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[技术]

金属和合金的腐蚀大气腐蚀性第2部分：腐蚀等级的指导值 GB /T 19292.2 - 2018

采用标准

ISO 9224 - 2012

金属和合金的腐蚀大气腐蚀性第2部分：腐蚀等级的指导值

术语和定义

● 指导值：腐蚀速率、失重、渗透或其他腐蚀特征，表征了标准金属在指定腐蚀性等级下的大气腐蚀行为。

● 长期腐蚀速率：暴晒1年以上的腐蚀速率。

● 平均腐蚀速率（rav）：金属在大气中暴晒最初10年的平均腐蚀速率。

● 稳态腐蚀速率（rlin）：金属在大气中长期暴晒后的腐蚀速率，不包括初始阶段。

注：在本部分中，暴晒十年后的腐蚀速率被认为是恒定不变的。

长期爆晒后腐蚀损失估算

　金属和合金在户外自然环境中的腐蚀速率随暴晒时间的变化而变化。对于大多数金属和合金来说，由于腐蚀产物在金属表面的积累使得腐蚀速率随着暴晒时间的延长而减小。对于工程应用中的金属和合金的腐蚀过程来说，总的腐蚀失重与暴晒时间的对数成线性关系。这种变化关系表明，总的腐蚀损失D可用单位面积的质量损失或者腐蚀深度来表示，按式（1）计算：

式（1）：D=r_corrt^b

　　暴晒时间超过20年后，尤其在暴晒时间刚超过20年时，大多数情况适用式（1）。然而，估计最大侵蚀量的一种方法是假设暴晒20年时的腐蚀速率是线性的。这种情况下，腐蚀速率可由式（2）计算，总的腐蚀量按式（3）计算：

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—暴晒时间，单位为年[a]；r_corr—根据GB/T 19292.1，第一年的腐蚀速率，单位为克每平方米年[g/(m²·a)]或微米每年[μm/a]；b—金属环境特性参数，通常小于1）。

　　在第一年腐蚀速率值已知或者可通过GB/T 19292.1估算出第一年腐蚀损失的基础上，可使用该方法来预测材料长期暴晒后的腐蚀程度。将数值代人式（1）可计算出腐蚀速率。根据选择或计算合适的金属环境特性参数（b）值。在长期金属损失数值已知时，根据该值直接选择b的数值；在金属详细组成成分未知时，表1中B1值即为金属或合金的b值代人式（1）。

　　B1值为ISO CORRAG大气暴露项目中平板试样长期结果回归分析所得的平均时间指数。

　　注：一定要注意区分式（1）中从暴晒试验得出的金属环境特征时间指数b和ISO CORRAG过程中假设或计算出的广义的b值（B1和B2）。

　　表2中给出函数t^b（高达100年）的值。然而，式（1）对暴露时间超过20年的情况不适用。

　　对长期暴晒后腐蚀损失的上限值进行保守估计十分重要时，式（1）中的b值应该作为整个数据中不确定性的主要影响因子。为此可采用在平均值的基础上添加两倍标准差，以使得数值的置信度达到95%。表1中四种金属b值的标准差为：　　碳钢：0.0260、锌：0.0300、铜：0.0295、铝：0.0395。

　　注：长期暴晒后腐蚀损失上限的保守估计是基于b的不确定性。该估算未考虑GB/T 19292.1中定义的r_corr的不确定性。

　　表1中B2值包含了两倍附加标准差，使用ISO CORRAG项目中平板数据计算腐蚀损失上限值时可能会用到。表2中给出了函数t^b的计算值，暴晒时间不超过100年时，b用B2的值来计算。

表1 用于预测和估算腐蚀损失的时间指数

金属	B1	B2
碳钢	0.523	0.575
锌	0.813	0.873
铜	0.667	0.726
铝	0.728	0.807

表2 函数t^b的计算值

t/a	钢		锌		铜		铝
	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

金属	碳钢		锌		铜		铝
-	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

结构金属腐蚀速率的计算准则

1. 钢

　　钢在空气中暴晒后所形成的锈层对基体的保护作用受到钢中所含合金元素的影响较大。特别是耐候钢，特定合金元素的加入促进基体表面在暴晒过程中形成保护性锈层。其他碳钢和低合金钢由于合金成分不同，在大气中暴露后锈层的保护性差别很大。根据钢的成分可计算腐蚀速率。表1中的碳钢B1和B2由表4给出的组成成分来估算。

表4 用来估算B1、B2值的钢的成分

元素

质量

分数%

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

　　长期暴晒的结果表明，没有受到雨水冲击的缝隙处和遮盖处的实际腐蚀速率要比由式（1）计算出的　　腐蚀速率大。此外，设计用耐候钢或无保护层碳钢应预测到，雨水径流锈沉积到暴露于径流中的表面上，在混凝土、石头、砌体等多孔材料上可能留下永久颜色。抗拉强度约高于1000MPa的钢，由于大气腐蚀使其易发生环境敏感开裂。

2. 锌

　　锌合金在大气中表现出的性能差异较大。表1中B1值从工业纯锌合金试验得到，而其他类型的锌合金在大气暴露中b值较高。电镀锌层、机械镀锌层和热浸镀锌层腐蚀行为各不相同，因而将B1和B2代入式（1）中所得结果并不一定能够准确的预测其性能。锌的腐蚀特别容易受到SO₂的影响，环境中SO₂含量较高（SO₂达到P3级）时，其实际腐蚀速率要高于由式（1）计算得到的腐蚀速率值。这种情况下，最佳做法是假设腐蚀速率和时间呈线性关系，即b值为1。（镀锌防腐问题可参阅 GB/T19355.1)。

