(高清版)GBT 41756-2022 金属和合金的腐蚀 低合金钢耐大气腐蚀评估方法

金属和合金的腐蚀低合金钢耐大气腐蚀评估方法2022-10-12发布I本文件按照GB/T1.1—2020《标准化工作导则第1部分：标准化文件的结构和起草规则》的规定起草。请注意本文件的某些内容可能涉及专利。本文件的发布机构不承担识别专利的责任。本文件由中国钢铁工业协会提出。本文件由全国钢标准化技术委员会(SAC/TC183)归口。本文件起草单位：钢铁研究总院青岛海洋腐蚀研究所有限公司、冶金工业信息标准研究院、中车青岛四方机车车辆股份有限公司、青岛钢研纳克检测防护技术有限公司、北京科技大学、首钢集团有限公司、河北津西钢铁集团股份有限公司。1金属和合金的腐蚀低合金钢耐大气腐蚀评估方法本文件给出了低合金钢耐大气腐蚀的三种评估方法。方法一为基于钢短期腐蚀数据的预测方法；方法二为基于钢化学成分的预测方法；方法三为基于环境因素和钢化学成分的预测方法。本文件中方法一适用于利用特定级别低合金钢在不同环境中已有的短期大气腐蚀数据，对其长期腐蚀损失进行评估；方法二适用于基于耐蚀性指数(I)对低合金钢的相对耐蚀性能进行评估；方法三适用于对低合金钢在不同环境下不同时间的腐蚀损失进行估算。注：这三种方法是基于平板裸钢暴露试样的试验数据计算得到的。当低合金钢长时间处于湿润状态，或者被一些盐类或其他腐蚀化学物质严重侵蚀时，则实际大气腐蚀速率就会高很多。2规范性引用文件下列文件中的内容通过文中的规范性引用而构成本文件必不可少的条款。其中，注日期的引用文件，仅该日期对应的版本适用于本文件；不注日期的引用文件，其最新版本(包括所有的修改单)适用于本文件。GB/T14165金属和合金大气腐蚀试验现场试验的一般要求GB/T16545金属和合金的腐蚀腐蚀试样上腐蚀产物的清除3术语和定义下列术语和定义适用于本文件。低合金钢low-alloysteel以铁为主要元素，含碳量一般在2%以下，加入的其他合金元素总质量分数在1.0%～5.0%的材料。耐蚀性指数atmosphericcorrosionresistanceindexI通过低合金钢化学成分计算得到的表征其相对耐蚀性的数值。4程序4.1一般要求大气腐蚀数据应按照GB/T14165测试获得。试样的准备、清洗、评估应按照GB/T16545。4.2方法———基于钢短期腐蚀数据的预测方法4.2.1该方法主要是腐蚀损失随时间变化的对数曲线回归外推法。这些大气腐蚀数据曲线大体上与2lgC=1gA+Blgi……式中：C——腐蚀损失，单位为克每平方米(g/m²)或微米(μm);A——当t=1时的腐蚀损失，单位为克每平方米(g/m²)或微米(μm);t——时间，单位为年(a)。式(1)也可以写为式(2):C=Atβ式中：C——腐蚀损失，单位为克每平方米(g/m²)或微米(μm)A——当t=1时的腐蚀损失，单位为克每平方米(g/m²)或微米(μm);对式(2)进行时间微分，得到任何特定时间的腐蚀速率，见式(3):式中：R——腐蚀速率，单位为克每平方米年[g/(m²·a)]或微米每年(μm/a)A——当t=1时的腐蚀损失，单位为克每平方米(g/m²)或微米(μm);B——lgC随lgt变化的斜率；t——时间，单位为年(a)。另外，根据腐蚀损失可以计算腐蚀时间，见式(4):式中：t——时间，单位为年(a);C——腐蚀损失，单位为克每平方米(g/m²)或微米(μm);A——当t=1时的腐蚀损失，单位为克每平方米(g/m²)或微米(μm);B——lgC随lgt变化的斜率。注1:式(1)、式(2)和式(4),C可以表示为每单位面积的质量损失，或者通过质量损失计算得到的厚度损失。注2:式(1)～式(4),式中给出的为常用单位，计算时也可采用其他单位。4.2.2该方法可利用最小二乘法，通过线性回归分析来实施。至少需要三个数据点，最短期的腐蚀数据宜在低合金钢生成稳定锈层后获得，在工业大气环境及海洋大气环境中推荐不少于1年，其他腐蚀性低的大气环境建议采用更长时间的腐蚀数据。通过线性回归分析确定方程的常数后，可计算出在任何特定时间预计的腐蚀损失，计算示例见附录A。