Цели, основные принципы и общие правила проведения работ по межгосударственной стандартизации установлены ГОСТ 1.0 "Межгосударственная система стандартизации. Основные положения" и ГОСТ 1.2 "Межгосударственная система стандартизации. Стандарты межгосударственные, правила и рекомендации по межгосударственной стандартизации. Правила разработки, принятия, обновления и отмены"

1 ПОДГОТОВЛЕН Ассоциацией "Объединение участников бизнеса по развитию стального строительства" ("Ассоциация развития стального строительства") на основе собственного перевода на русский язык англоязычной версии стандарта, указанного в пункте 5

2 ВНЕСЕН Техническим комитетом по стандартизации ТК 214 "Защита изделий и материалов от коррозии, старения и биоповреждений"

3 ПРИНЯТ Межгосударственным советом по стандартизации, метрологии и сертификации (протокол от 31 августа 2022 г. N 153-П)

За принятие проголосовали:

4 Приказом Федерального агентства по техническому регулированию и метрологии от 30 сентября 2022 г. N 1030-ст межгосударственный стандарт ГОСТ ISO 9224-2022 введен в действие в качестве национального стандарта Российской Федерации с 1 июня 2023 г.

5 Настоящий стандарт идентичен международному стандарту ISO 9224:2012 "Коррозия металлов и сплавов. Коррозионная активность атмосферы. Основополагающие значения категорий коррозионной активности" ("Corrosion of metals and alloys - Corrosivity of atmospheres - Guiding values for the corrosivity categories", IDT).

ISO 9224 разработан Техническим комитетом по стандартизации ISO/TC 156 "Коррозия металлов и сплавов" Международной организации по стандартизации (ISO).

При применении настоящего стандарта рекомендуется использовать вместо ссылочных международных стандартов соответствующие им межгосударственные стандарты, сведения о которых приведены в приложении ДА

6 ВВЕДЕН ВПЕРВЫЕ

7 Часть содержания примененного международного стандарта, указанного в пункте 5, может быть объектом патентных прав

Общее понятие "категория коррозионной агрессивности", установленное в ISO 9223, соответствует техническим целям и описывает коррозионные свойства атмосфер на основе имеющихся знаний об атмосферной коррозии.

Основополагающие значения коррозионной агрессивности можно использовать для прогнозирования степени коррозионного разрушения при длительном воздействии на основе измерений коррозионного воздействия рассматриваемой внешней атмосферы в течение первого года. Эти значения также могут быть использованы для определения консервативных оценок коррозионного разрушения на основе информации об окружающей среде или оценок категории коррозионной агрессивности, как указано в ISO 9223.

Оценки коррозионного разрушения, полученные методами, описанными в настоящем стандарте, можно использовать для прогнозирования срока службы в период нормальной эксплуатации металлических компонентов и, в некоторых случаях, металлических покрытий, подвергающихся внешнему атмосферному воздействию, описанному в ISO 9223. Результаты коррозионной агрессивности можно также использовать для определения, требуются ли защитные меры, такие как покрытия, для достижения желаемого срока службы изделий. Другие применения включают выбор строительных материалов для эксплуатации под открытым небом.

Основополагающие значения коррозии используются как информация для выбора способа защиты от атмосферной коррозии согласно ISO 11303.

Основополагающие значения в настоящем стандарте основаны на большом количестве точек воздействия в мире. В то же время метод, используемый в настоящем стандарте, возможно, не охватывает всех ситуаций, встречающихся в естественном окружении и условиях эксплуатации. В частности, условия, которые приводят к существенным изменениям в окружающей среде, могут вызвать значительное увеличение или уменьшение скорости коррозии. Пользователям настоятельно рекомендуется обратиться за консультацией к квалифицированным специалистам в области внешней атмосферной коррозии в тех случаях, когда местная коррозия может оказаться важнее, чем общее разрушение. В настоящем стандарте не рассматриваются конкретные проблемы гальванической (биметаллической) коррозии, точечной коррозии, щелевой коррозии, растрескивания под действием условий окружающей среды и коррозии сварных швов на изделиях.

