ISO 9224大氣腐蝕性等級的指導值標準更新解讀

孫飛龍，蔣荃，劉婷婷，劉玉軍，趙春芝，馬麗萍，鄭雪穎

（1. 中國建材檢驗認證集團股份有限公司，北京 100024； 2. 國家綠色建材重點實驗室，北京 100024）

引言

國際標準化組織制定了ISO 9223-9226大氣腐蝕性分級標準。ISO 9223標準規定了兩種大氣環境腐蝕性分級分類的方法，將大氣腐蝕性分為6級：C1、C2、C3、C4、C5和CX[1]。ISO 9224標準規定了腐蝕性等級的腐蝕特征和指導值，給出了標準結構材料的腐蝕速率[2-3]。指導值是基于大量現場暴曬和使用結果中獲得的，隨著近20年大氣環境腐蝕數據的逐漸積累和相關研究的進展，國際標準化組織在2012年更新了ISO 9224標準。與ISO 9224-1992相比，ISO 9224-2012進行了技術性修改。本文即是對ISO 9224-2012標準的技術更新進行解讀，旨在分析ISO 9224-2012標準對腐蝕性等級的指導值和腐蝕預測方法的改進之處。

1 大氣腐蝕性等級指導值

隨著材料的大氣環境腐蝕數據的積累和相關研究的進展[4-7]，ISO 9223-2012將大氣腐蝕性分為6類，在ISO 9223-1992前5類的基礎上增加了一級CX：應用于特定海洋和海洋/工業環境[1]。同時，ISO 9224-2012也相應地更新了材料在不同腐蝕等級的大氣中的腐蝕速率的指導值，如表1所示。主要變化有三：一是增加了碳鋼、鋅和銅在CX級大氣環境中的腐蝕速率的指導值；二是對碳鋼、鋅和銅在C1-C5級大氣環境中的腐蝕速率的指導值作了修改；三是刪除了耐候鋼和鋁在不同腐蝕等級的大氣中的腐蝕速率的指導值。刪除鋁的腐蝕速率指導值主要是因為鋁在大氣環境中主要發生的是局部腐蝕，尤其在腐蝕等級高的大氣環境中；而表1中數據是基于平均失重結果，因此，在此表中給出鋁的腐蝕速率的指導值是不合適的。刪除耐候鋼的腐蝕速率指導值是由于耐候鋼在大氣中的耐腐蝕性能與添加的合金元素密切相關，對其在不同腐蝕等級的大氣中的腐蝕速率的討論見第2節。

2 腐蝕速率預測

2.1 腐蝕速率預測公式

ISO 9224-2012標準更新的一個重要部分便是對材料在大氣環境中的腐蝕速率的預測展開了論述。金屬及其合金在大氣中的腐蝕速率會隨著暴露時間變化。由于表面腐蝕產物的積累，大多數金屬及其合金的腐蝕速率會隨暴露時間的延長而降低。研究表明腐蝕速率與暴露時間通常存在以下關系：

其中，t為暴露時間，年表示，rcorr為第一年的腐蝕速率，用g/m2·a或μm/a表示，b為金屬-環境特定時間指數，通常小于1。

應用材料在大氣環境中的長期腐蝕速率可以計算式（1）中方程的時間指數b。ISO CORRAG大氣暴露計劃對大量材料在全球多地進行了長期暴露試驗。通過對數據的回歸分析，計算了金屬-環境特定時間指數b，并對同種材料得到的b值取平均值記為B1，如表2所示。從而可以應用式（1）結合表2中的數據對材料的腐蝕速率進行預測。標準在附錄A中展示了按照ISO 9223-2012中材料在六個等級的大氣環境中一年的腐蝕速率范圍計算的碳鋼、鋅、銅和鋁四種金屬材料在六級大氣中的最大腐蝕速率。表2中B2值為B1加上兩倍的標準偏差，用于計算腐蝕速率的上限。

2.2 長期（＞20a）暴露腐蝕速率預測公式

研究表明，式（1）適用于金屬在大氣環境中暴露小于20年時的腐蝕速率預測。但當暴露時間大于20年時，腐蝕產物的生長往往趨于穩定，腐蝕速率將與時間呈線性。因此，金屬的腐蝕速率可用下式計算：