4.2.3不同环境中低合金钢50年期间的大气腐蚀损失预测示例见附录A。注：在某些环境中，用对数曲线回归外推可使预测结果比实际损失略低或略高。特别是在腐蚀性非常低的环境，双对数预测值会比实际损失高，而在腐蚀性非常高的环境中，预测值较实际损失低。对于这些情况，数值优化或复合建模方法可提供更准确的预测。尽管如此，4.2.1提到的相对简单的对数曲线回归外推方法足以为大多数情况提供预测。34.3方法基于钢化学成分的预测方法4.3.1两种根据成分预测相对耐蚀性的方法第一种是基于Larabee-Coburn数据，得到工业大气中应用的Legault-Leckie方程计算耐蚀性指数(I),它的优点是应用相对简单，缺点是适用范围小，仅适用于合金元素为Cu、Ni、Cr、Si和P,并且成分限定范围较窄。第二种是基于Townsend数据，它的优点是适用钢的合金元素多，成分范围较宽，缺点是应用相对复杂。4.3.2基于Larabee-Coburn数据的预测方法4.3.2.1耐蚀性指数(I)的计算见式(5),指数越高，钢的耐蚀性越好。I=26.01(%Cu)+3.88(%Ni)+1.20(%Cr)+1.49(%S—7.29(%Cu)(%Ni)-9.10(%Ni)(%P)-33.39(%Cu)² (5)式中：%——化学成分质量分数。注：对于海洋与半乡村气候，通过Legault-Leckie方程可计算出相似的耐蚀性指数，其所计算的不同成分钢的耐蚀性指数的排序是相同的。但因方程是基于工业大气环境腐蚀数据所得，所以，在应用于其他环境低合金钢耐蚀性评价时需谨慎。4.3.2.2式(5)应在低合金钢化学成分符合Larabee-Coburn数据的原始试验材料成分范围内时使用。限制如下：a)Cu≤0.51%;b)Ni≤1.10%;c)Cr≤1.30%;e)P≤0.12%。4.3.2.3附录B中列出了通过Larabee-Coburn方法计算几种低合金钢耐蚀性指数(I),并进行耐蚀性对比的例子。4.3.3.1在该方法中，依据式(6)和式(7),计算得到A和B。A=a₀+≥a;x; (6)B=b₀+≥b;x; (7)x;——钢各合金元素的质量分数。注：A和B为式(1)定义的腐蚀损失指数函数的常数；a。和b。为表1中给出的三种工业场所的系数；a;和b;为表1中给出的三种工业场所中每一个合金元素的系数。计算出A和B的值后，再利用式(2)、式(3)和式(4)计算三个场所的腐蚀损失、腐蚀速率和腐蚀时间。因该方法中三个场所系数a₀、b₀、a;和b;是基于工业环境获得的腐蚀数据拟合所得，因此，在应用于其他环境低合金钢耐蚀性评价时应谨慎。4表1基于钢化学成分计算A、B的系数合金元素系数工业环境1工业环境2工业环境3系数工业环境1工业环境2工业环境3b₀C一0.103—一0.097PS—一0.080一0.029一0.103一0.174——一0.087V——一0.193———一0.151——W————4.3.3.2为了由Townsend数据计算耐蚀性指数(I),应遵循以下步骤：a)对于三个工业环境中的任意一个环境，纯铁的A和B的值依照表1中给出的系数以及式(6)和式(7)进行计算；b)纯铁在三个工业环境中达到254μm腐蚀损失的时间用式(4)来计算；c)对于一个给定的低合金钢，按照表1给出的系数及式(6)和式(7)计算在每个工业环境的A和d)低合金钢在每个工业环境的腐蚀损失由式(1)算出，t为纯铁在相同环境下腐蚀损失254μm时所需时间，计算方法按照式(1)和式(2);e)由纯铁的254μm腐蚀损失与由通过式(4)计算得到的低合金钢在每个工业环境的腐蚀损失之间的差值，经过平均后得到平均差，平均差的1/25为耐蚀性指数(I);f)依据Townsend方法计算纯铁和各种低合金钢的耐蚀性指数的例子按照表2,表2中也列出了在Townsend数据中各元素组成范围的上限。