GJB 150.11A的標(biāo)準(zhǔn)試驗(yàn)條件下的長(zhǎng)期鹽霧腐蝕試驗(yàn)，給出碳鋼Q235在GJB 150.11A的標(biāo)準(zhǔn)試驗(yàn)條件與自然海洋氣候環(huán)境下鹽霧腐蝕的加速等效性關(guān)系。

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金屬腐蝕模型

金屬和合金在自然環(huán)境中的腐蝕速率隨暴曬時(shí)間的變化而變化，對(duì)于大多數(shù)金屬和合金來說，由于腐蝕產(chǎn)物在金屬表面的積累使得腐蝕速率隨著暴曬時(shí)間的延長(zhǎng)而減小。對(duì)于工程應(yīng)用中的金屬和合金的腐蝕過程來說，總的腐蝕失重與暴曬時(shí)間的對(duì)數(shù)成線性關(guān)系。這種變化關(guān)系表明，總的腐蝕損失D可用單位面積的質(zhì)量損失或者腐蝕深度來表示，按式（1）計(jì)算：

?（1）

式中：

t—暴曬時(shí)間，單位年（a）；

—第一年的腐蝕速率，單位[（g/（m2.a）]或（μm/a）；

b——金屬環(huán)境特性參數(shù)，通常小于1。

鋼在空氣中暴曬后所形成的銹層對(duì)基體的保護(hù)作用受到鋼中所含合金元素的影響較大。特別是耐候鋼，特定合金元素的加入促進(jìn)基體表面在暴曬過程中形成保護(hù)性銹層。其他碳鋼和低合金鋼成分不同，在大氣中暴露后銹層的保護(hù)性差別很大。

在鋼的成分已知或基于標(biāo)準(zhǔn)、平均成分可以推算組成成分時(shí)，在非海洋性大氣中暴曬時(shí)式（1）中的b值可由式（2）得出：

（2）

式中：

ba—合金在非海洋大氣中暴曬時(shí)的特征參數(shù)b；

bi—第i個(gè)合金元素的影響系數(shù)；

wi—第i個(gè)合金元素的質(zhì)量百分比。

0.569是純鐵在三種非海洋大氣中暴曬后b的平均值。

表1給出了對(duì)銹層的形成起重要影響的合金元素的bi值。

表1 合金元素的環(huán)境特性參數(shù)

在海洋大氣中，Cl-的沉積降低了銹層的保護(hù)性，Cl-的沉積量受到以下幾個(gè)方面的影響，包含與海面的距離、風(fēng)向、風(fēng)速，試樣表面的放置方向，試樣的尺寸，影響空氣流通的顆粒及其它影響因子。式（1）中的環(huán)境特性參數(shù)b的增量Δb和Cl-的沉積率Sd之間的關(guān)系如下：

（3）

式中：

Δb—b值的增量；

Sd—Cl-的沉積率，單位：毫克每平方米天mg/(m2.d)。

碳鋼Q235海洋環(huán)境大氣腐蝕數(shù)據(jù)

作者在湛江市東海島距離海岸線200 m的地方進(jìn)行了掛片取樣試驗(yàn)。樣品材料碳鋼：Q235；掛片尺寸為150 mm×100 mm×3 mm，試樣固定在暴露架上，與水平面成45°角。試驗(yàn)結(jié)果見表2。

表2 Q235海洋環(huán)境腐蝕試驗(yàn)數(shù)據(jù)

將表2的數(shù)據(jù)代入式（1），擬合得到：b=1；g/（m2.a）。

在一年內(nèi)碳鋼Q235的海洋腐蝕為線性腐蝕，按照的取值范圍，查詢GB/T 19292.1標(biāo)準(zhǔn)，C5級(jí)大氣腐蝕等級(jí)環(huán)境下，碳鋼的第一年腐蝕速率為（650～1500）g/（m2.a），可知海洋試驗(yàn)場(chǎng)所在位置腐蝕級(jí)別為C5級(jí)。

