镀锌钢在不同大气环境中的腐蚀行为

杨海洋,丁国清,黄桂桥,刘凯吉,杨朝晖

(钢铁研究总院 青岛海洋腐蚀研究所，青岛 266071)

试验研究

镀锌钢在不同大气环境中的腐蚀行为

杨海洋,丁国清,黄桂桥,刘凯吉,杨朝晖

(钢铁研究总院 青岛海洋腐蚀研究所，青岛 266071)

通过镀锌钢在全国13个大气腐蚀试验站8 a的现场暴露试验，观察了镀锌钢的表面形貌，进行了表面评级，测试了腐蚀速率，并计算了碳钢与镀锌钢的腐蚀速率比值。结果表明:所有镀锌钢板均出现表面变暗的现象，在拉萨、敦煌等站其表面变化较小，在青岛、江津等站其腐蚀较为严重，表面存在一定程度的锈蚀，在万宁站其表面锈蚀最严重；在13个站点镀锌钢的腐蚀速率由大到小依次为万宁>武汉>青岛>沈阳>广州>江津>北京>琼海>西双版纳>库尔勒>漠河>敦煌>拉萨；通过计算，碳钢与镀锌钢的腐蚀速率之比为9.2～2 000.0。在实际应用中，镀锌钢在不同环境中的厚度应不同。

镀锌钢;大气环境;数据分析

研究和实践表明[1-6]，锌镀层能大幅提高钢基体抗大气环境腐蚀的能力。镀锌层对钢基体防护作用主要有锌对钢基体的阴极保护作用以及锌所生成的氧化物、氢氧化物和各种碱式盐等腐蚀产物对腐蚀的抑制作用。使用环境是影响镀锌层防护性能的主要因素之一[7]，大气环境可分为乡村大气、城市大气、工业大气和海洋大气，在不同环境中，腐蚀产物的组成不同，最终造成镀锌板腐蚀速率不同。

目前，有关镀锌层在不同环境中的腐蚀速率等相关数据以模拟试验[8-9]所得数据为主，而有关其在实际工作环境中的腐蚀速率相关数据较少。本工作观察了在武汉、库尔勒、北京、万宁、江津、拉萨、漠河、敦煌、西双版纳、青岛、沈阳、广州、琼海等全国13个大气环境腐蚀试验站暴露8 a的镀锌板试样，并对其进行了腐蚀评级，研究镀锌层在实际大气环境中的腐蚀规律。

1 试验

将镀锌板试样置于全国13个大气环境腐蚀试验站中，进行为期8 a的大气环境暴露试验。试样涂装体系为镀锌(钝化)，试样尺寸为200 mm×100 mm，包边处理，镀锌层施镀量为275 g/m2，无锌花。大气环境暴露试验后，观察镀锌板试样的腐蚀形貌并计算其腐蚀速率。

所有镀锌板试样统一制备，分别在武汉、库尔勒、北京、万宁、江津、拉萨、漠河、敦煌、西双版纳、青岛、沈阳、广州、琼海等13个国家大气腐蚀试验站投样。各试验站的气象及环境因素见表1。

表1 大气腐蚀试验站的环境因素

镀锌板试样暴露试验参照GB/T 14165-1996《金属和合金 大气腐蚀试验 现场实验的一般要求》；试验后的试样评级参照GB/T 6461-2002《金属基体上金属和其他无机覆盖层经腐蚀试验后的试样和时间的评级》；试样处理参照GB/T 16465-1996《金属和合金的腐蚀 腐蚀试样上腐蚀产物的清除》。

2 结果与讨论

2.1 腐蚀形貌与表面评级

由图1可见，所有镀锌板试样表面均变暗，腐蚀较轻的试样(如拉萨站、敦煌等站的试样)表面无锈蚀，表面变暗不明显；腐蚀较为严重的试样(如青岛站、江津等站的试样)表面存在一定程度的锈蚀，而腐蚀最为严重的试样(如万宁站的试样)表面严重锈蚀，出现开裂、鼓泡等现象。相关的表面评级结果见表2。

2.2 腐蚀速率

(a) 武汉 (b) 库尔勒(c) 北京(d) 琼海 (e) 江津

(f) 拉萨 (g) 漠河 (h) 敦煌 (i) 西双版纳 (j) 沈阳

(k) 青岛 (l) 广州 (m) 万宁图1 镀锌板试样在13个试验站经8 a大气环境暴露试验后的表面形貌Fig. 1 Surface morphology of galvanized samples in 13 test stations after 8 a atmospheric exposure test

