在耐候鋼的性能評(píng)價(jià)上,通常有兩個(gè)不同的目的。一個(gè)是以產(chǎn)品的開(kāi)發(fā)或確定產(chǎn)品的性能為目的,來(lái)評(píng)價(jià)耐候性的優(yōu)劣,暫且把它稱(chēng)為材料試驗(yàn)。并且,用同一材料把各地大氣的腐蝕性進(jìn)行分級(jí)的場(chǎng)合大多數(shù)也用相對(duì)試驗(yàn),試驗(yàn)的性質(zhì)與材料試驗(yàn)相同。
另一個(gè)是以獲得耐候鋼某一具體用途時(shí)的性能,確定腐蝕減量等的絕對(duì)值為目的。這比材料試驗(yàn)更難,暫且把它稱(chēng)為實(shí)用試驗(yàn)。
耐候鋼最常用的試驗(yàn)方法是標(biāo)準(zhǔn)試驗(yàn)臺(tái)的大氣暴曬試驗(yàn)。這種方法在20世紀(jì)初已被用于ASTM的暴曬試驗(yàn)上(參照2.1.1節(jié)),從那時(shí)以來(lái)幾乎沒(méi)有變更,現(xiàn)在仍在使用。為了有效地利用過(guò)去積累下來(lái)的被視為知識(shí)財(cái)富的暴曬試驗(yàn)數(shù)據(jù),寧可不改變?cè)囼?yàn)方法。所以,這種試驗(yàn)方法過(guò)去從來(lái)沒(méi)有成為變更的研究對(duì)象。標(biāo)準(zhǔn)的方法在JIS和ASTM標(biāo)準(zhǔn)中已經(jīng)規(guī)定。
如果能在幾個(gè)有代表性的地區(qū)進(jìn)行暴曬試驗(yàn)的話,就能充分達(dá)到材料試驗(yàn)的目的,問(wèn)題是需要數(shù)年以上的時(shí)間,因此提出了加速試驗(yàn)法。如后面所敘述的那樣,雖然很少但是還是有加速試驗(yàn)法的研究,可是在實(shí)際應(yīng)用上幾乎沒(méi)有被采用。
標(biāo)準(zhǔn)暴曬試驗(yàn),作為實(shí)用試驗(yàn)除了需要時(shí)間以外還存在兩個(gè)問(wèn)題。第一問(wèn)題是,耐候鋼的性能雖然受暴露形狀的影響很大,但是標(biāo)準(zhǔn)暴曬試驗(yàn)卻不能把它反映出來(lái)。影響暴露形狀的因素主要有雨水洗滌的程度、雨后的干燥時(shí)間以及不同的形狀。標(biāo)準(zhǔn)暴曬試驗(yàn)中,試片的上面洗凈、干燥都處于最佳條件,即使在鹽分濃度極高的海岸也十分穩(wěn)定。與此相反,試片的下面雖然被雨潤(rùn)濕但是受不到洗凈作用,干燥時(shí)間也長(zhǎng),處于最差的條件。不管條件如何,所得的數(shù)據(jù)是試片兩個(gè)面的平均值。
關(guān)于暴露形狀對(duì)性能是如何影響的研究結(jié)果在2.4.2節(jié)敘述,總之,標(biāo)準(zhǔn)暴曬試驗(yàn)結(jié)果在實(shí)用條件下的性能評(píng)價(jià)不能照原樣使用。可是了解某地區(qū)耐候鋼的性能最基本的數(shù)據(jù)是標(biāo)準(zhǔn)暴曬試驗(yàn)結(jié)果,以此作為基礎(chǔ)在一定程度上可以推斷在實(shí)用條件下的行為,確實(shí)是最重要的依據(jù)。
