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[技術]

金屬和合金的腐蝕大氣腐蝕性第2部分：腐蝕等級的指導值 GB /T 19292.2 - 2018

采用标準

ISO 9224 - 2012

金屬和合金的腐蝕大氣腐蝕性第2部分：腐蝕等級的指導值

術語和定義

● 指導值：腐蝕速率、失重、滲透或其他腐蝕特征，表征了标準金屬在指定腐蝕性等級下的大氣腐蝕行為。

● 長期腐蝕速率：暴曬1年以上的腐蝕速率。

● 平均腐蝕速率（rav）：金屬在大氣中暴曬最初10年的平均腐蝕速率。

● 穩态腐蝕速率（rlin）：金屬在大氣中長期暴曬後的腐蝕速率，不包括初始階段。

注：在本部分中，暴曬十年後的腐蝕速率被認為是恒定不變的。

長期爆曬後腐蝕損失估算

　金屬和合金在戶外自然環境中的腐蝕速率随暴曬時間的變化而變化。對于大多數金屬和合金來說，由于腐蝕產物在金屬表面的積累使得腐蝕速率随着暴曬時間的延長而減小。對于工程應用中的金屬和合金的腐蝕過程來說，總的腐蝕失重與暴曬時間的對數成線性關系。這種變化關系表明，總的腐蝕損失D可用單位面積的質量損失或者腐蝕深度來表示，按式（1）計算：

式（1）：D=r_corrt^b

　　暴曬時間超過20年後，尤其在暴曬時間剛超過20年時，大多數情況适用式（1）。然而，估計最大侵蝕量的一種方法是假設暴曬20年時的腐蝕速率是線性的。這種情況下，腐蝕速率可由式（2）計算，總的腐蝕量按式（3）計算：

式（2）：dD/dt=br_corr(t)^b-1

式（3）：D(t＞20)=r_corr [20^b+b(20^b-1)(t-20)]
（式中：t—暴曬時間，單位為年[a]；r_corr—根據GB/T 19292.1，第一年的腐蝕速率，單位為克每平方米年[g/(m²·a)]或微米每年[μm/a]；b—金屬環境特性參數，通常小于1）。

　　在第一年腐蝕速率值已知或者可通過GB/T 19292.1估算出第一年腐蝕損失的基礎上，可使用該方法來預測材料長期暴曬後的腐蝕程度。将數值代人式（1）可計算出腐蝕速率。根據選擇或計算合适的金屬環境特性參數（b）值。在長期金屬損失數值已知時，根據該值直接選擇b的數值；在金屬詳細組成成分未知時，表1中B1值即為金屬或合金的b值代人式（1）。

　　B1值為ISO CORRAG大氣暴露項目中平闆試樣長期結果回歸分析所得的平均時間指數。

　　注：一定要注意區分式（1）中從暴曬試驗得出的金屬環境特征時間指數b和ISO CORRAG過程中假設或計算出的廣義的b值（B1和B2）。

　　表2中給出函數t^b（高達100年）的值。然而，式（1）對暴露時間超過20年的情況不适用。

　　對長期暴曬後腐蝕損失的上限值進行保守估計十分重要時，式（1）中的b值應該作為整個數據中不确定性的主要影響因子。為此可采用在平均值的基礎上添加兩倍标準差，以使得數值的置信度達到95%。表1中四種金屬b值的标準差為：　　碳鋼：0.0260、鋅：0.0300、銅：0.0295、鋁：0.0395。

　　注：長期暴曬後腐蝕損失上限的保守估計是基于b的不确定性。該估算未考慮GB/T 19292.1中定義的r_corr的不确定性。

　　表1中B2值包含了兩倍附加标準差，使用ISO CORRAG項目中平闆數據計算腐蝕損失上限值時可能會用到。表2中給出了函數t^b的計算值，暴曬時間不超過100年時，b用B2的值來計算。

