(高清版)GBT 41756-2022 金屬和合金的腐蝕 低合金鋼耐大氣腐蝕評估方法

金屬和合金的腐蝕低合金鋼耐大氣腐蝕評估方法2022-10-12發(fā)布I本文件按照GB/T1.1—2020《標(biāo)準(zhǔn)化工作導(dǎo)則第1部分：標(biāo)準(zhǔn)化文件的結(jié)構(gòu)和起草規(guī)則》的規(guī)定起草。請注意本文件的某些內(nèi)容可能涉及專利。本文件的發(fā)布機(jī)構(gòu)不承擔(dān)識別專利的責(zé)任。本文件由中國鋼鐵工業(yè)協(xié)會(huì)提出。本文件由全國鋼標(biāo)準(zhǔn)化技術(shù)委員會(huì)(SAC/TC183)歸口。本文件起草單位：鋼鐵研究總院青島海洋腐蝕研究所有限公司、冶金工業(yè)信息標(biāo)準(zhǔn)研究院、中車青島四方機(jī)車車輛股份有限公司、青島鋼研納克檢測防護(hù)技術(shù)有限公司、北京科技大學(xué)、首鋼集團(tuán)有限公司、河北津西鋼鐵集團(tuán)股份有限公司。1金屬和合金的腐蝕低合金鋼耐大氣腐蝕評估方法本文件給出了低合金鋼耐大氣腐蝕的三種評估方法。方法一為基于鋼短期腐蝕數(shù)據(jù)的預(yù)測方法；方法二為基于鋼化學(xué)成分的預(yù)測方法；方法三為基于環(huán)境因素和鋼化學(xué)成分的預(yù)測方法。本文件中方法一適用于利用特定級別低合金鋼在不同環(huán)境中已有的短期大氣腐蝕數(shù)據(jù)，對其長期腐蝕損失進(jìn)行評估；方法二適用于基于耐蝕性指數(shù)(I)對低合金鋼的相對耐蝕性能進(jìn)行評估；方法三適用于對低合金鋼在不同環(huán)境下不同時(shí)間的腐蝕損失進(jìn)行估算。注：這三種方法是基于平板裸鋼暴露試樣的試驗(yàn)數(shù)據(jù)計(jì)算得到的。當(dāng)?shù)秃辖痄撻L時(shí)間處于濕潤狀態(tài)，或者被一些鹽類或其他腐蝕化學(xué)物質(zhì)嚴(yán)重侵蝕時(shí)，則實(shí)際大氣腐蝕速率就會(huì)高很多。2規(guī)范性引用文件下列文件中的內(nèi)容通過文中的規(guī)范性引用而構(gòu)成本文件必不可少的條款。其中，注日期的引用文件，僅該日期對應(yīng)的版本適用于本文件；不注日期的引用文件，其最新版本(包括所有的修改單)適用于本文件。GB/T14165金屬和合金大氣腐蝕試驗(yàn)現(xiàn)場試驗(yàn)的一般要求GB/T16545金屬和合金的腐蝕腐蝕試樣上腐蝕產(chǎn)物的清除3術(shù)語和定義下列術(shù)語和定義適用于本文件。低合金鋼low-alloysteel以鐵為主要元素，含碳量一般在2%以下，加入的其他合金元素總質(zhì)量分?jǐn)?shù)在1.0%～5.0%的材料。耐蝕性指數(shù)atmosphericcorrosionresistanceindexI通過低合金鋼化學(xué)成分計(jì)算得到的表征其相對耐蝕性的數(shù)值。4程序4.1一般要求大氣腐蝕數(shù)據(jù)應(yīng)按照GB/T14165測試獲得。試樣的準(zhǔn)備、清洗、評估應(yīng)按照GB/T16545。4.2方法———基于鋼短期腐蝕數(shù)據(jù)的預(yù)測方法4.2.1該方法主要是腐蝕損失隨時(shí)間變化的對數(shù)曲線回歸外推法。這些大氣腐蝕數(shù)據(jù)曲線大體上與2lgC=1gA+Blgi……式中：C——腐蝕損失，單位為克每平方米(g/m2)或微米(μm);A——當(dāng)t=1時(shí)的腐蝕損失，單位為克每平方米(g/m2)或微米(μm);t——時(shí)間，單位為年(a)。式(1)也可以寫為式(2):C=Atβ式中：C——腐蝕損失，單位為克每平方米(g/m2)或微米(μm)A——當(dāng)t=1時(shí)的腐蝕損失，單位為克每平方米(g/m2)或微米(μm);對式(2)進(jìn)行時(shí)間微分，得到任何特定時(shí)間的腐蝕速率，見式(3):式中：R——腐蝕速率，單位為克每平方米年[g/(m2·a)]或微米每年(μm/a)A——當(dāng)t=1時(shí)的腐蝕損失，單位為克每平方米(g/m2)或微米(μm);B——lgC隨lgt變化的斜率；t——時(shí)間，單位為年(a)。