用實地數據幫你選材：不銹鋼與其它建筑常用金屬耐腐蝕性比較

建筑師、業主、結構工程師和其它選材人員經常會遇到金屬材料的選用問題。選材決策需要科學的數據，而不能僅憑經驗。如果選錯了材料而出現問題，不僅名譽受損，還要付出高昂的代價來修正。

　　要預測某種金屬在外部應用環境、土壤或混凝土中的性能表現，需要了解影響腐蝕的各種因素。遺憾的是，較難獲得可靠的不同金屬間的比較性腐蝕數據。本文對已公布的比較不同金屬性能及應用環境的數據和其它選擇標準進行了總結，便于選材人員利用現有的研究成果。

　　大氣腐蝕

　　在選用金屬材料時，必須考慮大氣污染物、風攜帶的海水鹽份、除冰鹽、溫度、濕度和降水量等因素。相距不過幾公里的不同地點，可能由于局部污染和風向等原因而具有不同程度的腐蝕性。

　　腐蝕需要有雨水、潮濕氣、凝結水或霧氣等水分存在，才會發生。因此，干燥的氣候條件腐蝕性較弱。如果設計方案利用了雨水的自然清洗能力，即便是特別潮濕的氣候條件，腐蝕性也可能較弱。輕微的降雨、高濕度或霧氣帶來的經常性的少量水分，與材料表面的腐蝕性沉積物結合，就會在表面形成一層高腐蝕性的潮濕膜。較高的溫度通常也會加快腐蝕速度。

　　使用環境

　　使用環境可分為鄉村、城市、工業或海洋環境。在每種環境中，都存在高、中、低水平的腐蝕風險，這些風險水平取決于降雨量、空氣溫度、污染和其它因素。在評估任何環境時，都要考慮所在區域的未來發展情況。

　　沒有兩種環境是完全相同的。試驗數據和表1所示的指導原則，為污染水平和氣候條件相似的地區提供了一般性的指導意見。

　　鄉村地區不受工業污染、沿海大氣條件或除冰鹽的影響。低人口密度和無污染輕工業的郊區也可以歸為鄉村環境。工業污染的遷移也會使原本為鄉村環境的地區其分類發生改變。

　　城市地區的污染水平為輕度至中度，主要來自交通工具和類似的來源，但也可能受到大量除冰鹽的影響。例如居民區、商業區和輕工業區屬城市地區。

　　工業地區存在中度至重度的大氣污染，污染通常是來自火電廠和化工廠的硫氧化物和氮氧化物。煙灰或氧化鐵等顆粒物的存在，會使這類地區的腐蝕性更強。

　　沿海和海洋地區通常暴露在鹽霧和干鹽粒的氯化物條件下,濕度水平決定了發生腐蝕的可能性。在中等至高濕度的條件下，鹽會吸收空氣中的水分在材料表面形成一種腐蝕性的潮濕薄膜，甚至在通常的干燥條件下也如此。高鹽濃度與高環境溫度和中等濕度相結合，會形成最具腐蝕性的環境條件。通常，距海水9公里至18公里的地區被認為存在與氯化物相關的腐蝕風險。海洋環境若存在腐蝕性工業污染，則發生腐蝕的可能性更高。

　　噴灑在街道地面的除冰鹽會污染附近的土壤，并會在道路霧氣和風力作用下，遷移到很遠的地方。人們在距繁忙的高速公路數百英尺的12層高樓上發現了除冰鹽。當鹽份與中等到高濕度環境、小雨或霧氣中的水份結合時，會形成一層腐蝕性潮濕薄膜。暴露在除冰鹽環境的地區可能比沿海地區更具腐蝕性，因為前者的鹽濃度普遍更高。金屬的性能表現取決于其對氯化物腐蝕的敏感性和清洗的頻率。

　　被遮蔽的外部應用環境（如建筑物屋檐）可能比暴露在外的環境腐蝕性更強。含有腐蝕性硫化物、海鹽、除冰鹽、氧化鐵和其它污染物的大氣灰塵會在這些區域聚積。如果不經常清洗這些被遮蔽的區域去除腐蝕性灰塵，而且濕度為中等到高，則這些部位易于發生腐蝕。

