用实地数据帮你选材：不锈钢与其它建筑常用金属耐腐蚀性比较

建筑师、业主、结构工程师和其它选材人员经常会遇到金属材料的选用问题。选材决策需要科学的数据，而不能仅凭经验。如果选错了材料而出现问题，不仅名誉受损，还要付出高昂的代价来修正。

　　要预测某种金属在外部应用环境、土壤或混凝土中的性能表现，需要了解影响腐蚀的各种因素。遗憾的是，较难获得可靠的不同金属间的比较性腐蚀数据。本文对已公布的比较不同金属性能及应用环境的数据和其它选择标准进行了总结，便于选材人员利用现有的研究成果。

　　大气腐蚀

　　在选用金属材料时，必须考虑大气污染物、风携带的海水盐份、除冰盐、温度、湿度和降水量等因素。相距不过几公里的不同地点，可能由于局部污染和风向等原因而具有不同程度的腐蚀性。

　　腐蚀需要有雨水、潮湿气、凝结水或雾气等水分存在，才会发生。因此，干燥的气候条件腐蚀性较弱。如果设计方案利用了雨水的自然清洗能力，即便是特别潮湿的气候条件，腐蚀性也可能较弱。轻微的降雨、高湿度或雾气带来的经常性的少量水分，与材料表面的腐蚀性沉积物结合，就会在表面形成一层高腐蚀性的潮湿膜。较高的温度通常也会加快腐蚀速度。

　　使用环境

　　使用环境可分为乡村、城市、工业或海洋环境。在每种环境中，都存在高、中、低水平的腐蚀风险，这些风险水平取决于降雨量、空气温度、污染和其它因素。在评估任何环境时，都要考虑所在区域的未来发展情况。

　　没有两种环境是完全相同的。试验数据和表1所示的指导原则，为污染水平和气候条件相似的地区提供了一般性的指导意见。

　　乡村地区不受工业污染、沿海大气条件或除冰盐的影响。低人口密度和无污染轻工业的郊区也可以归为乡村环境。工业污染的迁移也会使原本为乡村环境的地区其分类发生改变。

　　城市地区的污染水平为轻度至中度，主要来自交通工具和类似的来源，但也可能受到大量除冰盐的影响。例如居民区、商业区和轻工业区属城市地区。

　　工业地区存在中度至重度的大气污染，污染通常是来自火电厂和化工厂的硫氧化物和氮氧化物。烟灰或氧化铁等颗粒物的存在，会使这类地区的腐蚀性更强。

　　沿海和海洋地区通常暴露在盐雾和干盐粒的氯化物条件下,湿度水平决定了发生腐蚀的可能性。在中等至高湿度的条件下，盐会吸收空气中的水分在材料表面形成一种腐蚀性的潮湿薄膜，甚至在通常的干燥条件下也如此。高盐浓度与高环境温度和中等湿度相结合，会形成最具腐蚀性的环境条件。通常，距海水9公里至18公里的地区被认为存在与氯化物相关的腐蚀风险。海洋环境若存在腐蚀性工业污染，则发生腐蚀的可能性更高。

　　喷洒在街道地面的除冰盐会污染附近的土壤，并会在道路雾气和风力作用下，迁移到很远的地方。人们在距繁忙的高速公路数百英尺的12层高楼上发现了除冰盐。当盐份与中等到高湿度环境、小雨或雾气中的水份结合时，会形成一层腐蚀性潮湿薄膜。暴露在除冰盐环境的地区可能比沿海地区更具腐蚀性，因为前者的盐浓度普遍更高。金属的性能表现取决于其对氯化物腐蚀的敏感性和清洗的频率。

　　被遮蔽的外部应用环境（如建筑物屋檐）可能比暴露在外的环境腐蚀性更强。含有腐蚀性硫化物、海盐、除冰盐、氧化铁和其它污染物的大气灰尘会在这些区域聚积。如果不经常清洗这些被遮蔽的区域去除腐蚀性灰尘，而且湿度为中等到高，则这些部位易于发生腐蚀。

