ISO 9224大气腐蚀性等级的指导值标准更新解读

孙飞龙，蒋荃，刘婷婷，刘玉军，赵春芝，马丽萍，郑雪颖

（1. 中国建材检验认证集团股份有限公司，北京 100024； 2. 国家绿色建材重点实验室，北京 100024）

引言

国际标准化组织制定了ISO 9223-9226大气腐蚀性分级标准。ISO 9223标准规定了两种大气环境腐蚀性分级分类的方法，将大气腐蚀性分为6级：C1、C2、C3、C4、C5和CX[1]。ISO 9224标准规定了腐蚀性等级的腐蚀特征和指导值，给出了标准结构材料的腐蚀速率[2-3]。指导值是基于大量现场暴晒和使用结果中获得的，随着近20年大气环境腐蚀数据的逐渐积累和相关研究的进展，国际标准化组织在2012年更新了ISO 9224标准。与ISO 9224-1992相比，ISO 9224-2012进行了技术性修改。本文即是对ISO 9224-2012标准的技术更新进行解读，旨在分析ISO 9224-2012标准对腐蚀性等级的指导值和腐蚀预测方法的改进之处。

1 大气腐蚀性等级指导值

随着材料的大气环境腐蚀数据的积累和相关研究的进展[4-7]，ISO 9223-2012将大气腐蚀性分为6类，在ISO 9223-1992前5类的基础上增加了一级CX：应用于特定海洋和海洋/工业环境[1]。同时，ISO 9224-2012也相应地更新了材料在不同腐蚀等级的大气中的腐蚀速率的指导值，如表1所示。主要变化有三：一是增加了碳钢、锌和铜在CX级大气环境中的腐蚀速率的指导值；二是对碳钢、锌和铜在C1-C5级大气环境中的腐蚀速率的指导值作了修改；三是删除了耐候钢和铝在不同腐蚀等级的大气中的腐蚀速率的指导值。删除铝的腐蚀速率指导值主要是因为铝在大气环境中主要发生的是局部腐蚀，尤其在腐蚀等级高的大气环境中；而表1中数据是基于平均失重结果，因此，在此表中给出铝的腐蚀速率的指导值是不合适的。删除耐候钢的腐蚀速率指导值是由于耐候钢在大气中的耐腐蚀性能与添加的合金元素密切相关，对其在不同腐蚀等级的大气中的腐蚀速率的讨论见第2节。

2 腐蚀速率预测

2.1 腐蚀速率预测公式

ISO 9224-2012标准更新的一个重要部分便是对材料在大气环境中的腐蚀速率的预测展开了论述。金属及其合金在大气中的腐蚀速率会随着暴露时间变化。由于表面腐蚀产物的积累，大多数金属及其合金的腐蚀速率会随暴露时间的延长而降低。研究表明腐蚀速率与暴露时间通常存在以下关系：

其中，t为暴露时间，年表示，rcorr为第一年的腐蚀速率，用g/m2·a或μm/a表示，b为金属-环境特定时间指数，通常小于1。

应用材料在大气环境中的长期腐蚀速率可以计算式（1）中方程的时间指数b。ISO CORRAG大气暴露计划对大量材料在全球多地进行了长期暴露试验。通过对数据的回归分析，计算了金属-环境特定时间指数b，并对同种材料得到的b值取平均值记为B1，如表2所示。从而可以应用式（1）结合表2中的数据对材料的腐蚀速率进行预测。标准在附录A中展示了按照ISO 9223-2012中材料在六个等级的大气环境中一年的腐蚀速率范围计算的碳钢、锌、铜和铝四种金属材料在六级大气中的最大腐蚀速率。表2中B2值为B1加上两倍的标准偏差，用于计算腐蚀速率的上限。

2.2 长期（＞20a）暴露腐蚀速率预测公式

研究表明，式（1）适用于金属在大气环境中暴露小于20年时的腐蚀速率预测。但当暴露时间大于20年时，腐蚀产物的生长往往趋于稳定，腐蚀速率将与时间呈线性。因此，金属的腐蚀速率可用下式计算：

