ISO 9223—2012標(biāo)準(zhǔn)碳鋼大氣腐蝕速率預(yù)測方程在我國典型地區(qū)的適用性研究

劉聰，唐其環(huán)，王莞，郭贊洪

ISO 9223—2012標(biāo)準(zhǔn)碳鋼大氣腐蝕速率預(yù)測方程在我國典型地區(qū)的適用性研究

劉聰，唐其環(huán)，王莞，郭贊洪

（西南技術(shù)工程研究所，重慶 400039）

對ISO 9223—2012標(biāo)準(zhǔn)中碳鋼大氣腐蝕速率預(yù)測方程在我國的適用性進(jìn)行驗(yàn)證。利用我國典型沿海地區(qū)、鹽漬區(qū)、工業(yè)污染區(qū)的碳鋼大氣腐蝕數(shù)據(jù)和同期環(huán)境數(shù)據(jù)，分析碳鋼大氣腐蝕速率預(yù)測值和實(shí)測值之間的差異，驗(yàn)證ISO 9223—2012標(biāo)準(zhǔn)碳鋼大氣腐蝕速率預(yù)測方程在我國的適用性。根據(jù)ISO 9223—2012標(biāo)準(zhǔn)碳鋼大氣腐蝕速率預(yù)測方程，利用氣溫、相對濕度、二氧化硫沉積速率、氯離子沉積速率四項(xiàng)環(huán)境因素?cái)?shù)據(jù)預(yù)測碳鋼第一年大氣腐蝕速率，在我國12個(gè)典型地區(qū)的預(yù)測效果較好，2達(dá)到0.90。根據(jù)預(yù)測值劃分的腐蝕等級(jí)與實(shí)測值劃分結(jié)果一致性好。ISO 9223—2012標(biāo)準(zhǔn)碳鋼大氣腐蝕速率預(yù)測方程適用于我國大氣環(huán)境，預(yù)測方程中氯離子沉積速率數(shù)據(jù)可以直接采用掛片法數(shù)據(jù)。

碳鋼；大氣腐蝕速率預(yù)測方程；適用性

碳鋼用途廣泛、使用量大，但耐蝕性欠佳，在大氣環(huán)境下長期使用過程中容易出現(xiàn)腐蝕問題。因此，碳鋼大氣腐蝕的預(yù)測與防護(hù)一直是腐蝕領(lǐng)域的重要研究方向。許多學(xué)者對碳鋼大氣腐蝕的影響因素及機(jī)理進(jìn)行過探討，并建立了不同因變量、不同形式的腐蝕速率預(yù)測模型[1-3]。由于大氣腐蝕影響因素較多、作用機(jī)理復(fù)雜，并未形成公認(rèn)、通用的預(yù)測模型。2012年，ISO 9223標(biāo)準(zhǔn)依據(jù)全球120個(gè)地區(qū)的大氣腐蝕數(shù)據(jù)及環(huán)境數(shù)據(jù)，首次在標(biāo)準(zhǔn)中給出了碳鋼、鋁、鋅、銅四種標(biāo)準(zhǔn)金屬腐蝕速率的預(yù)測方程[4]。文中基于我國典型地區(qū)碳鋼大氣腐蝕數(shù)據(jù)及同期環(huán)境數(shù)據(jù)，對ISO 9223—2012標(biāo)準(zhǔn)中碳鋼大氣腐蝕速率預(yù)測方程在我國的適用性進(jìn)行驗(yàn)證研究。