表1 用于預測和估算腐蝕損失的時間指數

金屬	B1	B2
碳鋼	0.523	0.575
鋅	0.813	0.873
銅	0.667	0.726
鋁	0.728	0.807

表2 函數t^b的計算值

t/a	鋼		鋅		銅		鋁
	B1	B2	B1	B2	B1	B2	B1	B2
	b=0.523	b=0.575	b=0.813	b=0.873	b=0.667	b=0.726	b=0.728	b=0.807
1	1.000	1.000	1.000	1.000	1.000	1.000	1.000	1.000
2	1.437	1.490	1.757	1.831	1.588	1.654	1.656	1.750
3	1.776	1.881	2.443	2.609	2.081	2.220	2.225	2.427
4	2.065	2.219	3.087	3.354	2.521	2.736	2.743	3.061
5	2.320	2.523	3.701	4.076	2.926	3.217	3.227	3.665
6	2.553	2.802	4.292	4.779	3.304	3.672	3.685	4.246
7	2.767	3.061	4.865	5.467	3.662	4.107	4.123	4.808
8	2.967	3.306	5.423	6.143	4.003	4.525	4.544	5.355
9	3.156	3.537	5.968	6.809	4.330	4.929	4.951	5.889
10	3.334	3.758	6.501	7.464	4.645	5.321	5.346	6.412
11	3.505	3.970	7.025	8.112	4.950	5.702	5.730	6.925
12	3.668	4.174	7.540	8.752	5.246	6.074	6.104	7.428
13	3.825	4.370	8.047	9.386	5.534	6.438	6.471	7.924
14	3.976	4.561	8.547	10.013	5.814	6.793	6.829	8.413
15	4.122	4.745	9.040	10.635	6.088	7.142	7.181	8.894
16	4.263	4.925	9.527	11.251	6.355	7.485	7.527	9.370
17	4.401	5.099	10.008	11.863	6.618	7.822	7.866	9.839
18	4.534	5.270	10.484	12.470	6.875	8.153	8.200	10.304
19	4.664	5.436	10.955	13.072	7.127	8.480	8.530	10.764
20	4.791	5.599	11.422	13.671	7.375	8.801	8.854	11.218
25	5.384	6.365	13.694	16.611	8.559	10.349	10.416	13.432
30	5.923	7.069	15.882	19.477	9.666	11.814	11.814	15.561
35	6.420	7.724	18.002	22.283	10.713	13.213	13.307	17.622
40	6.885	8.340	20.067	25.038	11.710	14.558	14.666	19.627
45	7.322	8.925	22.083	27.749	12.668	15.857	15.979	21.585
50	7.737	9.482	24.058	30.423	13.590	17.118	17.252	23.500
60	8.511	10.530	27.902	35.672	15.347	19.541	19.701	27.225
70	9.225	11.506	31.627	40.810	17.009	21.855	22.041	30.831
80	9.893	12.424	35.254	45.856	18.593	24.079	24.291	34.339
90	10.521	13.295	38.797	50.822	20.113	26.229	26.466	37.764
100	11.117	14.125	42.267	55.719	21.577	28.314	28.576	41.115

表3 b(20^b-1)的值

金屬	碳鋼		鋅		銅		鋁
-	B1	B2	B1	B2	B1	B2	B1	B2
b	0.523	0.575	0.813	0.873	0.667	0.726	0.728	0.807
20^b	4.791	5.559	11.422	13.671	7.375	8.803	8.854	11.218
b(20^b-1)	0.125	0.161	0.464	0.597	0.246	0.320	0.321	0.453

結構金屬腐蝕速率的計算準則

1. 鋼

　　鋼在空氣中暴曬後所形成的鏽層對基體的保護作用受到鋼中所含合金元素的影響較大。特别是耐候鋼，特定合金元素的加入促進基體表面在暴曬過程中形成保護性鏽層。其他碳鋼和低合金鋼由于合金成分不同，在大氣中暴露後鏽層的保護性差别很大。根據鋼的成分可計算腐蝕速率。表1中的碳鋼B1和B2由表4給出的組成成分來估算。

表4 用來估算B1、B2值的鋼的成分

元素

質量

分數%

0.056

0.060

0.012

0.013

0.02

0.01

0.04

0.03

0.01

0.02

0.005

0.004

0.39

　　長期暴曬的結果表明，沒有受到雨水沖擊的縫隙處和遮蓋處的實際腐蝕速率要比由式（1）計算出的　　腐蝕速率大。此外，設計用耐候鋼或無保護層碳鋼應預測到，雨水徑流鏽沉積到暴露于徑流中的表面上，在混凝土、石頭、砌體等多孔材料上可能留下永久顏色。抗拉強度約高于1000MPa的鋼，由于大氣腐蝕使其易發生環境敏感開裂。