Настоящий стандарт устанавливает основополагающие значения коррозионного воздействия на металлы и сплавы в естественных атмосферных условиях продолжительностью более одного года. Настоящий стандарт предполагает совместное использование с ISO 9223.

Основополагающие значения коррозии для стандартных образцов строительных материалов можно использовать в инженерных расчетах. Эти значения устанавливают техническое содержание каждой отдельной категории коррозионной агрессивности для стандартных образцов металлов.

В приложении A даны примеры рассчитанного максимального коррозионного разрушения после продолжительного воздействия (до 20 лет) для шести стандартизованных категорий коррозионной агрессивности.

В приложении B представлены предполагаемые средние скорости коррозии в начале воздействия и при установившемся воздействии на стандартные образцы металлов с интервалами, соответствующими шести стандартизованным категориям коррозионной агрессивности.

В приложении C представлена процедура расчета коррозионного разрушения стали в зависимости от ее состава.

В настоящем стандарте использованы нормативные ссылки на следующие стандарты [для датированных ссылок применяют только указанное издание ссылочного стандарта, для недатированных - последнее издание (включая все изменения)].

ISO 8044, Corrosion of metals and alloys - Vocabulary (Коррозия металлов и сплавов. Словарь) <*>

ISO 9223, Corrosion of metals and alloys - Corrosivity of atmospheres - Classification, determination and estimation (Коррозия металлов и сплавов. Коррозионная активность атмосфер. Классификация, определения и оценка)

В настоящем стандарте применены термины по ISO 8044 <*>, а также следующие термины с соответствующими определениями:

--------------------------------

<*> На территории стран ЕАЭС действует ГОСТ 9.106-2021 "Единая система защиты от коррозии и старения. Коррозия металлов. Термины и определения".

3.1 основополагающее значение коррозии (guiding corrosion value): Скорости коррозии, потери массы, проникновение коррозии и другие характеристики, выражающие ожидаемое коррозионное действие атмосферных условий данной категории коррозионной агрессивности в отношении стандартных образцов металлов.

3.2 скорость коррозии после длительного воздействия (corrosion rate after extended exposure): Скорость коррозии после воздействий продолжительностью более одного года.

3.3 средняя скорость коррозии r_av (average corrosion rate): Ежегодная скорость коррозии, рассчитанная как среднее значение на первые 10 лет атмосферного воздействия на металл.

3.4 установившаяся скорость коррозии r_lin (steady-state corrosion rate): Ежегодная скорость коррозии, выведенная из длительного атмосферного воздействия на металл, не включая начальный период.

Примечание - Применительно к настоящему стандарту скорость коррозии после 10 лет воздействия считается постоянной.

Скорость коррозии металлов и сплавов под действием естественных внешних условий изменяется в зависимости от времени воздействия. Для большинства металлов и сплавов она уменьшается с течением времени воздействия ввиду скопления продуктов коррозии на поверхности рассматриваемого металла. Обычно наблюдается линейное развитие разрушения конструкционных металлов и сплавов, если построить график зависимости итогового повреждения от времени воздействия в логарифмических координатах. Эта зависимость указывает, что общее коррозионное разрушение D, выраженное как потери массы на единицу площади либо как глубина проникновения, может задаваться формулой:

где t - время воздействия, выраженное в годах;

r_corr - скорость коррозии в первый год воздействия, выраженная в граммах на квадратный метр в год [г/(м²·год)] или в микрометрах в год (мкм/год) в соответствии с ISO 9223;

b - показатель степени времени, специфичный для металла и условий окружающей среды, обычно меньше 1.

Этот метод следует использовать, чтобы спрогнозировать степень коррозии на длительный срок воздействия, а также в тех случаях, когда можно оценить степень коррозии в первый год воздействия методами, описанными в ISO 9223.

Прогноз коррозионного разрушения вычисляют подстановкой значений в формулу (1).