1 ISO 9223—2012標(biāo)準(zhǔn)碳鋼大氣腐蝕速率預(yù)測方程

ISO 9223—2012取消了ISO 9223—1992[5]中按潤濕時(shí)間、二氧化硫沉積速率、氯離子沉積速率等三項(xiàng)因素分類直接評(píng)定大氣腐蝕性等級(jí)的方法，并基于全球各氣候類型共128個(gè)地區(qū)的暴露試驗(yàn)結(jié)果和環(huán)境數(shù)據(jù)，提出了以相對濕度、溫度、二氧化硫沉積速率、氯離子沉積速率四項(xiàng)環(huán)境因素的年均值對碳鋼、鋁、鋅、銅四種標(biāo)準(zhǔn)金屬第一年腐蝕速率的預(yù)測方程。其中碳鋼腐蝕速率的預(yù)測方程為：

式中：coor為碳鋼第一年腐蝕速率，μm/a；d為年平均二氧化硫沉積速率，mg/(m2·d)；d為年平均氯離子沉積速率（濕燭法），單位為mg/(m2·d)；RH為年平均相對濕度，%；st為溫度系數(shù)，當(dāng)年平均溫度≤10 ℃時(shí)st=0.150(－10)，其他情況下，st=0.054(－10)。

該方程綜合考慮了四種主要環(huán)境因素對大氣腐蝕的影響，并對影響程度進(jìn)行了數(shù)學(xué)描述，較ISO 9223—1992標(biāo)準(zhǔn)中的等級(jí)劃分（僅給出腐蝕率范圍）更加細(xì)化。

2 我國典型地區(qū)Q235鋼大氣腐蝕試驗(yàn)

2.1 試驗(yàn)樣品

試驗(yàn)樣品為Q235碳鋼，平板樣尺寸為100 mm×50 mm×4 mm。成分見表1，符合ISO 9226—2012標(biāo)準(zhǔn)要求(Cu：0.03 %～0.10 %，P：＜0.07 %)[6]。

表1 試驗(yàn)用Q235鋼成分

2.2 大氣暴露試驗(yàn)

在我國沿海地區(qū)（萬寧、湛江、寧波等）、內(nèi)陸鹽漬區(qū)（敦煌）、工業(yè)大氣區(qū)（重慶江津、珞璜）以無污染內(nèi)陸地區(qū)（漠河、拉薩）共12個(gè)典型地區(qū)開展為期12個(gè)月的暴露試驗(yàn)，并監(jiān)測、記錄同期的溫度、相對濕度、氯離子沉積速率、二氧化硫沉積速率。

2.3 腐蝕速率及環(huán)境數(shù)據(jù)

12個(gè)地區(qū)的Q235鋼腐蝕率和環(huán)境數(shù)據(jù)見表2。其中二氧化硫沉積速率數(shù)據(jù)采用堿片法測得，與ISO 9225—2012標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定的方法一致。氯離子沉積速率則是采用掛片法測得。

據(jù)ISO 9225—2012標(biāo)準(zhǔn)，氯離子沉積速率測量方法有濕燭法和掛片法兩種，該標(biāo)準(zhǔn)中碳鋼腐蝕率預(yù)測公式采用濕燭法測試值。據(jù)該標(biāo)準(zhǔn)介紹，濕燭法測得的氯離子沉積速率約為掛片法測試值的2.4倍[7]，但這一倍率是基于有限的歷史數(shù)據(jù)估計(jì)的，其準(zhǔn)確性值得商榷。在我國萬寧、三亞、青島、廈門等部分沿海地區(qū)的對比研究表明，兩種方法的測量值并不存在固定的倍數(shù)關(guān)系，其差異與采樣原理和采樣條件有關(guān)[8]。在氯離子含量特別高的海洋平臺(tái)等環(huán)境，濕燭法因耐飽和能力較強(qiáng)，測量值高于掛片法；在風(fēng)速較小的海灣(三亞)或棚庫環(huán)境，因濕燭法紗布長期保持濕潤，自然吸附能力強(qiáng)，測量結(jié)果也較掛片法高；在部分風(fēng)速較高的沿海戶外地區(qū)（如青島、廈門、萬寧內(nèi)暴露場等），掛片法因紗布透風(fēng)，空氣繞流少，對氯離子的攔截吸附能力更強(qiáng)，測量結(jié)果反而高于濕燭法[9-10]。