碳鋼Q235海洋環(huán)境大氣腐蝕試驗(yàn)只開展了240天，只能給出式（1）中第一年碳鋼在海洋環(huán)境下的腐蝕速率。

由于腐蝕產(chǎn)物在金屬表面的積累使得腐蝕速率隨著暴曬時(shí)間的延長(zhǎng)而減小，針對(duì)長(zhǎng)期腐蝕量計(jì)算公式（1）中的b值通常小于1，b值的計(jì)算依據(jù)式（2）和式（3）。

碳鋼Q235化學(xué)成分表見表3。

表3 Q235化學(xué)成分表（質(zhì)量分?jǐn)?shù)%）

根據(jù)式（2），采用表1和表3的數(shù)據(jù)，可以計(jì)算ba=0.569。

作者對(duì)廣東省湛江市東海島龍海天景區(qū)，進(jìn)行了氯離子沉降率測(cè)量。分別在距離海岸線50，100，150，200 m處安置采樣裝置。從2015年12月14日到2016年6月4日連續(xù)半年對(duì)大氣中氯離子沉降速率進(jìn)行檢測(cè)。在距海岸線200 m處，氯離子沉降速率平均值30 mg/（m2.d）。

根據(jù)式（3），可以計(jì)算得到Δb=0.205，進(jìn)而可以得到在湛江市東海島距離海岸線200 m試驗(yàn)場(chǎng)，碳鋼Q235長(zhǎng)期腐蝕的環(huán)境特性參數(shù)

。

碳鋼Q235鹽霧試驗(yàn)

01??試驗(yàn)方案

試驗(yàn)樣品：碳鋼Q235試樣尺寸為50 mm×50 mm×0.8 mm，上邊緣打φ4 mm的圓孔用于固定。樣品數(shù)量：14件，編號(hào)Q0~Q13。樣品Q0作為清洗比對(duì)試樣，不進(jìn)行鹽霧試驗(yàn)。

試驗(yàn)條件：依據(jù)GJB 150.11A鹽霧試驗(yàn)條件開展，鹽溶液濃度（5±1）%，PH值范圍6.5~7.2。試驗(yàn)采用24h噴霧，24 h干燥的模式。噴霧期間溫度（35±2）℃，鹽霧沉降率1~3 mL/(80cm2.h)；干燥條件為溫度（15~35）℃，相對(duì)濕度不高于50 %。

試驗(yàn)安裝：試驗(yàn)時(shí)樣品背面用透明膠帶粘貼保護(hù)，樣品試驗(yàn)面朝上安裝在塑料支架上，樣品試驗(yàn)面與垂直方向成20°±5°角。

試驗(yàn)前測(cè)試：試驗(yàn)前對(duì)每個(gè)樣品進(jìn)行拍照、尺寸測(cè)量和稱重測(cè)量。

試驗(yàn)過程中測(cè)試：取樣周期2d、6d、12d、20d、30d、40d。每次依編號(hào)順序取2個(gè)試樣，首先進(jìn)行拍照記錄腐蝕宏觀形貌，然后去除試樣背面保護(hù)性膠帶，用刀片輕輕刮掉金屬表面浮銹（不能刮傷基體），接著進(jìn)行酸洗除銹。酸洗溶液選用20 %（質(zhì)量分?jǐn)?shù)）檸檬酸二胺水溶液，酸洗溶液浸泡10 min后，用水清洗試樣，若仍有腐蝕層可多次進(jìn)行酸洗除銹過程，直到銹層完全剝離，最后用乙醇清洗，干燥后稱重。

02?試驗(yàn)數(shù)據(jù)

試驗(yàn)前稱重和面積測(cè)量數(shù)據(jù)、試驗(yàn)后稱重和空白試樣酸洗修正后質(zhì)量損失數(shù)據(jù)見表4。試驗(yàn)過程樣品腐蝕的典型照片見圖1、圖2。

表4 鹽霧試驗(yàn)質(zhì)量損失數(shù)據(jù)

?

