本文以碳钢Q235为研究对象，开展碳钢Q235在GJB 150.11A的标准试验条件下的长期盐雾腐蚀试验，给出碳钢Q235在GJB 150.11A的标准试验条件与自然海洋气候环境下盐雾腐蚀的加速等效性关系。

金属腐蚀模型

金属和合金在自然环境中的腐蚀速率随暴晒时间的变化而变化，对于大多数金属和合金来说，由于腐蚀产物在金属表面的积累使得腐蚀速率随着暴晒时间的延长而减小。对于工程应用中的金属和合金的腐蚀过程来说，总的腐蚀失重与暴晒时间的对数成线性关系。这种变化关系表明，总的腐蚀损失D可用单位面积的质量损失或者腐蚀深度来表示，按式（1）计算：

（1）

式中：

t—暴晒时间，单位年（a）；

—第一年的腐蚀速率，单位[（g/（m2.a）]或（μm/a）；

b——金属环境特性参数，通常小于1。

钢在空气中暴晒后所形成的锈层对基体的保护作用受到钢中所含合金元素的影响较大。特别是耐候钢，特定合金元素的加入促进基体表面在暴晒过程中形成保护性锈层。其他碳钢和低合金钢成分不同，在大气中暴露后锈层的保护性差别很大。

在钢的成分已知或基于标准、平均成分可以推算组成成分时，在非海洋性大气中暴晒时式（1）中的b值可由式（2）得出：

（2）

式中：

ba—合金在非海洋大气中暴晒时的特征参数b；

bi—第i个合金元素的影响系数；

wi—第i个合金元素的质量百分比。

0.569是纯铁在三种非海洋大气中暴晒后b的平均值。

表1给出了对锈层的形成起重要影响的合金元素的bi值。

表1 合金元素的环境特性参数

在海洋大气中，Cl-的沉积降低了锈层的保护性，Cl-的沉积量受到以下几个方面的影响，包含与海面的距离、风向、风速，试样表面的放置方向，试样的尺寸，影响空气流通的颗粒及其它影响因子。式（1）中的环境特性参数b的增量Δb和Cl-的沉积率Sd之间的关系如下：

（3）

式中：

Δb—b值的增量；

Sd—Cl-的沉积率，单位：毫克每平方米天mg/(m2.d)。

碳钢Q235海洋环境大气腐蚀数据

作者在湛江市东海岛距离海岸线200 m的地方进行了挂片取样试验。样品材料碳钢：Q235；挂片尺寸为150 mm×100 mm×3 mm，试样固定在暴露架上，与水平面成45°角。试验结果见表2。

表2 Q235海洋环境腐蚀试验数据

将表2的数据代入式（1），拟合得到：b=1；g/（m2.a）。

在一年内碳钢Q235的海洋腐蚀为线性腐蚀，按照的取值范围，查询GB/T 19292.1标准，C5级大气腐蚀等级环境下，碳钢的第一年腐蚀速率为（650～1500）g/（m2.a），可知海洋试验场所在位置腐蚀级别为C5级。

碳钢Q235海洋环境大气腐蚀试验只开展了240天，只能给出式（1）中第一年碳钢在海洋环境下的腐蚀速率。

由于腐蚀产物在金属表面的积累使得腐蚀速率随着暴晒时间的延长而减小，针对长期腐蚀量计算公式（1）中的b值通常小于1，b值的计算依据式（2）和式（3）。

碳钢Q235化学成分表见表3。

表3 Q235化学成分表（质量分数%）

根据式（2），采用表1和表3的数据，可以计算ba=0.569。

作者对广东省湛江市东海岛龙海天景区，进行了氯离子沉降率测量。分别在距离海岸线50，100，150，200 m处安置采样装置。从2015年12月14日到2016年6月4日连续半年对大气中氯离子沉降速率进行检测。在距海岸线200 m处，氯离子沉降速率平均值30 mg/（m2.d）。