3 在我國典型地區(qū)的應(yīng)用

3.1 預(yù)測效果

根據(jù)表2中環(huán)境數(shù)據(jù)，采用ISO 9223—2012標(biāo)準(zhǔn)給定的預(yù)測方程對我國12個(gè)典型地區(qū)的碳鋼腐蝕率進(jìn)行預(yù)測。對于氯離子沉積速率數(shù)據(jù)，分別選取掛片法數(shù)據(jù)以及按2.4倍關(guān)系估算所得的濕燭法數(shù)據(jù)。兩組預(yù)測值與實(shí)測值的對比如圖1所示，在大部分地區(qū)，兩組預(yù)測值與實(shí)測值非常接近。就總體預(yù)測效果而言，在我國12個(gè)地區(qū)兩組預(yù)測值與實(shí)測值之間的2均為0.90，而ISO 9223—2012標(biāo)準(zhǔn)中介紹該方程在全球128個(gè)地區(qū)擬合的2為0.85，這說明該方程在我國典型地區(qū)也具有很好的適用性。

在二氧化硫沉積速率特別高的部分工業(yè)大氣區(qū)（如重慶珞璜）或氯離子沉積速率特別高的部分沿海地區(qū)（如萬寧站近海場），兩組預(yù)測值與實(shí)測值均相差較大，偏差達(dá)20%～40%。ISO 9223—2012標(biāo)準(zhǔn)中預(yù)測方程是基于全球128個(gè)地區(qū)的實(shí)測數(shù)據(jù)擬合的，其準(zhǔn)確程度與數(shù)據(jù)點(diǎn)的分布情況有關(guān)，若選取的高鹽霧地區(qū)和高污染地區(qū)數(shù)量不夠，可能造成預(yù)測方程在此類地區(qū)誤差較大。

表2 典型地區(qū)Q235鋼腐蝕率和環(huán)境數(shù)據(jù)

圖1 典型地區(qū)碳鋼腐蝕速率實(shí)測值及預(yù)測值

對比還顯示，在內(nèi)陸地區(qū)及大部分沿海地區(qū)，兩組預(yù)測值之間的差異極?。?0%以內(nèi)），在氯離子沉積速率特別高的海南萬寧站近海場和內(nèi)暴露場，兩組預(yù)測值之間差異相對較大（可達(dá)50%）。與實(shí)測值相比，兩組預(yù)測值在萬寧站內(nèi)暴露場均高于實(shí)測值，在近海場實(shí)測值則位于兩組預(yù)測值之間。這表明采用2.4倍掛片法數(shù)據(jù)換算后的氯離子沉積速率，可能造成在高鹽霧地區(qū)腐蝕率預(yù)測值的普遍高估。直接采用掛片法數(shù)據(jù)，則可能造成在高鹽霧地區(qū)腐蝕率預(yù)測值的部分低估。

3.2 根據(jù)預(yù)測值評(píng)估大氣腐蝕性等級(jí)

雖然ISO 9223—2012標(biāo)準(zhǔn)取消了根據(jù)環(huán)境因素法評(píng)估大氣腐蝕性等級(jí)，但可以基于環(huán)境數(shù)據(jù)按其預(yù)測方程預(yù)測標(biāo)準(zhǔn)金屬腐蝕率，再根據(jù)不同等級(jí)的腐蝕率范圍，對大氣腐蝕性等級(jí)進(jìn)行劃分。表3列出了我國12個(gè)典型地區(qū)分別按ISO 9223—1992標(biāo)準(zhǔn)環(huán)境因素法、ISO 9223—2012標(biāo)準(zhǔn)腐蝕率預(yù)測值以及腐蝕率實(shí)測值對碳鋼大氣腐蝕性的分級(jí)結(jié)果。對比顯示，相比ISO 9223—1992標(biāo)準(zhǔn)環(huán)境因素法，采用ISO 9223—2012標(biāo)準(zhǔn)預(yù)測值劃分的分辨率更高，避免了“兩種等級(jí)都有可能”的情況，與實(shí)測值的分級(jí)結(jié)果更為接近。

