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 ISO 9224 - 2012

3 术语和定义

本文件采用 ISO 8044 中的术语和定义，以及以下定义：

3.1 腐蚀指导值

腐蚀速率、质量损失、腐蚀深度或其他腐蚀特性，用于表示给定腐蚀性类别的大气环境对标准金属的预期腐蚀作用。

3.2 长期暴露后腐蚀速率

暴露时间超过一年的腐蚀速率。

3.3 平均腐蚀速率

 金属在大气中暴露前 10 年的年平均腐蚀速率。

3.4 稳态腐蚀速率

 金属长期大气暴露后的年腐蚀速率（不含初始阶段）。

注：本标准中，暴露 10 年后的腐蚀速率视为恒定值。

4 原理

金属和合金在自然室外大气中的腐蚀速率随暴露时间变化而变化。对于大多数金属及合金，由于暴露表面腐蚀产物的积累，其腐蚀速率随时间延长而降低。当以对数坐标绘制总腐蚀损伤与暴露时间的关系时，工程金属及合金的腐蚀进程通常呈线性关系。该关系表明，总腐蚀侵蚀量 D（以单位面积质量损失或腐蚀深度表示）可表示为：

式中：

•  — 暴露时间（年）；
•  — 第一年的腐蚀速率（单位：  或  ，符合 ISO 9223）；
•  — 金属 - 环境特定时间指数（通常小于 1）。

5 长期暴露后腐蚀侵蚀的预测

当第一年的腐蚀侵蚀程度已知，或可通过 ISO 9223 中的方法估算，且需要预测长期暴露后的腐蚀侵蚀程度时，应采用本程序。

腐蚀侵蚀预测通过将数值代入公式（1）计算得出。

需根据第 7 条选择或计算合适的  值。若有长期金属损耗数据，使用该数据中的  值。若金属详细成分未知，针对相关金属或合金，从表 2 中选择 B1 值，该值将用于公式（1）。

B1 值取自对 ISO CORRAG 大气暴露计划中平板长期试验结果进行回归分析得到的平均时间指数 [1]。

注：必须区分从暴露数据估算出的、公式（1）中针对特定金属 - 环境的时间指数 ，以及从 ISO CORRAG 计划中假定或计算得出的、作为通用  值的 B1 和 B2 值。

表 3 给出了时间长达 100 年、采用 B1 指数的   函数值，以简化计算。不过，公式（1）可能不适用于 20 年以上的暴露情况（关于长期暴露的讨论见下文第 7 条）。

在需要估算长期暴露后腐蚀侵蚀保守上限的情况下，为考虑数据中的不确定性，公式（1）中使用的 b 值应增大。一种方法是在平均值基础上加两个标准差，以得到 95% 置信区间上限的值。对于表 2 中所示的四种金属，b 值的标准差 [1] 如下：

• 碳钢：0.026 0
• 锌：0.030 0
• 铜：0.029 5
• 铝：0.039 5

注：长期暴露后腐蚀侵蚀保守上限的估算基于 b 值的不确定性。此估算未考虑 ISO 9223 中定义的   的不确定性。

表 2 中的 B2 值已包含增加的两个标准差，当使用 ISO CORRAG 计划的平板数据且期望得到腐蚀侵蚀上限时，可使用该值。表 3 还给出了使用 B2 作为  值、时间长达 100 年的   函数计算值（关于 20 年以上的暴露情况，见第 7 条）。

附录 A 给出了 ISO 9223 中涵盖的标准金属在六种腐蚀类别下暴露长达 20 年的最大腐蚀侵蚀量。这些计算使用了表 2 中给出的时间指数。

6 结构金属腐蚀速率计算的具体标准

6.1 钢

钢在大气暴露中锈层的保护性受钢中合金元素的影响极大。特别是耐候钢，通过添加特定合金元素，可促进暴露过程中保护性锈层的形成。其他碳钢和低合金钢在大气暴露中的性能因具体合金成分不同而存在显著差异。关于钢成分的腐蚀速率计算程序见 附录 C。
表 2 中的 B1 和 B2 值是针对表  中所述成分的碳钢估算得出的。

表 1 - 用于估算 B1 和 B2 值的钢成分

在长期暴露情况下，未受雨水冲刷的缝隙和遮蔽区域所遭受的腐蚀损伤明显高于公式（1）的预测值。此外，采用耐候钢或未防护碳钢的设计应考虑到，雨水径流会在受冲刷的表面留下锈迹沉积，可能对混凝土、石材、砖石和其他多孔材料造成永久性污染。

