随着中国经济的高速发展,电力需求日益增长,使得电网运行的重要组成部分——输电杆塔用量激增。输电杆塔服役于自然环境中,可能会由于发生大气腐蚀而导致杆塔材料提前破坏与失效从而直接影响输电网络的安全与高效运行。南方电网地域辽阔(包括广东、广西、贵州、云南和海南五省),气候潮湿,环境类型复杂(包括工业大气环境、海洋大气环境、城市大气环境、农村大气环境),各地区大气腐蚀风险不同。目前,南方电网区域非常缺少对整个区域内不同大气环境下腐蚀行为的研究与材料腐蚀数据的积累,特别是缺少能直观体现南网区域大气腐蚀风险的大气腐蚀等级图的研究与绘制。为了绘制南网区域的大气腐蚀等级图,本文首先收集和分析了 99个现场暴露试验点的腐蚀速率数据,并收集了 246个大气环境监测站的大气环境数据。然后通过函数模型的设计与筛选,得到了适用于南网区域的剂量响应函数,建立起环境数据与大气腐蚀速率的定量关系。最后,在充分考虑了工业污染源和海洋对大气腐蚀影响的前提下,利用ArcGIS地理信息系统软件,采用其中的克里金空间插值算法使已知腐蚀数据点形成连续表面,绘制得到了比较符合实际状况的南方电网区域大气腐蚀等级图。同时,对在三个不同环境的大气腐蚀试验站(广州试验站、西双版纳试验站、万宁试验站)投放的三种不同材料(Q235、Q345和镀锌钢)的两年现场暴露试样进行了大气腐蚀行为研究,包括腐蚀失重测量与计算、腐蚀产物与形貌分析等。全文主要得到如下研究结果:根据ISO 9223标准对南网18个城市共99个现场暴露试验点的Q235钢腐蚀速率数据进行大气腐蚀等级划分。结果显示,处于C2等级有28个;处于C3等级有67个,处于C4等级有3个,处于C5等级只有1个。99个暴露试验点的大气腐蚀性主要为轻微和中度。收集了南网78个城市的246个环境监测站点的环境数据,包括温度(T)、相对湿度(RH)、二氧化硫浓度(S02)、二氧化氮浓度(NO2)、臭氧浓度(O3)和PM10浓度(PM10)共6个环境因素。不同的环境因素在南网区域空间分布上有明显差异,这是造成南网不同区域内腐蚀风险不同的原因。基于现场暴露试验的腐蚀速率结果和环境监测站的环境数据,通过对不同函数模型进行回归分析再对结果进行检验,从中筛选出最佳的剂量响应函数。DRF4函数中采用的环境因素包括温度、相对湿度、二氧化硫、二氧化氮和臭氧,函数拟合优度(R2)达到了 0.90,被确定为最适用于计算南网地区大气腐蚀速率的剂量响应函数。DRF4具体表达式为:ln(rcorr)=0.4 · ln(S02)+0.24 · ln(N02)+0.847 · ln(03)+0.394 · ln(T)+3.14 · ln(Rh)-14.939。该函数建立了南网地区大气腐蚀速率与环境因子之间的定量关系,使得环境数据通过函数转化为对应的大气腐蚀速率。暴露试验腐蚀速率结果显示,工业污染源和海洋会加速材料的腐蚀,因此在绘制大气腐蚀图的过程中,必须对海洋和工业污染源影响的区域进行特殊处理,在腐蚀底图的原有腐蚀量上叠加相应的腐蚀量。利用ArcGIS地理信息系统软件,采用克里金空间插值算法,在充分考虑工业污染源和海洋对大气腐蚀影响的前提下,首次绘制出覆盖面积超过100万平方公里的南方电网区域大气腐蚀等级图。为了更好地区分和显示南网不同地区大气腐蚀性的差异,在ISO 9223等级划分的基础上对C3等级进行了细分。南方电网区域大气腐蚀等级图显示,整体大气腐蚀性以C2和C3(C3(A)、C3(B))等级为主,处于C4及以上等级的区域非常少,基本都呈条带状沿海岸线分布。虽然高腐蚀等级区域所占比例很少,但是腐蚀风险非常高,对于该区域服役的材料需要采取特殊防护措施。三个大气腐蚀试验站的现场暴露试验结果表明,万宁站大气腐蚀最严重,其次是广州站,最后是西双版纳站。三种材料中镀锌钢耐蚀性最好,其次是Q235,最后是Q345。Q235和Q345两种碳钢的腐蚀产物均为γ-FeOOH、α-FeOOH和Fe3O4,镀锌钢的主要腐蚀产物是ZnO和少量Zn5(OH)6(CO3)2和Zn(OH)2。万宁站的镀锌钢腐蚀产物出现了Zn5(OH)8Cl2H20,这是海洋氯离子与Zn(OH)2反应所致。Q235和Q345的锈层结构疏松多孔,锈层表面有裂纹,不能保护基体避免进一步腐蚀。镀锌钢的表面平整度远好于碳钢,腐蚀产物致密;镀锌层的存在对碳钢基材有很好的保护,但是在有氯离子环境下还是会受到腐蚀破坏。腐蚀动力学曲线表明,万宁站的碳钢在第二年发生明显的腐蚀加速现象,广州站和西双版纳站的材料均符合幂函数规律,出现了腐蚀减弱、进入稳定区的趋势。碳钢疏松多孔的锈层结构成为氯离子的富集场所,使氯离子能源源不断进入基体,使碳钢的大气腐蚀变成了不断纵深然后向两边扩散的一种三维腐蚀形式,这是万宁站后期腐蚀加速的主要原因。