另外，根據(jù)腐蝕損失可以計(jì)算腐蝕時(shí)間，見式(4):式中：t——時(shí)間，單位為年(a);C——腐蝕損失，單位為克每平方米(g/m2)或微米(μm);A——當(dāng)t=1時(shí)的腐蝕損失，單位為克每平方米(g/m2)或微米(μm);B——lgC隨lgt變化的斜率。注1:式(1)、式(2)和式(4),C可以表示為每單位面積的質(zhì)量損失，或者通過質(zhì)量損失計(jì)算得到的厚度損失。注2:式(1)～式(4),式中給出的為常用單位，計(jì)算時(shí)也可采用其他單位。4.2.2該方法可利用最小二乘法，通過線性回歸分析來實(shí)施。至少需要三個(gè)數(shù)據(jù)點(diǎn)，最短期的腐蝕數(shù)據(jù)宜在低合金鋼生成穩(wěn)定銹層后獲得，在工業(yè)大氣環(huán)境及海洋大氣環(huán)境中推薦不少于1年，其他腐蝕性低的大氣環(huán)境建議采用更長時(shí)間的腐蝕數(shù)據(jù)。通過線性回歸分析確定方程的常數(shù)后，可計(jì)算出在任何特定時(shí)間預(yù)計(jì)的腐蝕損失，計(jì)算示例見附錄A。4.2.3不同環(huán)境中低合金鋼50年期間的大氣腐蝕損失預(yù)測示例見附錄A。注：在某些環(huán)境中，用對數(shù)曲線回歸外推可使預(yù)測結(jié)果比實(shí)際損失略低或略高。特別是在腐蝕性非常低的環(huán)境，雙對數(shù)預(yù)測值會(huì)比實(shí)際損失高，而在腐蝕性非常高的環(huán)境中，預(yù)測值較實(shí)際損失低。對于這些情況，數(shù)值優(yōu)化或復(fù)合建模方法可提供更準(zhǔn)確的預(yù)測。盡管如此，4.2.1提到的相對簡單的對數(shù)曲線回歸外推方法足以為大多數(shù)情況提供預(yù)測。34.3方法基于鋼化學(xué)成分的預(yù)測方法4.3.1兩種根據(jù)成分預(yù)測相對耐蝕性的方法第一種是基于Larabee-Coburn數(shù)據(jù)，得到工業(yè)大氣中應(yīng)用的Legault-Leckie方程計(jì)算耐蝕性指數(shù)(I),它的優(yōu)點(diǎn)是應(yīng)用相對簡單，缺點(diǎn)是適用范圍小，僅適用于合金元素為Cu、Ni、Cr、Si和P,并且成分限定范圍較窄。第二種是基于Townsend數(shù)據(jù)，它的優(yōu)點(diǎn)是適用鋼的合金元素多，成分范圍較寬，缺點(diǎn)是應(yīng)用相對復(fù)雜。4.3.2基于Larabee-Coburn數(shù)據(jù)的預(yù)測方法4.3.2.1耐蝕性指數(shù)(I)的計(jì)算見式(5),指數(shù)越高，鋼的耐蝕性越好。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：%——化學(xué)成分質(zhì)量分?jǐn)?shù)。注：對于海洋與半鄉(xiāng)村氣候，通過Legault-Leckie方程可計(jì)算出相似的耐蝕性指數(shù)，其所計(jì)算的不同成分鋼的耐蝕性指數(shù)的排序是相同的。但因方程是基于工業(yè)大氣環(huán)境腐蝕數(shù)據(jù)所得，所以，在應(yīng)用于其他環(huán)境低合金鋼耐蝕性評價(jià)時(shí)需謹(jǐn)慎。4.3.2.2式(5)應(yīng)在低合金鋼化學(xué)成分符合Larabee-Coburn數(shù)據(jù)的原始試驗(yàn)材料成分范圍內(nèi)時(shí)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附錄B中列出了通過Larabee-Coburn方法計(jì)算幾種低合金鋼耐蝕性指數(shù)(I),并進(jìn)行耐蝕性對比的例子。