根据式（3），可以计算得到Δb=0.205，进而可以得到在湛江市东海岛距离海岸线200 m试验场，碳钢Q235长期腐蚀的环境特性参数。

碳钢Q235盐雾试验

01  试验方案

试验样品：碳钢Q235试样尺寸为50 mm×50 mm×0.8 mm，上边缘打φ4 mm的圆孔用于固定。样品数量：14件，编号Q0~Q13。样品Q0作为清洗比对试样，不进行盐雾试验。

试验条件：依据GJB 150.11A盐雾试验条件开展，盐溶液浓度（5±1）%，PH值范围6.5~7.2。试验采用24h喷雾，24 h干燥的模式。喷雾期间温度（35±2）℃，盐雾沉降率1~3 mL/(80cm2.h)；干燥条件为温度（15~35）℃，相对湿度不高于50 %。

试验安装：试验时样品背面用透明胶带粘贴保护，样品试验面朝上安装在塑料支架上，样品试验面与垂直方向成20°±5°角。

试验前测试：试验前对每个样品进行拍照、尺寸测量和称重测量。

试验过程中测试：取样周期2d、6d、12d、20d、30d、40d。每次依编号顺序取2个试样，首先进行拍照记录腐蚀宏观形貌，然后去除试样背面保护性胶带，用刀片轻轻刮掉金属表面浮锈（不能刮伤基体），接着进行酸洗除锈。酸洗溶液选用20 %（质量分数）柠檬酸二胺水溶液，酸洗溶液浸泡10 min后，用水清洗试样，若仍有腐蚀层可多次进行酸洗除锈过程，直到锈层完全剥离，最后用乙醇清洗，干燥后称重。

02 试验数据

试验前称重和面积测量数据、试验后称重和空白试样酸洗修正后质量损失数据见表4。试验过程样品腐蚀的典型照片见图1、图2。

表4 盐雾试验质量损失数据

图1 试验6天后腐蚀照片

图2 试验20天后腐蚀照片

03 试验数据处理

根据表4试验数据，同一批次的样品修正质量损失取平均值，得到碳钢Q235盐雾试验质量损失数据见表5。

表5 碳钢Q235盐雾试验质量损失

根据表5绘制碳钢Q235盐雾试验腐蚀失重曲线见图3。

图3 碳钢Q235盐雾试验腐蚀失重曲线

从图3可以看出在20天内腐蚀量与时间为线性关系。当碳钢Q235在海洋环境第一年腐蚀量为775.625 g/m2时，盐雾试验对应时间为16.45天。从而得到碳钢Q235在GJB 150.11A盐雾试验环境下相对于湛江市东海岛距离海岸线200 m海洋环境试验场环境的加速系数倍。

依据GB/T19292.1标准，C5级大气腐蚀环境下，碳钢的第一年腐蚀速率为（650～1500）g/（m2.a），可以计算出GJB150.11A盐雾试验相对于C5级大气腐蚀环境的加速系数在11.3～26.6之间。

根据第2节的试验和计算结果，碳钢Q235在湛江市东海岛距离海岸线200 m的海洋环境试验场长期腐蚀量模型：

（4）

式中：

t—单位为年。

根据式（4）模型可以计算海洋环境试验场长期腐蚀失重数据，并于本次盐雾试验数据进行比对见表6。从表6看出根据加速系数计算得到的海洋环境试验场长期腐蚀失重数据与GJB 150.11A试验数据吻合性较好。

表6 腐蚀模型数据与盐雾试验数据比对

结论

1）碳钢Q235在GJB 150.11A盐雾试验环境下相对于C5级大气腐蚀环境的加速系数α在11.3-26.6之间。

2）碳钢Q235在GJB 150.11A盐雾试验环境下相对于湛江市东海岛距离海岸线200 m海洋环境试验场环境，加速系数α=22.19倍。

3）碳钢Q235在GJB 150.11A盐雾试验环境下的长期腐蚀符合GB/T19292.2标准的腐蚀模型：。腐蚀模型长期腐蚀预测数据与本次盐雾试验数据误差小于6.04%。可以依据GJB 150.11A盐雾试验标准开展碳钢的海洋大气环境加速腐蚀研究。