2.3 合金元素和Cl-对b值的影响

钢表面的锈层对基体的保护性很大程度上受到添加合金元素的影响。添加不同的合金元素会使钢的耐大气腐蚀性能发生极大变化，促进其在暴露周期内形成保护性更好的锈层。ISO 9224-2012标准在附录C中阐述了考虑钢中合金成分时腐蚀速率的计算过程。合金元素对时间指数ba的影响可表示为：

其中，ba为在非海洋大气环境中暴露时合金元素相关b值，bi为第i个合金元素的影响系数，wi为第i种合金元素的质量百分比。方程4基于ASTM G101数据得出[8]，0.569是纯铁在三个非海洋环境中b值的平均值[9-10]。主要合金元素的影响系数见表3。

在海洋环境中，氯离子的沉积将降低钢表面锈层的保护性。氯离子沉积速率Sd对时间指数增量Δb的影响如下式所示：

表1 碳钢、锌和铜在不同腐蚀等级的大气中的腐蚀速率的指导值

其中，Δb为Cl-导致b的增量，Sd为氯离子沉积速率[mg/(m2·d)]。式（5）是由19种钢在9个海洋大气环境中的数据得出[11-13]。

3 问题和注意事项

以上腐蚀速率预测的计算方法有几个方面需要注意：

1）钢铁的缝隙和遮蔽处会遭受比式（1）预测结果更高的腐蚀破坏。

2）表2中的B1值是商业纯锌的计算结果，而其他锌合金在大气暴露环境下具有更高的b值。

3）锌合金的腐蚀对SO2尤其敏感，在SO2气体含量高的环境（SO2范围P3）中，锌合金的腐蚀速率高于式（1）预测结果。这种情况下，谨慎起见可以假定腐蚀速率和时间呈线性关系，b值取1。

4）铜合金（例如黄铜、青铜、白铜）在大气环境中的腐蚀速率与紫铜的相近或更低，因此表2中的B1和B2用于铜合金的腐蚀预测是足够的。

5）铝合金在自然环境中既会发生均匀腐蚀亦会发生局部腐蚀。因此，按照以上方法计算将严重低估铝合金的最大腐蚀深度。

表2 腐蚀速率预测时间指数

表3 合金元素影响系数

4 结论

与ISO 9224-1992相比，ISO 9224-2012进行了重要的技术更新，主要技术更新包括以下三方面：

1）在ISO 9223-2012大气腐蚀性分级增加的基础上，ISO 9224-2012增加了碳钢、锌和铜在CX级大气环境中的腐蚀速率的指导值；结合大气环境腐蚀数据的积累和相关研究的进展，ISO 9224-2012相应更新了碳钢、锌和铜在C1-C5级大气环境中的腐蚀速率的指导值，删除了耐候钢和铝在不同腐蚀等级的大气中的腐蚀速率的指导值。

2）当暴露时间小于2 0年时，金属的腐蚀速率与暴露时间通常存在关系当暴露时间大于2 0年时，金属的腐蚀速率可表示为

3）通过对ISO CORRAG大气暴露计划中大量数据的回归分析，得到了碳钢、锌、铜和铝的时间指数b；合金元素对钢的时间指数ba的影响可表示为在海洋环境中，氯离子沉积速率对时间指数增量Δb的影响为

[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].

[4]Corvo F. Haces C, Betancourt N., et al., Atmospheric corrosivity in the Caribbean Aria[J]. Corrosion Science, 1997, 39(5): 823-833.

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[6]Morales J., Martin-Krijer S., Diaz F., et al., Atmospheric corrosion in subtropical areas: inf luences of time of wetness and def iciency of the ISO 9223 norm[J]. Corrosion Science, 2005, 47: 2005-2019.

[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.

[8]ASTM G101, Standard guide for estimating the atmospheric corrosion resistance of low-alloy steels[S].

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