另一個(gè)問(wèn)題,大氣環(huán)境由于場(chǎng)所或時(shí)間是千差萬(wàn)別的,試驗(yàn)數(shù)據(jù)只不過(guò)是限定了場(chǎng)所或時(shí)間的暴曬試驗(yàn)結(jié)果。主要影響耐候鋼性能的是SOx和海鹽粒子濃度,根據(jù)日本的現(xiàn)狀來(lái)看只考慮后者就可以了,如在2.4.2節(jié)詳細(xì)敘述的那樣其影響的程度也可以定量地求出來(lái),這樣有關(guān)標(biāo)準(zhǔn)暴曬試驗(yàn)上的問(wèn)題都已解決。
加速試驗(yàn)即使有了好的方法,在其性質(zhì)上也是為了材料試驗(yàn),只用這種方法不能提供實(shí)用條件下的性能數(shù)據(jù)。為了從加速試驗(yàn)結(jié)果求出實(shí)用條件下腐蝕的絕對(duì)值,需要求出加速倍率。為了求出加速倍率,還需要進(jìn)行實(shí)用條件下的試驗(yàn)。
1967年(昭和42年),日本鋼結(jié)構(gòu)協(xié)會(huì)防銹防蝕分會(huì)的下屬機(jī)構(gòu)設(shè)置了耐候試驗(yàn)法研究班。它的目的是“研究調(diào)查能夠在短期間用加速試驗(yàn)評(píng)價(jià)鋼結(jié)構(gòu)物防銹涂漆的耐久性、耐候鋼及其他基體鋼材的耐候性等。”7年的活動(dòng)結(jié)束后,于1974年(昭和49年)發(fā)表了“JSSC耐候加速試驗(yàn)法”。
作為裸鋼材的加速試驗(yàn)機(jī)應(yīng)具有如下4個(gè)特性:(1)有促進(jìn)速度;(2)鋼種間的腐蝕量順序與大氣暴曬下的順序相同;(3)銹的組成相同;(4)有再現(xiàn)性。可是為(1)和(3)是相反的,所以把盡可能近似(3),滿(mǎn)足(1)、(2)、(4)的性能作為目標(biāo),研究了在適當(dāng)?shù)臈l件下使用市售的一般加速試驗(yàn)機(jī)的情況。
完成的試驗(yàn)方法大致區(qū)分為海岸地區(qū)、海岸工業(yè)地區(qū)、城市及城市工業(yè)地區(qū),分別與各地區(qū)的條件對(duì)應(yīng)。其特征是在碳素鋼和耐候鋼的腐蝕量上有明顯的差別,促進(jìn)速度在10倍以上,6周以?xún)?nèi)出結(jié)果。
加速試驗(yàn)分為A法和B法,和實(shí)際大氣暴曬試驗(yàn)結(jié)果的對(duì)應(yīng)性上沒(méi)有等級(jí)差別。A法是6星期的表露型試驗(yàn),海岸地區(qū)用0.5%NaCl煙霧劑;海岸工業(yè)地區(qū)用0.5%NaCl霧劑+40×10-4%SO2;城市及城市工業(yè)地區(qū)使用40×10-4%SO2.B法是把兩個(gè)以上的試驗(yàn)組合起來(lái)進(jìn)行6個(gè)周期。海岸地區(qū)用5%NaCl鹽水噴霧24h+耐候老化試驗(yàn)88h;海岸工業(yè)地區(qū)用5%NaCl鹽水噴霧24h+100×10-4% SO2試驗(yàn)24h+耐候老化試驗(yàn)66h.城市及城市工業(yè)地區(qū)用100×10-4% SO2試驗(yàn)24h+耐候老化試驗(yàn)88小時(shí)。
根據(jù)發(fā)表的圖粗略地讀取碳素鋼/耐候鋼的腐蝕比時(shí),大致是1.2~1.6,表明和大氣暴曬試驗(yàn)結(jié)果完全一致.加速促進(jìn)倍率都在10倍以上。為了得到高的促進(jìn)倍率,采取了一邊把潤(rùn)濕時(shí)間/干燥時(shí)間的比保持接近于和自然大氣同等的1:4的一定比率,一邊提高周期的反復(fù)頻度的方針。
