1.3 研究材料腐蚀的重要性

材料腐蚀遍及国民经济的各个领域，冶金、化工、能源、矿山、交通、机械、航空航天、信息及通信、农业、食品、医药、海洋开发和基础设施等行业均会遭受不同程度的腐蚀。

1.3.1 腐蚀的经济损失

1．概述

材料腐蚀导致的设备失效所造成的损失已经成为国民经济的重要损失，为了能够采取优质合理的技术方案减缓腐蚀进程、降低经济损失，从1920年开始，便有专家对腐蚀的经济损失进行估计。尤立格（Uhlig）于1949年估算了美国的腐蚀直接损失为每年55亿美元。1969年霍尔（Hoar）受英国技术部聘任，负责组织调查英国的腐蚀损失和降低措施，1971年提出报告，年腐蚀损失为13.65亿英镑。美国商业部所属的国家标准局（NBS）与巴特勒（Battelle）在科伦巴斯（Columbus）的实验室（BCL）合作，执行国会的指示，于1976年发表的报告中给出美国的腐蚀损失为每年820亿美元，占美国当年国家总产值（GNP））的4.9%。据统计，工业发达国家每年由于金属的腐蚀造成的损失占其全年国民生产总值的4%左右。例如，美国1975年因腐蚀而造成的损失为820亿美元，占其当年国民生产总值的4.9%,1998年腐蚀直接经济损失近1400亿美元（表1-1），年腐蚀总经济损失2800亿美元。日本腐蚀防蚀协会用Uhlig和Hoar两种方法评估了能源、运输、化学、金属、机械、建设工业6个部门1997年/1998年直接腐蚀损失，并用输入/产出方法进行分析。结果表明，用Uhlig和Hoar两种方法估算的直接腐蚀损失为39380亿日元和52580亿日元。

在我国，每年由于腐蚀造成的损失也很大，高达数百亿元。随着工业的发展，如不采取必要的措施，腐蚀所带来的损失将越来越严重，间接损失（如停工减产或对环境的污染等）则更大。所以，减轻腐蚀所带来的危害是国民经济各部门和工矿企业所共同关心的问题。

柯伟院士和曹楚南院士在中国工程院咨询项目《中国工业和自然环境腐蚀问题调查与对策》中，对能源、交通、建筑、机械、化工、基础设施、水利和军事设施等典型的行业和企业的腐蚀损失，用Uhlig方法和Hoar方法所得到的2000年腐蚀损失结果分别为2008亿元和2288亿元。如果包括间接损失，我国每年腐蚀总损失可达5000亿元以上，约占国民生产总值（GNP）的5%。项目报告中提出应像对待医学和环保一样重视腐蚀问题、从国家层面上加强腐蚀管理、进一步制定防腐蚀的国家规划和法律、完善防腐蚀的标准和规范体系以及加强基础研究和腐蚀工程教育的建议。

2．Uhlig估算、Hoar报告及NBS/BCL模型

1）Uhlig估算

美国麻省理工学院的尤立格教授是腐蚀科学的奠基人之一。早在1949年联合国资源保护会上，他就提出美国每年腐蚀经济损失为55亿美元的报告，引起了美国和世界的震惊。他认为腐蚀的经济损失可分为直接的经济损失及间接的经济损失两大类。

直接损失包括更换被腐蚀的结构、机器或其零部件所需的费用，如更换冷凝器管、汽车排气管、锅炉、发动机叶片、金属物顶等所需材料及劳力费用。此外，直接损失还包括如采用不锈钢及耐蚀合金替代碳钢时所引起的增加费用；涂层如热镀锌、电镀镍、油漆等的费用；添加缓蚀剂的费用以及干燥储存金属设备及零部件的费用。

间接损失较难估算，一般包括如下5方面：

（1）停工。例如，炼油厂更换一根腐蚀的钢管只需几百美元，但停工一小时，产值可能损失几万美元。

（2）产品损失。腐蚀管道可导致油、气或水的丧失。

（3）降低产品效率。由于腐蚀产物沉积管内，减小了管的内径，从而需增泵运能力。仅此一项，导致年损失4000万美元。

（4）产品的污染。制造肥皂的工厂由于钢管的腐蚀，可导致成批的产品报废；微量的金属可改变染料的颜色；美国食物及药物局规定，食物中铅不能超过1×10-6质量分数，由于铅的腐蚀，会使这类产品报废。

（5）腐蚀容差设计。由于缺乏恰当的腐蚀速率数据或者缺乏控制腐蚀的措施，为了“安全”，经常对金属构件给予“充裕”的腐蚀容差，增加了管道的壁厚，浪费了材料。且对于一些运动的金属构件，如抽油杆来说，增加了重量将会增加其随后的能耗。

上述间接损失使美国年直接腐蚀损失在55亿美元基础上增加了十几亿美元。

2）Hoar报告

Hoar委员会于1971年向英国技术部提出的报告中，按行业列出1970年英国的腐蚀费用。从统计结果发现：腐蚀损失最多的4个部门依次为运输、海洋、建筑及石化。其总腐蚀占整个腐蚀损失的77.66%。而采用现有的腐蚀防护技术，这4个部门可分别节省损失的28.57%、19.64%、25%及8.33%。此外，在估计腐蚀损失的13.65亿英镑中，若能利用现有的腐蚀防护技术，可节省22.71%。

Hoar报告还指出，腐蚀是石油及化工部门工厂及产品的主要问题，而航空部门由于安全原因，也十分重视腐蚀和防护。但是，在另一些部门，如运输、建筑、海洋部门则认为腐蚀不可避免，在经济上不值得控制，更不值得去管理它。

3）NBS/BCL模型

NBS与BCL合作，在执行美国国会关于调查研究美国腐蚀的年损失时，首先分析了过去这类工作存在的一些局限性，即数据库小、腐蚀费用的有关定义的结构松散、经济分析技术的应用不够。为了克服这些局限性，NBS与BCL两个单位的腐蚀专家与经济学家合作，搜集了足够的工业数据，提出了一个经济模型，从而确定腐蚀的经济效应，相关模型可参见参考文献19。基于该模型的计算结果表明，1975年美国总的腐蚀损失为820亿美元，占国家总产值（GNP）的4.9%；其中约40%的腐蚀费用是可避免的，即可节省的损失约330亿美元；由于技术和经济方面的原因，总腐蚀费用的未确定度为±30%。

1.3.2 腐蚀造成的其他损失

材料腐蚀除造成严重的经济损失外，还会危及人身安全，造成许多灾难性事故，如因腐蚀造成的容器的爆炸，化工设备的突然破坏，飞机、火车、汽车的事故等。腐蚀在耗费宝贵的资源和能源的同时还会引起严重的环境污染问题。腐蚀产生的“三废”及各种有害物质泄漏、排放到大气、土壤、江河及海洋中，破坏了生态平衡，妨碍了国民经济的可持续发展。据统计，每年由于腐蚀可造成10%～20%的金属损失。中国2008年钢铁总产量约5亿吨，按照10%计算，中国一年就有5000万吨钢铁被腐蚀掉了，相当于当年武汉钢铁（集团）公司和鞍本钢铁集团公司二者年产量之和。

因此，研究材料腐蚀与控制，特别是搞好腐蚀控制，掌握现代腐蚀与防护新技术可以促进新技术的发展，节省材料，延长设备使用寿命，节省大量资金，保证安全生产，减少环境污染，获得显著的经济效益，对经济的可持续发展具有极重要的作用。