4.3.3.1在該方法中，依據(jù)式(6)和式(7),計(jì)算得到A和B。A=a?+≥a;x; (6)B=b?+≥b;x; (7)x;——鋼各合金元素的質(zhì)量分?jǐn)?shù)。注：A和B為式(1)定義的腐蝕損失指數(shù)函數(shù)的常數(shù)；a。和b。為表1中給出的三種工業(yè)場所的系數(shù)；a;和b;為表1中給出的三種工業(yè)場所中每一個(gè)合金元素的系數(shù)。計(jì)算出A和B的值后，再利用式(2)、式(3)和式(4)計(jì)算三個(gè)場所的腐蝕損失、腐蝕速率和腐蝕時(shí)間。因該方法中三個(gè)場所系數(shù)a?、b?、a;和b;是基于工業(yè)環(huán)境獲得的腐蝕數(shù)據(jù)擬合所得，因此，在應(yīng)用于其他環(huán)境低合金鋼耐蝕性評價(jià)時(shí)應(yīng)謹(jǐn)慎。4表1基于鋼化學(xué)成分計(jì)算A、B的系數(shù)合金元素系數(shù)工業(yè)環(huán)境1工業(yè)環(huán)境2工業(yè)環(huán)境3系數(shù)工業(yè)環(huán)境1工業(yè)環(huán)境2工業(yè)環(huán)境3b?C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為了由Townsend數(shù)據(jù)計(jì)算耐蝕性指數(shù)(I),應(yīng)遵循以下步驟：a)對于三個(gè)工業(yè)環(huán)境中的任意一個(gè)環(huán)境，純鐵的A和B的值依照表1中給出的系數(shù)以及式(6)和式(7)進(jìn)行計(jì)算；b)純鐵在三個(gè)工業(yè)環(huán)境中達(dá)到254μm腐蝕損失的時(shí)間用式(4)來計(jì)算；c)對于一個(gè)給定的低合金鋼，按照表1給出的系數(shù)及式(6)和式(7)計(jì)算在每個(gè)工業(yè)環(huán)境的A和d)低合金鋼在每個(gè)工業(yè)環(huán)境的腐蝕損失由式(1)算出，t為純鐵在相同環(huán)境下腐蝕損失254μm時(shí)所需時(shí)間，計(jì)算方法按照式(1)和式(2);e)由純鐵的254μm腐蝕損失與由通過式(4)計(jì)算得到的低合金鋼在每個(gè)工業(yè)環(huán)境的腐蝕損失之間的差值，經(jīng)過平均后得到平均差，平均差的1/25為耐蝕性指數(shù)(I);f)依據(jù)Townsend方法計(jì)算純鐵和各種低合金鋼的耐蝕性指數(shù)的例子按照表2,表2中也列出了在Townsend數(shù)據(jù)中各元素組成范圍的上限。表2純鐵和各種低合金鋼°的耐蝕性指數(shù)(I)元素范圍純鐵A36A36+0.2%Cu最小值A(chǔ)588典型值A(chǔ)588合金2最大值A(chǔ)588合金3合金4C0.0000.1600.1600.0600.0750.1000.0600.1900.0910.0605元素范圍上限/%純鐵A36A36+0.2%Cu最小值A(chǔ)588合金1典型值A(chǔ)588合金2最大值A(chǔ)588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單位為月)工業(yè)環(huán)境10.510.370.360.300.230.230.190.200.140.13工業(yè)環(huán)境20.540.470.460.410.410.370.370.310.380.31工業(yè)環(huán)境30.600.600.590.500.440.470.450.420.310.38A/μm工業(yè)環(huán)境120.4020.0322.80工業(yè)環(huán)境2工業(yè)環(huán)境3純鐵腐蝕所需時(shí)間/a工業(yè)環(huán)境120.80工業(yè)環(huán)境2工業