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 ISO 9224 - 2012

3 術語和定義

本文件采用 ISO 8044 中的術語和定義，以及以下定義：

3.1 腐蝕指導值

腐蝕速率、質量損失、腐蝕深度或其他腐蝕特性，用于表示給定腐蝕性類别的大氣環境對标準金屬的預期腐蝕作用。

3.2 長期暴露後腐蝕速率

暴露時間超過一年的腐蝕速率。

3.3 平均腐蝕速率

 金屬在大氣中暴露前 10 年的年平均腐蝕速率。

3.4 穩态腐蝕速率

 金屬長期大氣暴露後的年腐蝕速率（不含初始階段）。

注：本标準中，暴露 10 年後的腐蝕速率視為恒定值。

4 原理

金屬和合金在自然室外大氣中的腐蝕速率随暴露時間變化而變化。對于大多數金屬及合金，由于暴露表面腐蝕產物的積累，其腐蝕速率随時間延長而降低。當以對數坐标繪制總腐蝕損傷與暴露時間的關系時，工程金屬及合金的腐蝕進程通常呈線性關系。該關系表明，總腐蝕侵蝕量 D（以單位面積質量損失或腐蝕深度表示）可表示為：

式中：

•  — 暴露時間（年）；
•  — 第一年的腐蝕速率（單位：  或  ，符合 ISO 9223）；
•  — 金屬 - 環境特定時間指數（通常小于 1）。

5 長期暴露後腐蝕侵蝕的預測

當第一年的腐蝕侵蝕程度已知，或可通過 ISO 9223 中的方法估算，且需要預測長期暴露後的腐蝕侵蝕程度時，應采用本程序。

腐蝕侵蝕預測通過将數值代入公式（1）計算得出。

需根據第 7 條選擇或計算合适的  值。若有長期金屬損耗數據，使用該數據中的  值。若金屬詳細成分未知，針對相關金屬或合金，從表 2 中選擇 B1 值，該值将用于公式（1）。

B1 值取自對 ISO CORRAG 大氣暴露計劃中平闆長期試驗結果進行回歸分析得到的平均時間指數 [1]。

注：必須區分從暴露數據估算出的、公式（1）中針對特定金屬 - 環境的時間指數 ，以及從 ISO CORRAG 計劃中假定或計算得出的、作為通用  值的 B1 和 B2 值。

表 3 給出了時間長達 100 年、采用 B1 指數的   函數值，以簡化計算。不過，公式（1）可能不适用于 20 年以上的暴露情況（關于長期暴露的讨論見下文第 7 條）。

在需要估算長期暴露後腐蝕侵蝕保守上限的情況下，為考慮數據中的不确定性，公式（1）中使用的 b 值應增大。一種方法是在平均值基礎上加兩個标準差，以得到 95% 置信區間上限的值。對于表 2 中所示的四種金屬，b 值的标準差 [1] 如下：

• 碳鋼：0.026 0
• 鋅：0.030 0
• 銅：0.029 5
• 鋁：0.039 5

注：長期暴露後腐蝕侵蝕保守上限的估算基于 b 值的不确定性。此估算未考慮 ISO 9223 中定義的   的不确定性。

表 2 中的 B2 值已包含增加的兩個标準差，當使用 ISO CORRAG 計劃的平闆數據且期望得到腐蝕侵蝕上限時，可使用該值。表 3 還給出了使用 B2 作為  值、時間長達 100 年的   函數計算值（關于 20 年以上的暴露情況，見第 7 條）。

附錄 A 給出了 ISO 9223 中涵蓋的标準金屬在六種腐蝕類别下暴露長達 20 年的最大腐蝕侵蝕量。這些計算使用了表 2 中給出的時間指數。

6 結構金屬腐蝕速率計算的具體标準

6.1 鋼

鋼在大氣暴露中鏽層的保護性受鋼中合金元素的影響極大。特别是耐候鋼，通過添加特定合金元素，可促進暴露過程中保護性鏽層的形成。其他碳鋼和低合金鋼在大氣暴露中的性能因具體合金成分不同而存在顯著差異。關于鋼成分的腐蝕速率計算程序見 附錄 C。
表 2 中的 B1 和 B2 值是針對表  中所述成分的碳鋼估算得出的。

表 1 - 用于估算 B1 和 B2 值的鋼成分

在長期暴露情況下，未受雨水沖刷的縫隙和遮蔽區域所遭受的腐蝕損傷明顯高于公式（1）的預測值。此外，采用耐候鋼或未防護碳鋼的設計應考慮到，雨水徑流會在受沖刷的表面留下鏽迹沉積，可能對混凝土、石材、磚石和其他多孔材料造成永久性污染。