2. 鋅

　　鋅合金在大氣中表現出的性能差異較大。表1中B1值從工業純鋅合金試驗得到，而其他類型的鋅合金在大氣暴露中b值較高。電鍍鋅層、機械鍍鋅層和熱浸鍍鋅層腐蝕行為各不相同，因而将B1和B2代入式（1）中所得結果并不一定能夠準确的預測其性能。鋅的腐蝕特别容易受到SO₂的影響，環境中SO₂含量較高（SO₂達到P3級）時，其實際腐蝕速率要高于由式（1）計算得到的腐蝕速率值。這種情況下，最佳做法是假設腐蝕速率和時間呈線性關系，即b值為1。（鍍鋅防腐問題可參閱 GB/T19355.1)。

3. 銅合金

　　銅合金，如黃銅（銅-鋅合金）、青銅（銅-錫合金）、鎳黃銅（銅-鋅-鎳合金）和白銅，在大氣中的腐蝕速率和純銅相近，或者略小于純銅的腐蝕速率。表1中B1和B2的值均适用于這些材料。含鋅量約為20%以上的黃銅在腐蝕性大氣中會脫鋅。兩相黃銅最容易出現此類現象。值得注意的是如果黃銅的應變硬化足夠高，銅合金在自然環境中易出現環境開裂。

4. 鋁合金

　　鋁合金在自然大氣環境中既會發生均勻腐蝕又會發生局部腐蝕。因而由以上方法計算得到的腐蝕速率要比實際最大腐蝕速率小很多。此外，含銅或銅鋅的高強度時效硬化鋁合金會出現剝蝕。高強度鋁合金表面電鍍合金層可以大幅提高其在大氣暴露中的耐蝕性。為防止含銅鋅元素高強度時效硬化鋁合金發生剝蝕或應力腐蝕開裂，可采用特定的回火處理。特定的關于鋁的标準中包含了用于結構、海洋、建築行業具有較好長期耐蝕性的鋁合金。

不同腐蝕等級的大氣中長期暴露/暴曬後最大腐蝕損失

表A.1 不同腐蝕等級的大氣中長期暴曬後最大腐蝕損失（單位：克/平方米）

金屬	腐蝕等級	暴曬時間 a
金屬	腐蝕等級	1	2	5	10	15	20
碳鋼	C1	10	14	23	33	41	48
	C2	200	287	464	668	824	958
	C3	400	575	928	1334	1649	1916
	C4	650	934	1508	2167	2679	3114
	C5	1500	2155	3480	5001	6183	7186
	CX	5500	7904	12760	18337	22671	26390
鋅	C1	0.7	1.2	2.6	4.6	6.3	8
	C2	5	9	18	32	45	57
	C3	15	26	56	97	136	171
	C4	30	53	111	195	271	343
	C5	60	105	222	390	542	625
	CX	180	316	666	1170	1627	2056
銅	C1	0.9	1.4	2.6	4.2	5.5	6.6
	C2	5	8	20	23	30	37
	C3	12	19	35	56	73	88
	C4	25	40	73	116	152	184
	C5	50	79	146	232	304	368
	CX	90	143	263	418	548	664
鋁	C1	忽略
	C2	0.6	1	1.9	3.2	4.4	5.3
	C3	2	3	6	11	14	18
	C4	5	8	16	28	36	44
	C5	10	17	32	54	72	88
	CX	平均腐蝕速率數據不準确

注：表A1中給出的鋁的數據表現為線性增加的均勻腐蝕，事實上，前兩年的質量損失增加很快。而氧化膜形成後使鋁表面鈍化，均勻腐蝕速率降低到較小值。

表A.2 不同腐蝕等級的大氣中長期暴曬後最大腐蝕損失（單位：微米）

金屬	腐蝕等級	暴曬時間 a
金屬	腐蝕等級	1	2	5	10	15	20
碳鋼	C1	1.3	1.9	3	4.3	5.4	6.2
	C2	25	36	58	83	103	120
	C3	50	72	116	167	206	240
	C4	80	115	186	267	330	383
	C5	200	287	464	667	824	958
	CX	700	1006	1624	2334	2885	3354
鋅	C1	0.1	0.2	0.4	0.6	0.9	1.1
	C2	0.7	1.2	2.6	4.5	6.3	8
	C3	2.1	3.7	7.8	13.6	19	24
	C4	4.2	7.4	15.5	27.3	38	48
	C5	8.4	14.3	31.1	54.6	75.9	95.9
	CX	25	44	93	162	226	286
銅	C1	0.1	0.2	0.3	0.5	0.6	0.7
	C2	0.6	1	1.8	2.8	3.6	4.4
	C3	1.3	2.1	3.8	6	7.9	9.6
	C4	2.8	4.4	8.2	13	17	20.6
	C5	5.6	8.9	16.4	26	34.1	41.3
	CX	10	16	29	46	61	74