(yè)環(huán)境39.186表2純鐵和各種低合金鋼"的耐蝕性指數(shù)(I)(續(xù))元素范圍上限/%純鐵A36A36+0.2%Cu最小值A(chǔ)588典型值A(chǔ)588合金2最大值A(chǔ)588合金3合金420.8年腐蝕深度/μm工業(yè)環(huán)境113.82年腐蝕深度/μm工業(yè)環(huán)境29.18年腐蝕深度/μm工業(yè)環(huán)境3和純鐵差值/μm工業(yè)環(huán)境10工業(yè)環(huán)境20工業(yè)環(huán)境30平均差/μm0耐蝕性指數(shù)(I)方法4.3.30.006.246.286.766.96耐蝕性指數(shù)(I)方法4.3.20.004.486.396.67—7.429.25—8.86表中給出的某些低合金鋼超出了基于Larabee-Coburn的數(shù)據(jù)的預(yù)測方法(見4.3.2.2)、基于Townsend數(shù)據(jù)的預(yù)測方法(見4.3.3)中的成分表中第二列范圍上限。注意采用基于Larabee-Coburn的數(shù)據(jù)的預(yù)測方法(見4.3.2)計(jì)算耐蝕性指數(shù)(I)會(huì)出現(xiàn)異常結(jié)果[如含銅量高的低合金鋼耐蝕性指數(shù)(I)出現(xiàn)負(fù)值],但基于Townsend數(shù)據(jù)的預(yù)測方法(見4.3.3)計(jì)算耐蝕性指數(shù)(I)不會(huì)出現(xiàn)異常?？山邮艿牡秃辖痄撃臀g性指數(shù)(I)的最低值應(yīng)由供需雙方協(xié)商。4.4方法三——基于環(huán)境因素和鋼化學(xué)成分的預(yù)測方法4.4.1在該方法中，依據(jù)式(8)和式(9),計(jì)算得到A和B。 (8) X;——各環(huán)境因素參數(shù)和合金元素的組成。氣環(huán)境中獲得的腐蝕數(shù)據(jù)擬合所得。7計(jì)算出A和B的值后，再按式(2)計(jì)算出低合金鋼在給定時(shí)間的腐蝕損失。表3基于環(huán)境因素參數(shù)和鋼成分計(jì)算A、B的系數(shù)環(huán)境參數(shù)和合金元素系數(shù)系數(shù)環(huán)境參數(shù)和合金元素單位備注B?相對濕度A;B;年平均值溫度年平均值mg/(100cm2·d)沉積速率SO?mg/(100cm2·d)沉積速率降雨量與日照時(shí)數(shù)乘積—0.021整年度—0.452鋼成分Mn—0.013鋼成分—0.022鋼成分P—0.024一0.069鋼成分S鋼成分—0.012—0.025鋼成分Ni鋼成分Mo鋼成分C鋼成分4.4.2附錄C中給出了通過基于方法三計(jì)算幾種低合金鋼在我國典型環(huán)境暴露不同時(shí)間腐蝕深度的注：該方法中系數(shù)A。、B?、A;和B;是基于工業(yè)、海洋、鄉(xiāng)村等不同類型大氣環(huán)境中獲得的腐蝕數(shù)據(jù)擬合所得，但由于統(tǒng)計(jì)分析的基礎(chǔ)數(shù)據(jù)鋼和環(huán)境類型比較少，對干燥、腐蝕性低的環(huán)境預(yù)測效果不佳，但在工程設(shè)計(jì)中，所考慮的常是腐蝕嚴(yán)重的環(huán)境(如工業(yè)環(huán)境、海洋環(huán)境),該方法具有較好的預(yù)測效果。5報(bào)告耐大氣腐蝕性評估報(bào)告中應(yīng)說明所采用的預(yù)測方法。另外，在本文件中，線性回歸外推法使用的數(shù)據(jù)應(yīng)指明相應(yīng)的試樣類型、暴露位置、環(huán)境條件及暴露時(shí)間。8C/μmC/μmC/μmC/μm(資料性)方法一基于鋼短期腐蝕數(shù)據(jù)的預(yù)測方法示例A.1圖A.1、圖A.2為預(yù)測16Mn、16MnQ和09CuPCrNi、09CuPCrNiMo等四種低合金鋼在我國不同自然環(huán)境的大氣腐蝕損失(圖中所示的損失為厚度損失，從單位面積的質(zhì)量損失換算得到。