Соответствующее значение b выбирают или вычисляют в соответствии с разделом 7. В тех случаях, когда имеются долгосрочные данные о потерях металла, используют значение b из этих данных. В случаях, если точный состав металла неизвестен, выбирают значение B1 из таблицы 2 для рассматриваемого металла или сплава. Это значение b подставляют в формулу (1).

Значения B1 были взяты как средние показатели степени времени из анализов регрессии длительных результатов воздействия на плоскую пластинку по программе изучения атмосферных воздействий ISO CORRAG [1].

Примечание - Необходимо различать показатель степени времени b, специфичный к металлу и окружающим условиям в формуле (1), рассчитанный по данным воздействия, и значения B1 и B2, принятые или вычисленные по программе ISO CORRAG как обобщенные значения b.

Чтобы упростить расчеты, в таблицу 3 включены значения функции t^b для значений времени до 100 лет при показателях степени, равных B1. Однако для формулы (1) можно не применять продолжительность воздействия свыше 20 лет (см. раздел 7 далее по тексту: обсуждение длительных воздействий).

В случаях, когда необходимо оценить консервативное верхнее предельное значение коррозии после продолжительного воздействия, значение b, использованное в формуле (1), следует увеличить, чтобы учесть неопределенности в данных. Один из способов сделать это заключается в прибавлении двух стандартных отклонений к среднему значению, чтобы получить верхнее значение на 95%-ном доверительном интервале. Для четырех металлов, показанных в таблице 2, стандартные отклонения значений b [1] будут:

- углеродистая сталь: 0,026 0;

- цинк: 0,030 0;

- медь: 0,029 5;

- алюминий: 0,039 5.

Примечание - Оценка консервативного верхнего предельного значения коррозии после длительного воздействия основана на неопределенностях в b. Эта оценка не учитывает неопределенности в r_corr, которые определены в ISO 9223.

Значения B2 в таблице 2 включают два дополнительных стандартных отклонения и могут быть использованы для нахождения верхнего предельного значения коррозионного воздействия при использовании данных по плоской пластинке по программе ISO CORRAG. В таблице 3 также представлены рассчитанные значения для функции t^b на период до 100 лет, использующие значения B2 для b (см. раздел 7 для воздействий продолжительностью более 20 лет).

В приложении A представлено максимальное коррозионное разрушение стандартных образцов металлов, описанное в ISO 9223 для продолжительности воздействия до 20 лет для шести категорий коррозии. Эти расчеты выполнены с применением показателей степени времени, приведенных в таблице 2.

На защитную способность слоев ржавчины на сталях при атмосферных воздействиях в значительной степени влияют легирующие элементы. Стали, стойкие к атмосферным воздействиям, в частности, имеют определенные легирующие добавки для ускорения образования защитного слоя ржавчины, который формируется в ходе воздействия. Другие углеродистые и низколегированные стали значительно изменяют свои характеристики при атмосферных воздействиях в зависимости от конкретного содержания в них легирующих добавок. Метод расчета скоростей коррозии сталей относительно их состава приведен в приложении C.

Значения B1 и B2 в таблице 2 оцениваются для углеродистой стали, имеющей состав, указанный в таблице 1 [2].

Щели и укрытые участки, в которые не попадает дождь, показывают при наблюдении более значительные повреждения от коррозии, чем прогнозируемые формулой (1) при длительном воздействии. Кроме того, следует ожидать, что попадание дождевой воды на конструкции с использованием коррозионно-стойких сталей или незащищенных (без покрытия) углеродистых сталей может оставлять отложения ржавчины на открытых для дождя поверхностях и на бетоне, камне, кирпичной кладке и других пористых материалах могут образоваться пятна.

Стали, закаленные для усиления прочности при растяжении выше 1000 МПа, могут растрескиваться под действием условий окружающей среды в результате атмосферной коррозии.

