1.3 研究材料腐蝕的重要性

材料腐蝕遍及國民經濟的各個領域，冶金、化工、能源、礦山、交通、機械、航空航天、信息及通信、農業、食品、醫藥、海洋開發和基礎設施等行業均會遭受不同程度的腐蝕。

1.3.1 腐蝕的經濟損失

1．概述

材料腐蝕導致的設備失效所造成的損失已經成為國民經濟的重要損失，為了能夠采取優質合理的技術方案減緩腐蝕進程、降低經濟損失，從1920年開始，便有專家對腐蝕的經濟損失進行估計。尤立格（Uhlig）于1949年估算了美國的腐蝕直接損失為每年55億美元。1969年霍爾（Hoar）受英國技術部聘任，負責組織調查英國的腐蝕損失和降低措施，1971年提出報告，年腐蝕損失為13.65億英鎊。美國商業部所屬的國家標準局（NBS）與巴特勒（Battelle）在科倫巴斯（Columbus）的實驗室（BCL）合作，執行國會的指示，于1976年發表的報告中給出美國的腐蝕損失為每年820億美元，占美國當年國家總產值（GNP））的4.9%。據統計，工業發達國家每年由于金屬的腐蝕造成的損失占其全年國民生產總值的4%左右。例如，美國1975年因腐蝕而造成的損失為820億美元，占其當年國民生產總值的4.9%,1998年腐蝕直接經濟損失近1400億美元（表1-1），年腐蝕總經濟損失2800億美元。日本腐蝕防蝕協會用Uhlig和Hoar兩種方法評估了能源、運輸、化學、金屬、機械、建設工業6個部門1997年/1998年直接腐蝕損失，并用輸入/產出方法進行分析。結果表明，用Uhlig和Hoar兩種方法估算的直接腐蝕損失為39380億日元和52580億日元。

在我國，每年由于腐蝕造成的損失也很大，高達數百億元。隨著工業的發展，如不采取必要的措施，腐蝕所帶來的損失將越來越嚴重，間接損失（如停工減產或對環境的污染等）則更大。所以，減輕腐蝕所帶來的危害是國民經濟各部門和工礦企業所共同關心的問題。

柯偉院士和曹楚南院士在中國工程院咨詢項目《中國工業和自然環境腐蝕問題調查與對策》中，對能源、交通、建筑、機械、化工、基礎設施、水利和軍事設施等典型的行業和企業的腐蝕損失，用Uhlig方法和Hoar方法所得到的2000年腐蝕損失結果分別為2008億元和2288億元。如果包括間接損失，我國每年腐蝕總損失可達5000億元以上，約占國民生產總值（GNP）的5%。項目報告中提出應像對待醫學和環保一樣重視腐蝕問題、從國家層面上加強腐蝕管理、進一步制定防腐蝕的國家規劃和法律、完善防腐蝕的標準和規范體系以及加強基礎研究和腐蝕工程教育的建議。

2．Uhlig估算、Hoar報告及NBS/BCL模型

1）Uhlig估算

美國麻省理工學院的尤立格教授是腐蝕科學的奠基人之一。早在1949年聯合國資源保護會上，他就提出美國每年腐蝕經濟損失為55億美元的報告，引起了美國和世界的震驚。他認為腐蝕的經濟損失可分為直接的經濟損失及間接的經濟損失兩大類。

直接損失包括更換被腐蝕的結構、機器或其零部件所需的費用，如更換冷凝器管、汽車排氣管、鍋爐、發動機葉片、金屬物頂等所需材料及勞力費用。此外，直接損失還包括如采用不銹鋼及耐蝕合金替代碳鋼時所引起的增加費用；涂層如熱鍍鋅、電鍍鎳、油漆等的費用；添加緩蝕劑的費用以及干燥儲存金屬設備及零部件的費用。

