海洋腐蚀环境对X70腐蚀的影响

一、实验背景

X70管线钢广泛应用于海洋环境中，受到海洋电解质环境的严重腐蚀损失。

图一：管线钢的海洋腐蚀特征

图二：X70管线钢在海水中的腐蚀形貌

图三：不同海洋环境因子对于金属腐蚀的影响权重

二、研究目的与意义

1. 研究不同海水环境要素对X70管线钢的腐蚀影响，有利于掌握海洋环境气候变动对腐蚀损失的影响程度及差异，根据海洋环境腐蚀的季节性和时空性差异合理进行材料选用、材料设计以及材料防护，并寻找对应环境的腐蚀防护方法。

2. 本研究为学生主体的创新探究性课题，内容涉及海洋科学，具有一定的创新性和学科交叉程度，实验完成具有一定的复杂性和挑战性。实验开展过程中，涉及众多基础化学、生物和物理实验操作，以及现场实地的实验技术，对学生具有多学科的知识和技能要求，结合多学科知识展开实验帮助学生深入理解学科知识，学以致用的同时，打破学科界限海洋的重要性，建立学科交叉思维海洋的重要性，培养逻辑理性思维和科学素养。且在实验过程中学习到的实验操作知识对于今后的学习和考试有重要意义。

三、实验内容

1. 天然海水水质环境要素的测定

海水环境要素的测定是开展海洋科学研究一项非常重要的工作，了解海洋物理、化学和生物环境要素，对我们进行腐蚀实验的腐蚀环境因素有充足的认识和了解，也能够在实验开展过程中认识到实验室模拟海洋环境和海洋实际环境之间的差别。海洋物理、化学、生物要素繁多复杂，本实验选择其中具有代表性的水温、透明度、溶解氧含量、化学需氧量、氯度和pH作为测定对象，在实验室条件上容易开展，并且具有一定的实验操作强度。海水环境要素的调查具有对应的国家检测规范和调查规范，在操作过程中，需要同学熟知调查规范过程中的调查步骤和方法，规范操作步骤，养成海洋科学实验的规范意识。

图四：海水水文测定工作现场

2. 运用正交试验探究不同环境要素对X70管线钢腐蚀影响的重要性

正交试验是一种数学方法，目的为研究在多要素互相作用于体系函数输出值的过程中，多要素的影响强度和影响重要性。海洋环境具有复杂多变的性质，是一个复杂的强电解质，离子强度约为0.7，其中包含六中基本的要素，比如13种常量元素、微量元素、溶解气体、营养盐、悬浮颗粒物和有机物。而海洋环境要素比如水文、流速、pH、碱度、盐度、叶绿素含量等均处在不断变化过程当中，具有一定的季节性和时空性。而这些环境要素的变化对于X70钢在海水环境中的腐蚀具有不同程度的影响，优势的影响腐蚀的因素，以及环境腐蚀性最强时候的环境因子水平值得我们研究。本研究聚焦利用正交试验，探究温度、pH和盐度三个因素共同作用的条件下，其因素水平对于腐蚀损失的影响及显著性。在实验开展过程中，学生可以学习正交试验这一规范化和高效化的数学工具，学习正交试验的数据处理方式，以及对于金属腐蚀失重的测定方法，体会不同环境因素的变化对于环境腐蚀的影响程度。

图五：正交试验设计

3. 不同环境要素之间的腐蚀耦合作用与建模

不同环境因素之间并非是孤立的关系，而是存在着不同程度的相互作用的。比如温度的升高，会导致气体溶解度的下降，海水的溶解氧和溶解二氧化碳的浓度均会下降，且由于海水的动力学条件导致的层化会加剧这种气体减少的过程。在实际的海洋环境中，全球变暖气候导致的海水缺氧区的形成便是这一要素关联的最好例证。而全球变暖的源头即过量排放的温室气体在海水中的溶解，也会导致海水物理化学性质的改变，比如大量二氧化碳的融入导致海水的pH下降。因此，在正交试验建立的过程中，我们同样可以观察到不同的海洋环境要素之间的相互影响对于腐蚀的影响，以更深入地了解到海洋环境的时空变化对于腐蚀的影响。同学应建立起不同要素之间相互关联的思想意识，体会腐蚀耦合作用的存在以及其模型化过程，尝试为腐蚀过程建立模型。

4. X70管线钢在天然海水环境中浸样腐蚀的特征

在实际环境进行采水后，可以进行天然海水的腐蚀浸样过程，以研究在天然状态下金属的腐蚀状态，观察其表面的微生物附着情况对于腐蚀的影响，体会海水环境中的化学腐蚀、电化学腐蚀和微生物腐蚀之间的差别和联系。

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