Цинковые сплавы также имеют значительно отличающиеся характеристики стойкости к атмосферному воздействию. Значения B1 в таблице 2 получены на технически чистых цинковых сплавах, но другие сплавы на основе цинка показали более высокие значения b при атмосферных воздействиях [3]. Электролитические цинковые покрытия, механически нанесенные цинковые покрытия и цинковые покрытия, полученные горячим цинкованием, имеют уникальные характеристики, и при применении формулы (1) и значений B1 или B2 можно неточно спрогнозировать их характеристики. Цинковые материалы особенно восприимчивы к воздействию диоксида серы и окружающим условиям с высоким уровнем содержания этого газа (диапазон содержания диоксида серы P₃) и, вероятно, покажут более высокие скорости коррозии, чем можно предположить по формуле (1). В подобных случаях целесообразно допустить, что скорость коррозии линейно зависит от времени, т.е. b равно 1,0.

Примечание - Дополнительную информацию по применению цинковых покрытий для защиты от коррозии см. в ISO 14713-1.

Медные сплавы, такие как латунь (т.е. медно-цинковые сплавы), бронза (т.е. сплавы меди и олова), нейзильбер (т.е. медные сплавы, содержащие цинк и никель) и мельхиоры, имеют скорости атмосферной коррозии, аналогичные или немного меньше скоростей коррозии для чистой меди [4], [5]. Значения B1 и B2 в таблице 2 подходят для всех этих материалов. Латуни с содержанием цинка выше примерно 20% могут демонстрировать избирательную коррозию (обесцинкование) в агрессивных атмосферах. Двухфазные латуни наиболее восприимчивы к избирательной коррозии. Также следует отметить, что закаленные к деформации медные сплавы могут подвергаться растрескиванию под действием окружающей среды в естественных условиях, если степень их упрочнения достаточно высока.

Алюминиевые сплавы демонстрируют равномерную и местную коррозию в естественных атмосферных условиях. В результате воздействие, рассчитанное упомянутыми выше методами, может серьезно занизить максимальное проникновение, которое происходит при коррозии. Кроме того, высокопрочные, дисперсионно-твердеющие сплавы, которые содержат медь или медь-цинк в значительном количестве, могут подвергаться коррозионному расслаиванию. Изделия из алюминия, имеющие слой гальванического защитного покрытия плакирующим сплавом, нанесенный на сплав высокой прочности, обычно имеют значительно улучшенную коррозионную стойкость к атмосферным воздействиям. Также разработаны конкретные виды термообработки для высокопрочных дисперсионно-твердеющих сплавов, содержащих значительное количество меди-цинка, чтобы предотвратить коррозионное расслаивание или коррозионное растрескивание под действием напряжений. Сплавы с хорошими коррозионными характеристиками при длительном воздействии, используемые в строительстве, судостроении как конструкционные материалы, описаны в конкретных стандартах на алюминий.

Формула (1), по наблюдениям, справедлива для воздействий продолжительностью до 20 лет на металлы, подпадающие под настоящий стандарт. В то же время формула (1) основана на том, что слой продуктов коррозии увеличивается в толщину, и, следовательно, растет степень защиты в процессе воздействия. В некоторый момент времени, по истечении 20 лет, этот слой стабилизируется и скорость коррозии становится линейно-зависимой от времени, поскольку скорость потери металла становится равной скорости потери слоя продуктов коррозии. К сожалению, не имеется экспериментальных данных, которые показали бы, когда это может произойти, и не существует метода предсказания этого момента времени. Применение формулы (1) для продолжительности воздействия более 20 лет, вероятно, оправдано в большинстве случаев, особенно если воздействие незначительно превышает 20 лет.

В то же время подход, который дает максимальную оценку разрушения, заключается в предположении, что скорость коррозии становится линейно-зависимой при 20-летнем воздействии. В этом случае скорость коррозии можно рассчитать по формуле (2):

Тогда общее коррозионное разрушение будет:

В таблице 4 приведены значения для члена b·(20^b-1) для значений b, показанных в таблице 2. Формула (3) дает более высокие оценки коррозии, чем формула (1), для продолжительности воздействия свыше 20 лет, но в тех случаях, где требуется максимальная оценка коррозионного разрушения, формула (3) оправданна.

