝕裂紋萌生壽命呢？面對這個全的難題，譚季波表示，無法預測核電站關(guān)鍵設備、部件何時會出現(xiàn)應力腐蝕開裂，因此無法建議核電站針對此進行保養(yǎng)。

“一般來說，核電站會遵循相關(guān)規(guī)定，定期停堆進行維修、保養(yǎng)；但也可能在正常運行過程中，由于核電結(jié)構(gòu)材料腐蝕開裂而被迫停堆；停堆，對核電站造成的經(jīng)濟損失大約為1000萬元。”譚季波說。

鑒于此，研究人員建議，要做到事前防控，才能限度地減少損失。技術(shù)人員要診斷出腐蝕發(fā)生的“病因”。企業(yè)要在生產(chǎn)過程中規(guī)范防腐蝕設計、合理選擇耐蝕材料和防腐蝕方法，才能程度地減少腐蝕帶來的損失或腐蝕事故。當然，在日常生活中，如果人們要是具備腐蝕相關(guān)知識，就能顯著降低腐蝕帶來的損失，同時也會明顯減少重金屬離子的攝入，對健康有利。

《中國科學報》 (2017-05-12 第3版 科普)

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