表2 镀锌板试样在13个试验站经8 a大气环境暴露试验后的表面评级

表3 镀锌钢与碳钢在13个试验站8 a大气环境暴露试验后的腐蚀数据

由表3可见，镀锌板试样在13个站点的腐蚀速率有大到小，依次为万宁>武汉>青岛>沈阳>广州>江津>北京>琼海>西双版纳>库尔勒>漠河>敦煌>拉萨，其中镀锌板试样在万宁站腐蚀最严重，腐蚀速率为17.175 μm·a-1，镀锌板试样在拉萨站、敦煌站、漠河站、库尔勒站腐蚀较轻，腐蚀速率为0.001～0.035 μm·a-1。而西双版纳、琼海、青岛、武汉等站点的腐蚀速率适中，为0.125～1.040 μm·a-1。碳钢与镀锌钢的腐蚀速率之比为9.2～2 000.0，其中在沈阳、武汉、青岛、广州、西双版纳、北京的比值较小，在琼海和江津的比值居中，在漠河、敦煌、库尔勒和拉萨的比值较高。

试验结果表明:在库尔勒、拉萨、漠河以及敦煌等试验站点镀锌板腐蚀较轻，主要由于这些站点气候干燥且污染物较少，在镀锌层表面难以形成电化学腐蚀薄液膜，腐蚀层的形成更加困难，其生成腐蚀产物的时间更长，腐蚀相对较轻；西双版纳、琼海和北京次之，西双版纳试验站属于季雨林气候，琼海试验站属于北热带湿润区强村气候，而北京试验站属于暖温带亚湿润区半乡村气候，它们存在一定的湿度和污染物影响，但影响适中；而在典型海洋性大气环境或工业大气环境中，由于侵蚀性的Cl-和腐蚀性的SO2气体，Cl-的沉积会加速锌的腐蚀，而在潮湿环境中，锌和SO2会相互作用生成Zn2+和SO42-，推动电化学腐蚀过程的发生。镀锌板试样在属于工业大气环境的武汉、沈阳、广州、江津以及属于海洋大气环境的青岛、万宁均有比较严重的腐蚀，而其中腐蚀最严重的是在万宁站的镀锌板试样，其表面已失去保护作用，基体已被腐蚀。因此，针对不同的环境设计镀锌层的厚度应该不同，在腐蚀严重的地区，应适当增加镀锌层厚度避免出现基体的锈蚀或开裂现象。

3 结论

(1) 经8 a大气环境暴露试验后，13个站点的镀锌板试样表面均变暗，腐蚀较轻的如拉萨、敦煌等站的试样表面无锈蚀，表面变暗不明显，腐蚀较严重的如青岛、江津等站的试样表面存在一定程度的锈蚀，腐蚀最严重是在万宁站的试样，其表面严重锈蚀，出现开裂、鼓泡等现象。

(2) 13个站点腐蚀速率由大到小依次为万宁>武汉>青岛>沈阳>广州>江津>北京>琼海>西双版纳>库尔勒>漠河>敦煌>拉萨。

(3) 碳钢Q235B与镀锌钢的腐蚀速率之比为9.2～2 000.0，其中沈阳、武汉、青岛、广州、西双版纳、北京的比值较小，琼海和江津居中，漠河、敦煌、库尔勒和拉萨比值较高。

(4) 针对不同的使用环境，镀锌层的厚度应该不同，在腐蚀严重的地区，应适当增加镀锌层厚度避免出现基体的锈蚀或开裂现象。

致谢:本文所获的数据是由北京621所、钢铁研究总院青岛海洋腐蚀研究所、武汉材料保护研究所、重庆五九所、中国电器科学研究院、中国科学院金属研究所等多家单位长期工作的结果，成果属于全体工作人员。

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Corrosion Behavior of Galvanized Steels in Different Atmospheric Environments

YANG Haiyang, DING Guoqing, HUANG Guiqiao, LIU Kaiji, YANG Zhaohui

(Qingdao Marine Corrosion Institute, Central Research Institute of Iron and Steel, Qingdao 266071, China)

Galvanized steels were exposed in 13 atmospheric sites in China for 8 a, the surface morphology was observed, surface rating was carried out, corrosion rate was tested and the corrosion rate ratio of carbon steel to galvanized steels was calculated. The results showed that the surface of all galvanized steels got dark, the change was little in Lasa and Dunhuang, but rusting appeared in Qingdao and Jiangjin and the most serious corrosion appeared in Wanning. The order of corrosion rate in 13 sites was: Wanning>Wuhan>Qingdao>Shenyang>Guangzhou>Jiangjin>Beijing>Qionghai>Xishuangbanna>Kuerle>Mohe>Dunhuang>Lasa. By calculating, the corrosion rate ratio of carbon steel to galvanized steels was between 9.2 to 2 000.0. In practical application, the thickness of galvanized steel should be different for the different environmental conditions.

galvanized steel; atmospheric environment; data analysis

10.11973/fsyfh-201705011

2015-10-22

国家科技基础条件平台项目(2005DKA10400)

杨海洋(1982-)，工程师，硕士，从事海洋环境腐蚀与防护相关工作,13864220632,yanghaiyang2001@sina.com

TG172

A

1005-748X(2017)05-0369-03