3. 铜合金

　　铜合金，如黄铜（铜-锌合金）、青铜（铜-锡合金）、镍黄铜（铜-锌-镍合金）和白铜，在大气中的腐蚀速率和纯铜相近，或者略小于纯铜的腐蚀速率。表1中B1和B2的值均适用于这些材料。含锌量约为20%以上的黄铜在腐蚀性大气中会脱锌。两相黄铜最容易出现此类现象。值得注意的是如果黄铜的应变硬化足够高，铜合金在自然环境中易出现环境开裂。

4. 铝合金

　　铝合金在自然大气环境中既会发生均匀腐蚀又会发生局部腐蚀。因而由以上方法计算得到的腐蚀速率要比实际最大腐蚀速率小很多。此外，含铜或铜锌的高强度时效硬化铝合金会出现剥蚀。高强度铝合金表面电镀合金层可以大幅提高其在大气暴露中的耐蚀性。为防止含铜锌元素高强度时效硬化铝合金发生剥蚀或应力腐蚀开裂，可采用特定的回火处理。特定的关于铝的标准中包含了用于结构、海洋、建筑行业具有较好长期耐蚀性的铝合金。

不同腐蚀等级的大气中长期暴露/暴晒后最大腐蚀损失

表A.1 不同腐蚀等级的大气中长期暴晒后最大腐蚀损失（单位：克/平方米）

金属	腐蚀等级	暴晒时间 a
金属	腐蚀等级	1	2	5	10	15	20
碳钢	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
锌	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
铜	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
铝	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	平均腐蚀速率数据不准确

注：表A1中给出的铝的数据表现为线性增加的均匀腐蚀，事实上，前两年的质量损失增加很快。而氧化膜形成后使铝表面钝化，均匀腐蚀速率降低到较小值。

表A.2 不同腐蚀等级的大气中长期暴晒后最大腐蚀损失（单位：微米）

金属	腐蚀等级	暴晒时间 a
金属	腐蚀等级	1	2	5	10	15	20
碳钢	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
锌	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
铜	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

不同腐蚀等级大气中的初始平均腐蚀速率和某段时间内的稳态腐蚀速率

　　碳钢，锌和铜在不同腐蚀等级的大气中的腐蚀速率指导值r_av，r_lin见表B.1。在一些工程应用中，可能会用到定义在不同腐蚀等级时间间隔内平均腐蚀速率更广义的指导值。10年内的平均腐蚀速率与暴晒的初始阶段有关，而10年后的平均腐蚀速率可看作是稳态腐蚀速率。将腐蚀指导值定义为初始和稳态时间内的平均值，该值的准确性很差。

　　平均腐蚀速率范围的计算是以本部分计算过程为基础，并依据GB/T 19292.1中6种腐蚀等级第一年的腐蚀率。这些数值代表了6种腐蚀等级腐蚀指导值的广义信息。

表B.1 碳钢，锌，和铜在不同腐蚀等级的大气中的腐蚀速率指导值r_av，r_lin（单位：微米每年）

金属	在以下腐蚀等级中最初10年平均腐蚀速率r_av
金属	C1	C2	C3	C4	C5	CX
碳钢	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
锌	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
铜	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
金属	在以下腐蚀等级中用稳态腐蚀速率r_lin当作最初30年平均腐蚀速率
金属	C1	C2	C3	C4	C5	CX
碳钢	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
锌	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
铜	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

根据钢的组成预测其腐蚀损失

　　在钢成分已知或者基于标准、平均成分可以推算组成成分时，式（1）中的b值可以由式（C.1）得出。式（C.1）中0.569是纯铁在三种非海洋大气中暴晒后b的平均值，这个值的标准偏差是0.029。表C中给出了对锈层的形成起重要影响的合金元素的b值。其他的合金元素对锈层的保护作用可能有微小的影响，但并未发现这些元素对锈层的保护作用有普遍影响，因此不包含在此方法内。

　　在海洋大气中，CI^-的沉积降低了锈层的保护性。CI^-的沉积量受到包括与海面的距离，风向，风速，试样表面的放置方向，试样的尺寸，影响空气流通的颗粒及其他影响因子。通过GB/T 19292.3中的氯离子的标定方法可以得到CI^-沉积量的近似值。使用该方法可以得到b值的增量△b和CI^-沉积率S_d之间的关系见式（C.2）。

　　用于建立此方程的数据源于对19种钢暴露在CI^-沉积量不同的九种海洋大气站的研究。式（C.2）计算出的△b值的变异系数（变异系数为△b值除以标准差）为27%。

式（C.1）：b_a=0.569+∑b_iw_i

式（C.2）：△b=0.0845S_d^0.26

式中：

　　ba —合金在非海洋大气中暴晒时的特征参数b；

　　bi —第i个合金元素的影响系数；

　　w_i—第i个合金元素的质量百分比；

　　△b—b值的增量；

　　S_d—CI^-沉积率，单位为毫克每平方米天[mg/(m²·d)］。

表C 式（C.1）中合金元素的系数