不同腐蝕等級大氣中的初始平均腐蝕速率和某段時間内的穩态腐蝕速率

　　碳鋼，鋅和銅在不同腐蝕等級的大氣中的腐蝕速率指導值r_av，r_lin見表B.1。在一些工程應用中，可能會用到定義在不同腐蝕等級時間間隔内平均腐蝕速率更廣義的指導值。10年内的平均腐蝕速率與暴曬的初始階段有關，而10年後的平均腐蝕速率可看作是穩态腐蝕速率。将腐蝕指導值定義為初始和穩态時間内的平均值，該值的準确性很差。

　　平均腐蝕速率範圍的計算是以本部分計算過程為基礎，并依據GB/T 19292.1中6種腐蝕等級第一年的腐蝕率。這些數值代表了6種腐蝕等級腐蝕指導值的廣義信息。

表B.1 碳鋼，鋅，和銅在不同腐蝕等級的大氣中的腐蝕速率指導值r_av，r_lin（單位：微米每年）

金屬	在以下腐蝕等級中最初10年平均腐蝕速率r_av
金屬	C1	C2	C3	C4	C5	CX
碳鋼	r_av≤0.4	0.4＜r_av≤8.3	8.3＜r_av≤17	17＜r_av≤27	27＜r_av≤67	67＜r_av≤233
鋅	r_av≤0.07	0.07＜r_av≤0.5	0.5＜r_av≤1.4	1.4＜r_av≤2.7	2.7＜r_av≤5.5	5.5＜r_av≤16
銅	r_av≤0.05	0.05＜r_av≤0.3	0.3＜r_av≤0.6	0.6＜r_av≤1.3	1.3＜r_av≤2.6	2.6＜r_av≤4.6
金屬	在以下腐蝕等級中用穩态腐蝕速率r_lin當作最初30年平均腐蝕速率
金屬	C1	C2	C3	C4	C5	CX
碳鋼	r_lin≤0.3	0.3＜r_lin≤4.9	4.9＜r_lin≤10	10＜r_lin≤16	16＜r_lin≤39	39＜r_lin≤138
鋅	r_lin≤0.05	0.05＜r_lin≤0.4	0.4＜r_lin≤1.1	1.1＜r_lin≤2.2	2.2＜r_lin≤4.4	4.4＜r_lin≤13
銅	r_lin≤0.03	0.03＜r_lin≤0.2	0.2＜r_lin≤0.4	0.4＜r_lin≤0.9	0.9＜r_lin≤1.8	1.8＜r_lin≤3.2

根據鋼的組成預測其腐蝕損失

　　在鋼成分已知或者基于标準、平均成分可以推算組成成分時，式（1）中的b值可以由式（C.1）得出。式（C.1）中0.569是純鐵在三種非海洋大氣中暴曬後b的平均值，這個值的标準偏差是0.029。表C中給出了對鏽層的形成起重要影響的合金元素的b值。其他的合金元素對鏽層的保護作用可能有微小的影響，但并未發現這些元素對鏽層的保護作用有普遍影響，因此不包含在此方法内。

　　在海洋大氣中，CI^-的沉積降低了鏽層的保護性。CI^-的沉積量受到包括與海面的距離，風向，風速，試樣表面的放置方向，試樣的尺寸，影響空氣流通的顆粒及其他影響因子。通過GB/T 19292.3中的氯離子的标定方法可以得到CI^-沉積量的近似值。使用該方法可以得到b值的增量△b和CI^-沉積率S_d之間的關系見式（C.2）。

　　用于建立此方程的數據源于對19種鋼暴露在CI^-沉積量不同的九種海洋大氣站的研究。式（C.2）計算出的△b值的變異系數（變異系數為△b值除以标準差）為27%。

式（C.1）：b_a=0.569+∑b_iw_i

式（C.2）：△b=0.0845S_d^0.26

式中：

　　ba —合金在非海洋大氣中暴曬時的特征參數b；

　　bi —第i個合金元素的影響系數；

　　w_i—第i個合金元素的質量百分比；

　　△b—b值的增量；

　　S_d—CI^-沉積率，單位為毫克每平方米天[mg/(m²·d)］。

表C 式（C.1）中合金元素的系數