表2纯铁和各种低合金钢°的耐蚀性指数(I)元素范围纯铁A36A36+0.2%Cu最小值A588典型值A588合金2最大值A588合金3合金4C0.0000.1600.1600.0600.0750.1000.0600.1900.0910.0605元素范围上限/%纯铁A36A36+0.2%Cu最小值A588合金1典型值A588合金2最大值A588合金3合金4Mn0.0000.8000.6900.580P0.300.0000.0120.0120.0050.0300.0120.0070.0400.0040.010S0.300.0000.0130.0130.0010.0040.0110.0020.0500.0010.0020.0000.2200.2200.3000.2800.3600.2900.6500.2000.250Ni0.0000.0190.0190.0500.3100.9700.4002.9700.7500.0000.0270.0270.4000.0400.5300.0180.6500.0250.5000.0000.0180.2000.2500.0140.3000.9400.4000.350Al0.0000.0510.0510.0100.0000.0200.0000.0000.0000.030V0.500.0000.0030.0030.0200.0000.0400.0000.1000.0000.0600.0000.0000.0000.0000.0000.0000.0000.0000.0000.000As0.500.0000.0000.0000.0000.0000.0020.0000.0000.0000.000Mo0.500.0000.0040.0040.0000.3000.0050.0040.0000.0060.5000.500.0000.0030.0030.0000.0000.0020.0000.0000.0000.000W0.500.0000.0000.0000.0000.0000.0000.0000.0000.0000.000单位为月)工业环境10.510.370.360.300.230.230.190.200.140.13工业环境20.540.470.460.410.410.370.370.310.380.31工业环境30.600.600.590.500.440.470.450.420.310.38A/μm工业环境120.4020.0322.80工业环境2工业环境3纯铁腐蚀所需时间/a工业环境120.80工业环境2工业环境39.186表2纯铁和各种低合金钢"的耐蚀性指数(I)(续)元素范围上限/%纯铁A36A36+0.2%Cu最小值A588典型值A588合金2最大值A588合金3合金420.8年腐蚀深度/μm工业环境113.82年腐蚀深度/μm工业环境29.18年腐蚀深度/μm工业环境3和纯铁差值/μm工业环境10工业环境20工业环境30平均差/μm0耐蚀性指数(I)方法4.3.30.006.246.286.766.96耐蚀性指数(I)方法4.3.20.004.486.396.67—7.429.25—8.86表中给出的某些低合金钢超出了基于Larabee-Coburn的数据的预测方法(见4.3.2.2)、基于Townsend数据的预测方法(见4.3.3)中的成分表中第二列范围上限。注意采用基于Larabee-Coburn的数据的预测方法(见4.3.2)计算耐蚀性指数(I)会出现异常结果[如含铜量高的低合金钢耐蚀性指数(I)出现负值],但基于Townsend数据的预测方法(见4.3.3)计算耐蚀性指数(I)不会出现异常。可接受的低合金钢耐蚀性指数(I)的最低值应由供需双方协商。4.4方法三——基于环境因素和钢化学成分的预测方法4.4.1在该方法中，依据式(8)和式(9),计算得到A和B。 (8) X;——各环境因素参数和合金元素的组成。气环境中获得的腐蚀数据拟合所得。7计算出A和B的值后，再按式(2)计算出低合金钢在给定时间的腐蚀损失。表3基于环境因素参数和钢成分计算A、B的系数环境参数和合金元素系数系数环境参数和合金元素单位备注B₀相对湿度A;B;年平均值温度年平均值mg/(100cm²·d)沉积速率SO₂mg/(100cm²·d)沉积速率降雨量与日照时数乘积—0.021整年度—0.452钢成分Mn—0.013钢成分—0.022钢成分P—0.024一0.069钢成分S钢成分—0.012—0.025钢成分Ni钢成分Mo钢成分C钢成分4.4.2附录C中给出了通过基于方法三计算几种低合金钢在我国典型环境暴露不同时间腐蚀深度的注：该方法中系数A。