間接損失較難估算，一般包括如下5方面：

（1）停工。例如，煉油廠更換一根腐蝕的鋼管只需幾百美元，但停工一小時，產值可能損失幾萬美元。

（2）產品損失。腐蝕管道可導致油、氣或水的喪失。

（3）降低產品效率。由于腐蝕產物沉積管內，減小了管的內徑，從而需增泵運能力。僅此一項，導致年損失4000萬美元。

（4）產品的污染。制造肥皂的工廠由于鋼管的腐蝕，可導致成批的產品報廢；微量的金屬可改變染料的顏色；美國食物及藥物局規定，食物中鉛不能超過1×10-6質量分數，由于鉛的腐蝕，會使這類產品報廢。

（5）腐蝕容差設計。由于缺乏恰當的腐蝕速率數據或者缺乏控制腐蝕的措施，為了“安全”，經常對金屬構件給予“充?！钡母g容差，增加了管道的壁厚，浪費了材料。且對于一些運動的金屬構件，如抽油桿來說，增加了重量將會增加其隨后的能耗。

上述間接損失使美國年直接腐蝕損失在55億美元基礎上增加了十幾億美元。

2）Hoar報告

Hoar委員會于1971年向英國技術部提出的報告中，按行業列出1970年英國的腐蝕費用。從統計結果發現：腐蝕損失最多的4個部門依次為運輸、海洋、建筑及石化。其總腐蝕占整個腐蝕損失的77.66%。而采用現有的腐蝕防護技術，這4個部門可分別節省損失的28.57%、19.64%、25%及8.33%。此外，在估計腐蝕損失的13.65億英鎊中，若能利用現有的腐蝕防護技術，可節省22.71%。

Hoar報告還指出，腐蝕是石油及化工部門工廠及產品的主要問題，而航空部門由于安全原因，也十分重視腐蝕和防護。但是，在另一些部門，如運輸、建筑、海洋部門則認為腐蝕不可避免，在經濟上不值得控制，更不值得去管理它。

3）NBS/BCL模型

NBS與BCL合作，在執行美國國會關于調查研究美國腐蝕的年損失時，首先分析了過去這類工作存在的一些局限性，即數據庫小、腐蝕費用的有關定義的結構松散、經濟分析技術的應用不夠。為了克服這些局限性，NBS與BCL兩個單位的腐蝕專家與經濟學家合作，搜集了足夠的工業數據，提出了一個經濟模型，從而確定腐蝕的經濟效應，相關模型可參見參考文獻19?；谠撃Ｐ偷挠嬎憬Y果表明，1975年美國總的腐蝕損失為820億美元，占國家總產值（GNP）的4.9%；其中約40%的腐蝕費用是可避免的，即可節省的損失約330億美元；由于技術和經濟方面的原因，總腐蝕費用的未確定度為±30%。

1.3.2 腐蝕造成的其他損失

材料腐蝕除造成嚴重的經濟損失外，還會危及人身安全，造成許多災難性事故，如因腐蝕造成的容器的爆炸，化工設備的突然破壞，飛機、火車、汽車的事故等。腐蝕在耗費寶貴的資源和能源的同時還會引起嚴重的環境污染問題。腐蝕產生的“三廢”及各種有害物質泄漏、排放到大氣、土壤、江河及海洋中，破壞了生態平衡，妨礙了國民經濟的可持續發展。據統計，每年由于腐蝕可造成10%～20%的金屬損失。中國2008年鋼鐵總產量約5億噸，按照10%計算，中國一年就有5000萬噸鋼鐵被腐蝕掉了，相當于當年武漢鋼鐵（集團）公司和鞍本鋼鐵集團公司二者年產量之和。

因此，研究材料腐蝕與控制，特別是搞好腐蝕控制，掌握現代腐蝕與防護新技術可以促進新技術的發展，節省材料，延長設備使用壽命，節省大量資金，保證安全生產，減少環境污染，獲得顯著的經濟效益，對經濟的可持續發展具有極重要的作用。