厚度損失的均勻性因環(huán)境類型而變化)。圖A.1、圖A.2是根據(jù)暴露于不同環(huán)境8年試樣所得的數(shù)據(jù)而獲得。A.3給出了利用16Mn鋼在青島大氣環(huán)境暴露8年的短期腐蝕數(shù)據(jù)預(yù)測50年長期腐蝕數(shù)據(jù)的計(jì)算示例。表A.1列出具體的暴露地點(diǎn)，表A.2中給出鋼的成分。鋼的腐蝕數(shù)據(jù)參照GB/T14165試驗(yàn)方法獲得。圖A.116Mn和16MnQ鋼在我國不同自然大氣環(huán)境下9(八m(八m在我國不同自然大氣環(huán)境下的腐蝕深度預(yù)測表A.1圖A.1、圖A.2對應(yīng)的暴露地點(diǎn)暴露地點(diǎn)經(jīng)度緯度氣候類型北京站39°59'N溫帶半鄉(xiāng)村氣候武漢站30°36'N亞熱帶濕潤城市氣候暴露地點(diǎn)經(jīng)度緯度氣候類型青島站120°25'E36°03'N溫帶濕潤海洋氣候江津站106°15'E29°19'N亞熱帶濕潤酸雨氣候廣州站113°13'E23°23'N亞熱帶濕潤城市氣候瓊海站110°29'F熱帶濕潤?quán)l(xiāng)村氣候萬寧站110°30'E熱帶濕潤海洋氣候鋼質(zhì)量分?jǐn)?shù)/%CMnPSNiMoVAl0.100.0100.0020.250.050.000.090.0120.0020.100.300.000.5709CuPCrNi0.080.0700.0230.41———09CuPCrNiMo0.070.0900.0230.380.06的數(shù)據(jù)適用于整體暴露的平板試樣。裂紋或其他設(shè)計(jì)細(xì)節(jié)會(huì)保存水分，另外部分遮蓋也會(huì)導(dǎo)致腐蝕速率大幅度增加。16Mn鋼青島站海洋環(huán)境試驗(yàn)數(shù)據(jù)及計(jì)算數(shù)據(jù)見表A.3、表A.4。表A.316Mn鋼青島站海洋環(huán)境試驗(yàn)數(shù)據(jù)時(shí)間(t)/年平均腐蝕深度(C)/μm1248表A.416Mn鋼青島站海洋環(huán)境計(jì)算數(shù)據(jù)0000.3010.5790.0910.6022.0930.362GB/T41756—2022表A.416Mn鋼青島站海洋環(huán)境計(jì)算數(shù)據(jù)(續(xù))合計(jì)：1.806合計(jì)：8.071合計(jì)：3.901合計(jì)：1.268根據(jù)式(1),利用最小二乘法計(jì)算得：其中：n=數(shù)據(jù)點(diǎn)的值=4B=0.568lgA=1.761A=57.67得到：lgC=1.761+0.568lgt50年內(nèi)估計(jì)的厚度損失為：lgC=1.761+0.5681g50=2.726μmC=532μm第50年的腐蝕速率為：R=ABtB-1厚度損失250μm的時(shí)間為：=6.04t=(C/A)=(250/57.67)=13年GB/T41756—2022(資料性)方法二基于鋼化學(xué)成分的預(yù)測方法示例在工業(yè)大氣環(huán)境中利用Legault-Leckie方程計(jì)算耐蝕性指數(shù)，并對比兩種類型鋼的耐大氣腐蝕表B.1利用耐蝕性指數(shù)對比工業(yè)環(huán)境中低合金鋼的耐大氣腐蝕性鋼種牌號耐蝕性指數(shù)“耐蝕性比較低合金鋼差4.3耐候鋼09CuPCrNi好09CuPCrNiMo低合金鋼耐蝕性指數(shù)越高，耐蝕性越好。(資料性)方法三基于環(huán)境因素和鋼化學(xué)成分的預(yù)測方法示例C.1在進(jìn)行低合金鋼的腐蝕深度預(yù)測之前，需要測試鋼化學(xué)成分，并獲得鋼暴露地點(diǎn)的環(huán)境因素?cái)?shù)表C.1鋼的化學(xué)成分鋼種質(zhì)量分?jǐn)?shù)/%CSPMnNiAl0.1400.0070.0130.720.19 0.040.020—0.0700.00