　　大气腐蚀试验

　　世界各地都进行过各种应用环境下的金属腐蚀性能比较试验。以碳钢为标准样品对这些试验地点的腐蚀性进行了比较。表2给出了标准样品在北美试验地点的腐蚀率数据。尽管某些地点处于经常使用除冰盐的地区，但样品并未暴露于除冰盐之下。

　　表3至表6的数据来自于日本、巴拿马、Kure 海滩（北卡莱罗纳州）和南非的试验地点。可利用这些数据在类似环境中选择适当的金属材料，进行生命周期成本分析。

　　以下照片所示的大气腐蚀试验样品位于Corrosion Technology公司的LaQue研究中心，它是位于北卡罗莱纳州Kure Beach 的国际著名腐蚀研究机构。这些样品一直暴露在外，仅靠雨水冲洗。除特殊注明外，这些样品均位于距海洋平均高潮250 米（800 英尺）的地方。

　　土壤的腐蚀

　　影响土壤腐蚀性的因素有很多，包括土壤类型、质地、渗透性、矿物成份、气候、水份、地下水位深度、电阻率、可溶性离子含量、微生物、氧化还原电位和土壤pH值等。通常，腐蚀性最强的土壤是那些pH值最低、氯化物和硫酸盐含量最高、及排水不良的土壤。通常使用土壤探测棒来评估土壤的腐蚀电位。

　　铸铁在多种土壤中使用寿命达到了100年，但是如果土壤中含有高浓度的有机分解物质、碱、盐及采矿、工业及市政垃圾，则会腐蚀铸铁。多项研究表明，自20世纪60年代以来，因腐蚀导致铸铁管渗漏的情况呈上升趋势，这常常与除冰盐使用量的增加有关。研究发现的一些最重要的影响因素包括：电阻率、氯化物含量以及杂散电流。

　　阴极保护和涂层能够防止埋地钢结构的外部腐蚀，但涂层损坏、劣化、缺陷或缺乏有效阴极保护则会导致钢结构失效。涂层劣化现象在粘土含量高、有土壤运动或沉降的土壤中最常见。高温或阴极保护过度，也可能加速涂层的劣化。

　　NIST曾经在多种土壤中对未采取保护措施的不锈钢进行试验。304和316不锈钢在大多数土壤中都具有很高的耐点蚀和耐均匀腐蚀性能。在腐蚀性较强（如氯化物含量较高）的土壤中，304不锈钢易发生点蚀，但316不锈钢在包括潮汐沼泽和粘土在内的所有试验土壤内均表现出良好的耐蚀性。316不锈钢仅在被海水淹没的海滨砂土土壤中发生了点蚀。

　　嵌入混凝土的金属

　　现在，人们对延长混凝土结构的使用寿命越来越感兴趣。美国技术评估局认为，与腐蚀有关的钢筋混凝土桥面板性能劣化是一个“严重的全国性问题。在美国，每年有5000多座桥梁在建或重建，有超过20万座的桥梁面临严重的问题。而欧洲、加拿大和美国的州级和国家级公路交通部门组织开展了很多现场和实验室钢筋试验。

　　美国联邦公路管理局进行了一项为期5年的研究，旨在找到一种在75至100年内不需要进行腐蚀维修的钢筋材料。他们对热轧棒材、环氧树脂涂层棒材、不锈钢、包铜钢、镀锌钢和喷涂金属复合钢进行了试验。316不锈钢的腐蚀率比热轧棒材低800倍。他们得出的结论是，在因腐蚀造成的损坏很难修复或修复成本高昂的地点，应当考虑采用316不锈钢，如交通量较大的停车场、海堤、码头、隧道以及桥梁。其它研究得出的结果与此类似。

　　根据桥梁的规模和复杂程度的不同，采用不锈钢钢筋使项目的初期成本增加了1%至20%。但如果将维修成本和交通中断的成本考虑在内，则对于氯化物环境中的应用，不锈钢在100年的使用寿命中，生命周期成本大大降低。

　　专业人士所面临的一项挑战，是选择一种金属和表面处理，它能够在20年、50年甚至100年的时间里持续满足客户对功能和美观的要求。必须进行仔细的地点评估，并对现有腐蚀数据进行分析，同时考虑项目的成本限制、生命周期成本、所要求的使用寿命、维护和外观期望。