2.3 合金元素和Cl-對b值的影響

鋼表面的銹層對基體的保護性很大程度上受到添加合金元素的影響。添加不同的合金元素會使鋼的耐大氣腐蝕性能發生極大變化，促進其在暴露周期內形成保護性更好的銹層。ISO 9224-2012標準在附錄C中闡述了考慮鋼中合金成分時腐蝕速率的計算過程。合金元素對時間指數ba的影響可表示為：

其中，ba為在非海洋大氣環境中暴露時合金元素相關b值，bi為第i個合金元素的影響系數，wi為第i種合金元素的質量百分比。方程4基于ASTM G101數據得出[8]，0.569是純鐵在三個非海洋環境中b值的平均值[9-10]。主要合金元素的影響系數見表3。

在海洋環境中，氯離子的沉積將降低鋼表面銹層的保護性。氯離子沉積速率Sd對時間指數增量Δb的影響如下式所示：

表1 碳鋼、鋅和銅在不同腐蝕等級的大氣中的腐蝕速率的指導值

其中，Δb為Cl-導致b的增量，Sd為氯離子沉積速率[mg/(m2·d)]。式（5）是由19種鋼在9個海洋大氣環境中的數據得出[11-13]。

3 問題和注意事項

以上腐蝕速率預測的計算方法有幾個方面需要注意：

1）鋼鐵的縫隙和遮蔽處會遭受比式（1）預測結果更高的腐蝕破壞。

2）表2中的B1值是商業純鋅的計算結果，而其他鋅合金在大氣暴露環境下具有更高的b值。

3）鋅合金的腐蝕對SO2尤其敏感，在SO2氣體含量高的環境（SO2范圍P3）中，鋅合金的腐蝕速率高于式（1）預測結果。這種情況下，謹慎起見可以假定腐蝕速率和時間呈線性關系，b值取1。

4）銅合金（例如黃銅、青銅、白銅）在大氣環境中的腐蝕速率與紫銅的相近或更低，因此表2中的B1和B2用于銅合金的腐蝕預測是足夠的。

5）鋁合金在自然環境中既會發生均勻腐蝕亦會發生局部腐蝕。因此，按照以上方法計算將嚴重低估鋁合金的最大腐蝕深度。

表2 腐蝕速率預測時間指數

表3 合金元素影響系數

4 結論

與ISO 9224-1992相比，ISO 9224-2012進行了重要的技術更新，主要技術更新包括以下三方面：

1）在ISO 9223-2012大氣腐蝕性分級增加的基礎上，ISO 9224-2012增加了碳鋼、鋅和銅在CX級大氣環境中的腐蝕速率的指導值；結合大氣環境腐蝕數據的積累和相關研究的進展，ISO 9224-2012相應更新了碳鋼、鋅和銅在C1-C5級大氣環境中的腐蝕速率的指導值，刪除了耐候鋼和鋁在不同腐蝕等級的大氣中的腐蝕速率的指導值。

2）當暴露時間小于2 0年時，金屬的腐蝕速率與暴露時間通常存在關系當暴露時間大于2 0年時，金屬的腐蝕速率可表示為

3）通過對ISO CORRAG大氣暴露計劃中大量數據的回歸分析，得到了碳鋼、鋅、銅和鋁的時間指數b；合金元素對鋼的時間指數ba的影響可表示為在海洋環境中，氯離子沉積速率對時間指數增量Δb的影響為

[1]ISO 9223-2012, Corrosion of metals and alloys - Corrosivity of atmospheres – Classif ication[S].

[2]ISO 9224-1992, Corrosion of metals and alloys - Corrosivity of atmospheres – Guiding values for the corrosivity categories[S].

[3]ISO 9224-2012, Corrosion of metals and alloys - Corrosivity of atmospheres –Guiding values for the corrosivity categories[S].

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[7]Morales J., Diaz F., Hernandez-Borges J., et al., Atmospheric corrosion in subtropical areas: Statistic study of the corrosion of zinc plates exposed to several atmospheres in the province of Santa Cruz de Tenerife (Canary Islands, Spain)[J]. Corrosion Science, 2007, 49: 526-541.

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