經硬化處理後抗拉強度超過約 1000 MPa 的鋼材，可能因大氣腐蝕引發環境輔助開裂。

6.2 鋅材料

鋅合金的大氣腐蝕性能也存在顯著差異。表 2 中的 B1 值基于商用純鋅合金獲得，但其他鋅合金在大氣暴露中表現出更高的 b 值 [3]。電鍍鋅塗層、機械鍍鋅塗層和熱浸鍍鋅塗層均有獨特的腐蝕行為，使用公式（1）結合 B1 或 B2 值可能無法準确預測其性能。鋅材料對二氧化硫侵蝕尤為敏感，在高濃度二氧化硫（P3 範圍）環境中，其腐蝕速率可能高于公式（1）的預測值。在此類情況下，保守做法是假設腐蝕速率與時間呈線性關系，即 b 值取 1.0。
注：關于鋅塗層用于腐蝕防護的更多信息，參見 ISO 14713-1。

6.3 銅合金

銅合金（如黃銅（銅鋅合金）、青銅（銅錫合金）、鎳銀（含鋅和鎳的銅合金）和白銅）的大氣腐蝕速率與純銅相近或略低 [4][5]。表 2 中的 B1 和 B2 值适用于所有此類材料。鋅含量超過約 20% 的黃銅在強腐蝕性大氣中可能發生脫鋅腐蝕，兩相黃銅對此類腐蝕最為敏感。此外需注意，應變硬化銅合金若硬化程度足夠高，可能在自然大氣中發生環境開裂。

6.4 鋁合金

鋁合金在自然大氣中會同時發生均勻腐蝕和局部腐蝕，因此上述方法計算的腐蝕損傷可能嚴重低估實際最大腐蝕深度。此外，含大量銅或銅鋅的高強度時效硬化合金可能發生剝落腐蝕。在高強度合金表面包覆一層電偶保護合金的鋁制品，通常在大氣暴露中具有顯著改善的耐腐蝕性。針對含較高銅鋅含量的高強度時效硬化合金，已開發出特定的回火工藝以防止剝落或應力腐蝕開裂。用于結構、海洋和建築應用的具有良好長期耐腐蝕性能的鋁合金，在特定鋁标準中有詳細規定。

7 長期暴露

對于本國際标準涵蓋的金屬，公式（1）已被證實适用于最長 20 年的暴露時長。然而，公式（1）基于以下事實：腐蝕產物層在暴露過程中厚度和保護程度會增加。在超過 20 年的某個時間點，腐蝕產物層會趨于穩定，此時腐蝕速率将與時間呈線性關系，因為金屬損失速率與腐蝕產物層的損失速率相等。遺憾的是，目前尚無實驗數據表明這一轉變的具體時間，也沒有預測該時間點的方法。在大多數情況下，使用公式（1）預測超過 20 年的腐蝕情況可能是合理的，尤其是當暴露時間遠超 20 年時。
然而，若要估算最大腐蝕侵蝕量，可假設暴露 20 年後腐蝕速率變為線性。此時，腐蝕速率可通過公式（2）計算：

則總腐蝕侵蝕量為：

表 4 列出了表 2 中各  值對應的   項數值。對于超過 20 年的暴露時間，公式 (3) 比公式 (1) 給出的腐蝕侵蝕估算值更大，但在需要估算最大腐蝕侵蝕量的情況下，公式 (3) 是合理的。

表 2 - 預測和估算腐蝕侵蝕的時間指數值

表 4 -   的值

附錄 A（資料性附錄）

針對不同腐蝕性類别的長期暴露後最大腐蝕侵蝕示例

ISO 9223 給出了四種标準金屬在暴露于六種腐蝕性類别的大氣環境一年後的腐蝕侵蝕範圍。本附錄将這些侵蝕數值擴展到不同的暴露時長，以展示長期暴露的影響。在此使用 B1 時間指數，因為它代表了最可能出現的值。表 A.1 提供了以每平方米克數（(g/m^{2})）為單位的質量損失值，而表 A.2 給出了以穿透深度（微米，(\mu m)）為單位的結果。表 A.2 中不包括鋁，因為鋁合金通過點蝕機制發生腐蝕。長期戶外暴露表明，蝕坑深度在前兩年增長相對較快，但在後續幾年中幾乎不再進一步增大。

表 A.1 - 不同腐蝕性類别下長期暴露的最大腐蝕侵蝕量

腐蝕侵蝕量數值（單位：克每平方米 ）

注：表中鋁的數據顯示為線性增長的均勻腐蝕。實際上，在前兩年質量損失增長相對較快。由于氧化層的形成，表面發生鈍化，均勻腐蝕速率降低至較低數值。

表 A.2 - 不同腐蝕性類别下長期暴露的最大腐蝕侵蝕量

腐蝕侵蝕量數值的單位是微米（μm）