经硬化处理后抗拉强度超过约 1000 MPa 的钢材，可能因大气腐蚀引发环境辅助开裂。

6.2 锌材料

锌合金的大气腐蚀性能也存在显著差异。表 2 中的 B1 值基于商用纯锌合金获得，但其他锌合金在大气暴露中表现出更高的 b 值 [3]。电镀锌涂层、机械镀锌涂层和热浸镀锌涂层均有独特的腐蚀行为，使用公式（1）结合 B1 或 B2 值可能无法准确预测其性能。锌材料对二氧化硫侵蚀尤为敏感，在高浓度二氧化硫（P3 范围）环境中，其腐蚀速率可能高于公式（1）的预测值。在此类情况下，保守做法是假设腐蚀速率与时间呈线性关系，即 b 值取 1.0。
注：关于锌涂层用于腐蚀防护的更多信息，参见 ISO 14713-1。

6.3 铜合金

铜合金（如黄铜（铜锌合金）、青铜（铜锡合金）、镍银（含锌和镍的铜合金）和白铜）的大气腐蚀速率与纯铜相近或略低 [4][5]。表 2 中的 B1 和 B2 值适用于所有此类材料。锌含量超过约 20% 的黄铜在强腐蚀性大气中可能发生脱锌腐蚀，两相黄铜对此类腐蚀最为敏感。此外需注意，应变硬化铜合金若硬化程度足够高，可能在自然大气中发生环境开裂。

6.4 铝合金

铝合金在自然大气中会同时发生均匀腐蚀和局部腐蚀，因此上述方法计算的腐蚀损伤可能严重低估实际最大腐蚀深度。此外，含大量铜或铜锌的高强度时效硬化合金可能发生剥落腐蚀。在高强度合金表面包覆一层电偶保护合金的铝制品，通常在大气暴露中具有显著改善的耐腐蚀性。针对含较高铜锌含量的高强度时效硬化合金，已开发出特定的回火工艺以防止剥落或应力腐蚀开裂。用于结构、海洋和建筑应用的具有良好长期耐腐蚀性能的铝合金，在特定铝标准中有详细规定。

7 长期暴露

对于本国际标准涵盖的金属，公式（1）已被证实适用于最长 20 年的暴露时长。然而，公式（1）基于以下事实：腐蚀产物层在暴露过程中厚度和保护程度会增加。在超过 20 年的某个时间点，腐蚀产物层会趋于稳定，此时腐蚀速率将与时间呈线性关系，因为金属损失速率与腐蚀产物层的损失速率相等。遗憾的是，目前尚无实验数据表明这一转变的具体时间，也没有预测该时间点的方法。在大多数情况下，使用公式（1）预测超过 20 年的腐蚀情况可能是合理的，尤其是当暴露时间远超 20 年时。
然而，若要估算最大腐蚀侵蚀量，可假设暴露 20 年后腐蚀速率变为线性。此时，腐蚀速率可通过公式（2）计算：

则总腐蚀侵蚀量为：

表 4 列出了表 2 中各  值对应的   项数值。对于超过 20 年的暴露时间，公式 (3) 比公式 (1) 给出的腐蚀侵蚀估算值更大，但在需要估算最大腐蚀侵蚀量的情况下，公式 (3) 是合理的。

表 2 - 预测和估算腐蚀侵蚀的时间指数值

表 4 -   的值

附录 A（资料性附录）

针对不同腐蚀性类别的长期暴露后最大腐蚀侵蚀示例

ISO 9223 给出了四种标准金属在暴露于六种腐蚀性类别的大气环境一年后的腐蚀侵蚀范围。本附录将这些侵蚀数值扩展到不同的暴露时长，以展示长期暴露的影响。在此使用 B1 时间指数，因为它代表了最可能出现的值。表 A.1 提供了以每平方米克数（(g/m^{2})）为单位的质量损失值，而表 A.2 给出了以穿透深度（微米，(\mu m)）为单位的结果。表 A.2 中不包括铝，因为铝合金通过点蚀机制发生腐蚀。长期户外暴露表明，蚀坑深度在前两年增长相对较快，但在后续几年中几乎不再进一步增大。

表 A.1 - 不同腐蚀性类别下长期暴露的最大腐蚀侵蚀量

腐蚀侵蚀量数值（单位：克每平方米 ）

注：表中铝的数据显示为线性增长的均匀腐蚀。实际上，在前两年质量损失增长相对较快。由于氧化层的形成，表面发生钝化，均匀腐蚀速率降低至较低数值。

表 A.2 - 不同腐蚀性类别下长期暴露的最大腐蚀侵蚀量

腐蚀侵蚀量数值的单位是微米（μm）