圖1 試驗(yàn)6天后腐蝕照片

圖2 試驗(yàn)20天后腐蝕照片

03?試驗(yàn)數(shù)據(jù)處理

根據(jù)表4試驗(yàn)數(shù)據(jù)，同一批次的樣品修正質(zhì)量損失取平均值，得到碳鋼Q235鹽霧試驗(yàn)質(zhì)量損失數(shù)據(jù)見表5。

表5 碳鋼Q235鹽霧試驗(yàn)質(zhì)量損失

根據(jù)表5繪制碳鋼Q235鹽霧試驗(yàn)腐蝕失重曲線見圖3。

圖3 碳鋼Q235鹽霧試驗(yàn)腐蝕失重曲線

從圖3可以看出在20天內(nèi)腐蝕量與時(shí)間為線性關(guān)系。當(dāng)碳鋼Q235在海洋環(huán)境第一年腐蝕量為775.625 g/m2時(shí)，鹽霧試驗(yàn)對(duì)應(yīng)時(shí)間為16.45天。從而得到碳鋼Q235在GJB 150.11A鹽霧試驗(yàn)環(huán)境下相對(duì)于湛江市東海島距離海岸線200 m海洋環(huán)境試驗(yàn)場(chǎng)環(huán)境的加速系數(shù)倍。

依據(jù)GB/T19292.1標(biāo)準(zhǔn)，C5級(jí)大氣腐蝕環(huán)境下，碳鋼的第一年腐蝕速率為（650～1500）g/（m2.a），可以計(jì)算出GJB150.11A鹽霧試驗(yàn)相對(duì)于C5級(jí)大氣腐蝕環(huán)境的加速系數(shù)在11.3～26.6之間。

根據(jù)第2節(jié)的試驗(yàn)和計(jì)算結(jié)果，碳鋼Q235在湛江市東海島距離海岸線200 m的海洋環(huán)境試驗(yàn)場(chǎng)長(zhǎng)期腐蝕量模型：

（4）

式中：

t—單位為年。

根據(jù)式（4）模型可以計(jì)算海洋環(huán)境試驗(yàn)場(chǎng)長(zhǎng)期腐蝕失重?cái)?shù)據(jù)，并于本次鹽霧試驗(yàn)數(shù)據(jù)進(jìn)行比對(duì)見表6。從表6看出根據(jù)加速系數(shù)計(jì)算得到的海洋環(huán)境試驗(yàn)場(chǎng)長(zhǎng)期腐蝕失重?cái)?shù)據(jù)與GJB 150.11A試驗(yàn)數(shù)據(jù)吻合性較好。

表6 腐蝕模型數(shù)據(jù)與鹽霧試驗(yàn)數(shù)據(jù)比對(duì)

結(jié)論

1）碳鋼Q235在GJB 150.11A鹽霧試驗(yàn)環(huán)境下相對(duì)于C5級(jí)大氣腐蝕環(huán)境的加速系數(shù)α在11.3-26.6之間。

2）碳鋼Q235在GJB 150.11A鹽霧試驗(yàn)環(huán)境下相對(duì)于湛江市東海島距離海岸線200 m海洋環(huán)境試驗(yàn)場(chǎng)環(huán)境，加速系數(shù)α=22.19倍。

3）碳鋼Q235在GJB 150.11A鹽霧試驗(yàn)環(huán)境下的長(zhǎng)期腐蝕符合GB/T19292.2標(biāo)準(zhǔn)的腐蝕模型：。腐蝕模型長(zhǎng)期腐蝕預(yù)測(cè)數(shù)據(jù)與本次鹽霧試驗(yàn)數(shù)據(jù)誤差小于6.04%?？梢砸罁?jù)GJB 150.11A鹽霧試驗(yàn)標(biāo)準(zhǔn)開展碳鋼的海洋大氣環(huán)境加速腐蝕研究。