　　大氣腐蝕試驗

　　世界各地都進行過各種應用環境下的金屬腐蝕性能比較試驗。以碳鋼為標準樣品對這些試驗地點的腐蝕性進行了比較。表2給出了標準樣品在北美試驗地點的腐蝕率數據。盡管某些地點處于經常使用除冰鹽的地區，但樣品并未暴露于除冰鹽之下。

　　表3至表6的數據來自于日本、巴拿馬、Kure 海灘（北卡萊羅納州）和南非的試驗地點。可利用這些數據在類似環境中選擇適當的金屬材料，進行生命周期成本分析。

　　以下照片所示的大氣腐蝕試驗樣品位于Corrosion Technology公司的LaQue研究中心，它是位于北卡羅萊納州Kure Beach 的國際著名腐蝕研究機構。這些樣品一直暴露在外，僅靠雨水沖洗。除特殊注明外，這些樣品均位于距海洋平均高潮250 米（800 英尺）的地方。

　　土壤的腐蝕

　　影響土壤腐蝕性的因素有很多，包括土壤類型、質地、滲透性、礦物成份、氣候、水份、地下水位深度、電阻率、可溶性離子含量、微生物、氧化還原電位和土壤pH值等。通常，腐蝕性最強的土壤是那些pH值最低、氯化物和硫酸鹽含量最高、及排水不良的土壤。通常使用土壤探測棒來評估土壤的腐蝕電位。

　　鑄鐵在多種土壤中使用壽命達到了100年，但是如果土壤中含有高濃度的有機分解物質、堿、鹽及采礦、工業及市政垃圾，則會腐蝕鑄鐵。多項研究表明，自20世紀60年代以來，因腐蝕導致鑄鐵管滲漏的情況呈上升趨勢，這常常與除冰鹽使用量的增加有關。研究發現的一些最重要的影響因素包括：電阻率、氯化物含量以及雜散電流。

　　陰極保護和涂層能夠防止埋地鋼結構的外部腐蝕，但涂層損壞、劣化、缺陷或缺乏有效陰極保護則會導致鋼結構失效。涂層劣化現象在粘土含量高、有土壤運動或沉降的土壤中最常見。高溫或陰極保護過度，也可能加速涂層的劣化。

　　NIST曾經在多種土壤中對未采取保護措施的不銹鋼進行試驗。304和316不銹鋼在大多數土壤中都具有很高的耐點蝕和耐均勻腐蝕性能。在腐蝕性較強（如氯化物含量較高）的土壤中，304不銹鋼易發生點蝕，但316不銹鋼在包括潮汐沼澤和粘土在內的所有試驗土壤內均表現出良好的耐蝕性。316不銹鋼僅在被海水淹沒的海濱砂土土壤中發生了點蝕。

　　嵌入混凝土的金屬

　　現在，人們對延長混凝土結構的使用壽命越來越感興趣。美國技術評估局認為，與腐蝕有關的鋼筋混凝土橋面板性能劣化是一個“嚴重的全國性問題。在美國，每年有5000多座橋梁在建或重建，有超過20萬座的橋梁面臨嚴重的問題。而歐洲、加拿大和美國的州級和國家級公路交通部門組織開展了很多現場和實驗室鋼筋試驗。

　　美國聯邦公路管理局進行了一項為期5年的研究，旨在找到一種在75至100年內不需要進行腐蝕維修的鋼筋材料。他們對熱軋棒材、環氧樹脂涂層棒材、不銹鋼、包銅鋼、鍍鋅鋼和噴涂金屬復合鋼進行了試驗。316不銹鋼的腐蝕率比熱軋棒材低800倍。他們得出的結論是，在因腐蝕造成的損壞很難修復或修復成本高昂的地點，應當考慮采用316不銹鋼，如交通量較大的停車場、海堤、碼頭、隧道以及橋梁。其它研究得出的結果與此類似。

　　根據橋梁的規模和復雜程度的不同，采用不銹鋼鋼筋使項目的初期成本增加了1%至20%。但如果將維修成本和交通中斷的成本考慮在內，則對于氯化物環境中的應用，不銹鋼在100年的使用壽命中，生命周期成本大大降低。

　　專業人士所面臨的一項挑戰，是選擇一種金屬和表面處理，它能夠在20年、50年甚至100年的時間里持續滿足客戶對功能和美觀的要求。必須進行仔細的地點評估，并對現有腐蝕數據進行分析，同時考慮項目的成本限制、生命周期成本、所要求的使用壽命、維護和外觀期望。