、B₀、A;和B;是基于工业、海洋、乡村等不同类型大气环境中获得的腐蚀数据拟合所得，但由于统计分析的基础数据钢和环境类型比较少，对干燥、腐蚀性低的环境预测效果不佳，但在工程设计中，所考虑的常是腐蚀严重的环境(如工业环境、海洋环境),该方法具有较好的预测效果。5报告耐大气腐蚀性评估报告中应说明所采用的预测方法。另外，在本文件中，线性回归外推法使用的数据应指明相应的试样类型、暴露位置、环境条件及暴露时间。8C/μmC/μmC/μmC/μm(资料性)方法一基于钢短期腐蚀数据的预测方法示例A.1图A.1、图A.2为预测16Mn、16MnQ和09CuPCrNi、09CuPCrNiMo等四种低合金钢在我国不同自然环境的大气腐蚀损失(图中所示的损失为厚度损失，从单位面积的质量损失换算得到。厚度损失的均匀性因环境类型而变化)。图A.1、图A.2是根据暴露于不同环境8年试样所得的数据而获得。A.3给出了利用16Mn钢在青岛大气环境暴露8年的短期腐蚀数据预测50年长期腐蚀数据的计算示例。表A.1列出具体的暴露地点，表A.2中给出钢的成分。钢的腐蚀数据参照GB/T14165试验方法获得。图A.116Mn和16MnQ钢在我国不同自然大气环境下9(八m(八m在我国不同自然大气环境下的腐蚀深度预测表A.1图A.1、图A.2对应的暴露地点暴露地点经度纬度气候类型北京站39°59'N温带半乡村气候武汉站30°36'N亚热带湿润城市气候暴露地点经度纬度气候类型青岛站120°25'E36°03'N温带湿润海洋气候江津站106°15'E29°19'N亚热带湿润酸雨气候广州站113°13'E23°23'N亚热带湿润城市气候琼海站110°29'F热带湿润乡村气候万宁站110°30'E热带湿润海洋气候钢质量分数/%CMnPSNiMoVAl0.100.0100.0020.250.050.000.090.0120.0020.100.300.000.5709CuPCrNi0.080.0700.0230.41———09CuPCrNiMo0.070.0900.0230.380.06的数据适用于整体暴露的平板试样。裂纹或其他设计细节会保存水分，另外部分遮盖也会导致腐蚀速率大幅度增加。16Mn钢青岛站海洋环境试验数据及计算数据见表A.3、表A.4。表A.316Mn钢青岛站海洋环境试验数据时间(t)/年平均腐蚀深度(C)/μm1248表A.416Mn钢青岛站海洋环境计算数据0000.3010.5790.0910.6022.0930.362GB/T41756—2022表A.416Mn钢青岛站海洋环境计算数据(续)合计：1.806合计：8.071合计：3.901合计：1.268根据式(1),利用最小二乘法计算得：其中：n=数据点的值=4B=0.568lgA=1.761A=57.67得到：lgC=1.761+0.568lgt50年内估计的厚度损失为：lgC=1.761+0.5681g50=2.726μmC=532μm第50年的腐蚀速率为：R=ABtB-1厚度损失250μm的时间为：=6.04t=(C/A)=(250/57.67)=13年GB/T41756—2022(资料性)方法二基于钢化学成分的预测方法示例在工业大气环境中利用Legault-Leckie方程计算耐蚀性指数，并对比两种类型钢的耐大气腐蚀表B.1利用耐蚀性指数对比工业环境中低合金钢的耐大气腐蚀性钢种牌号耐蚀性指数“耐蚀性比较低合金钢差4.3耐候钢09CuPCrNi好09CuPCrNiMo低合金钢耐蚀性指数越高，耐蚀性越好。(资料性)方法三基于环境因素和钢化学成分的预测方法示例C.1在进行低合金钢的腐蚀深度预测之前，需要测试钢化学成分，并获得钢暴露地点的环境因素数表C.1钢的化学成分钢种质量分数/%CSPMnNiAl0.1400.0070.0130.720.19 0.040.020—0.0700.00