此外，兩組預(yù)測值的大氣腐蝕性分級(jí)結(jié)果基本一致，12個(gè)典型地區(qū)中，僅在萬寧內(nèi)暴露場存在差異，兩組預(yù)測值分級(jí)結(jié)果均高于實(shí)測值。其中，直接采用掛片法數(shù)據(jù)預(yù)測的分級(jí)結(jié)果更接近實(shí)測值。這表明氯離子沉積速率直接選用掛片法數(shù)據(jù)或換算后數(shù)據(jù)，對分級(jí)結(jié)果影響極小。

表3 典型地區(qū)按不同方法劃分的碳鋼大氣腐蝕性等級(jí)

4 結(jié)論

1）ISO 9223—2012標(biāo)準(zhǔn)中碳鋼大氣腐蝕速率預(yù)測方程適用于我國大氣環(huán)境。

2）ISO 9223—2012標(biāo)準(zhǔn)碳鋼腐蝕速率預(yù)測方程中的氯離子沉積速率可直接采用掛片法數(shù)據(jù)，但需要注意，在少數(shù)高鹽霧地區(qū)，有可能造成腐蝕率預(yù)測值的部分低估。

3）根據(jù)ISO 9223—2012標(biāo)準(zhǔn)碳鋼大氣腐蝕速率預(yù)測方程，可利用環(huán)境數(shù)據(jù)對碳鋼大氣腐蝕性等級(jí)進(jìn)行劃分，劃分結(jié)果比ISO 9223—1992標(biāo)準(zhǔn)環(huán)境因素法更為精確。在進(jìn)行大氣腐蝕分級(jí)時(shí)，氯離子沉積速率可以直接采用掛片法數(shù)據(jù)。

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Applicability of Atmospheric Corrosion Rate Prediction Equation for Carbon Steel of Standard ISO 9223—2012 in Typical Areas of China

LIU Cong, TANG Qi-huan, WANG Wan, GUO Zan-hong

(Southwest Technology and Engineering Research Institute, Chongqing 400039, China)

To verify the applicability of the prediction equation for atmospheric corrosion rate of carbon steel in ISO 9223—2012.Based on the atmospheric corrosion data of environmental data of carbon steel in typical coastal areas, saline areas and industrial polluted areas in China, the difference between predicted and measured values of atmospheric corrosion rate of carbon steel was analyzed to verify the applicability of the prediction equation for atmospheric corrosion rate of carbon steel in ISO 9223—2012 in China.According to the prediction equation for atmospheric corrosion rate of carbon steel in ISO 9223—2012, temperature, relative humidity, SO2deposition and Cl-deposition of four environmental factors data were used to predict the atmospheric corrosion of carbon steel. The prediction effect in 12 typical areas in China was good.2reached 0.90, and the corrosion grade divided according to the predicted value was consistent with the measured value.The atmospheric corrosion rate prediction equation for carbon steel in ISO 9223—2012 is applicable to the atmospheric environment in China. The data of chloride deposition rate in the prediction equation can be obtained by the dry plate method.

carbon steel; prediction equation of atmospheric corrosion rate; applicability.

10.7643/ issn.1672-9242.2017.10.014

TJ07；TG174

A

1672-9242(2017)10-0074-04

2017-06-01；

2017-07-04

劉聰（1986—），男，湖北仙桃人，工程師，主要研究方向?yàn)樽匀画h(huán)境試驗(yàn)。

唐其環(huán)（1965—），男，四川達(dá)州人，研究員，主要研究方向?yàn)樽匀画h(huán)境試驗(yàn)。