В ISO 9223 представлены диапазоны коррозионного разрушения для четырех стандартных образцов металлов после одного года воздействия атмосфер с шестью категориями коррозионной агрессивности. В данном приложении представлена детализация значений такого разрушения в различное время, чтобы продемонстрировать влияние продолжительного воздействия. Показатель степени времени B1 был использован в данном случае потому, что он отражает наиболее вероятные значения. В таблице A.1 представлены потери массы на единицу площади в граммах на квадратный метр (г/м²), а в таблице A.2 - результаты в единицах глубины проникновения в микрометрах (мкм). Алюминий исключен из таблицы A.2, поскольку коррозия алюминиевых сплавов происходит по точечному механизму. Длительное выдерживание под открытым небом показывает, что глубина проникновения точек коррозии растет относительно быстро в течение двух первых лет, но в последующие годы увеличивается незначительно.

Для некоторых технических применений можно использовать более общие основополагающие значения коррозии, определенные в интервалах средних скоростей коррозии для категорий коррозионной агрессивности. Средние скорости коррозии до 10 лет воздействия считаются соответствующими начальному периоду воздействия. Средние скорости коррозии для периодов, превышающих 10 лет, считаются установившимися скоростями коррозии. Уровень неопределенности для основополагающих значений, определенных как средние для начального и установившегося периодов, является высоким.

Рассчитанные диапазоны средних скоростей коррозии основаны на методе вычисления, соответствующем настоящему стандарту: они выведены из скоростей коррозии в первый год для шести категорий коррозионной агрессивности в соответствии с ISO 9223. Эти значения представляют обобщенную информацию по основополагающим значениям коррозии для шести категорий коррозионной агрессивности.

В тех случаях, когда состав стали известен или определяется либо из технических условий, либо из составов усредненной партии, можно использовать формулу (C.1), чтобы рассчитать значение b для использования в формуле (1).

где b_a - значение b, специфичное для легирующих добавок при неморских воздействиях;

b_i - множитель для i-го легирующего элемента;

w_i - массовая доля i-го легирующего элемента.

Формула (C.1) основана на данных ASTM G101 [6]. Значение 0,569 является средним значением b для чистого железа в трех условиях неморского воздействия [7], [8]. Стандартное отклонение этого значения составляет 0,029. Значения b для легирующих элементов, которые вносят значительный вклад в отложение слоев ржавчины на стали, приведены в таблице C.1. Другие легирующие элементы могут иметь меньшее влияние на защиту со стороны слоя ржавчины, но их универсального влияния не обнаружено, поэтому в данный метод они не включены.

В морских атмосферах осаждение хлоридов снижает защитную способность слоев ржавчины. Степень осаждения хлоридов значительно меняется с расстоянием, в зависимости от расстояния от прибойной волны и ее агрессивности, направления и скорости ветра, ориентации поверхности и размера объекта, наличия препятствий, которые влияют на циркуляцию воздуха, и от множества других факторов. Приблизительный уровень осаждения хлоридов можно получить, используя технику хлоридной свечки, описанную в ISO 9225. С помощью этого способа было обнаружено следующее отношение между увеличением значения b, , и скоростью осаждения хлоридов S_d:

где - увеличение значения b;

S_d - скорость осаждения хлорид-ионов, выраженная в миллиграммах на квадратный метр в сутки [мг/(м² x сутки)].

Данные, использованные для вывода формулы (C.2), взяты из публикаций, в которых 19 сталей были помещены в девять морских условий с различными степенями осаждения хлоридов [9], [10], [11]. Значения , рассчитанные по формуле (C.2), имели коэффициент вариации (стандартное отклонение, деленное на значение), равный 27%.

Прибавление двух стандартных отклонений, показанное в разделе 5, должно включаться в расчет значений b, если желательно определить консервативное верхнее предельное значение коррозионного повреждения.

--------------------------------

<1> На территории стран ЕАЭС действует ГОСТ 9.106-2021 "Единая система защиты от коррозии и старения. Коррозия металлов. Термины и определения".