該試驗(yàn)法雖然可以測(cè)試在各個(gè)地區(qū)耐候鋼比碳素鋼腐蝕減輕到何種程度,能夠判定某種耐候鋼是否具有耐候性,可是對(duì)具備了耐候性的耐候鋼種之間的優(yōu)劣能否區(qū)別,在報(bào)告書(shū)中沒(méi)有敘述。從數(shù)據(jù)的狀態(tài)來(lái)看,如果在耐候性上沒(méi)有相當(dāng)差別的話,好像是不能夠區(qū)別。
這個(gè)方法以后沒(méi)有被實(shí)用。因?yàn)槟秃蜾撛贘IS標(biāo)準(zhǔn)中已經(jīng)規(guī)格化,能夠?qū)嵱玫木褪窃撘?guī)格范圍內(nèi)的內(nèi)容,所以知道了耐候性的程度。另外,這個(gè)方法把環(huán)境只劃分了3個(gè)地區(qū),根據(jù)試驗(yàn)結(jié)果不能預(yù)測(cè)其他環(huán)境下的耐候性或者特定場(chǎng)所下的腐蝕率。根據(jù)這些理由,我認(rèn)為此法沒(méi)有被利用的機(jī)會(huì)。
1966年(昭和41年)比利時(shí)腐蝕中心(CEBELCOR)發(fā)表了耐候鋼的加速試驗(yàn)法。包括以后的應(yīng)用所歸納的文獻(xiàn)已于1982年出版。該方法是回轉(zhuǎn)滾筒式的干濕交變法,腐蝕液在田園地區(qū)用蒸餾水,在工業(yè)地區(qū)用10-4M NaHSO3,在海岸地區(qū)使用稀釋100倍的海水(0.02%Cl-),可是由于場(chǎng)合不同而進(jìn)行變更。交變周期是濕期13min、干期40min.干期溫度定為20℃或者60℃.
試驗(yàn)中,隨時(shí)間測(cè)定電位,把上升到+0.2V(SCE)時(shí)設(shè)定為銹層達(dá)到穩(wěn)定化。碳素鋼的電位也逐漸上升,可是只能上升到比較低的電位(例如-0.4 V SCE).耐候鋼的場(chǎng)合,田園及工業(yè)地區(qū)的假定條件在3星期以?xún)?nèi),海岸地區(qū)的假定條件約9星期才能達(dá)到表示銹層穩(wěn)定化的電位。
在該試驗(yàn)中的腐蝕行為有幾點(diǎn)與大氣暴曬試驗(yàn)下的行為相似。例如,大氣中銹層中的硫,冬季在鋼和銹層的界面上聚集成帶狀,春季或夏季擴(kuò)展到整體銹層。然而據(jù)說(shuō)在該試驗(yàn)中通過(guò)把干期的溫度設(shè)定為20℃或者60℃,可以分別再現(xiàn)上述的分布。耐候鋼的銹層由內(nèi)外層組成,內(nèi)層是裂紋少的非晶質(zhì)層。外層用X射線鑒定是γ-FeOOH,內(nèi)層用紅外線光譜鑒定是a-FeOOH.SO2濃度高時(shí),銹層中a-FeOOH增多。
根據(jù)設(shè)計(jì)者說(shuō),這種試驗(yàn)法具有如下特征:首先可以用于耐候鋼性能的確定;把電位不能夠充分上升的材料定為不合格,已經(jīng)被用來(lái)比較不同廠家的耐候鋼。數(shù)據(jù)說(shuō)明,Cu-P系的鋼種雖然在工業(yè)地區(qū)試驗(yàn)中穩(wěn)定化,可是在海岸假定試驗(yàn)中沒(méi)有穩(wěn)定化。因而,這種試驗(yàn)法可以用于海岸地區(qū)耐候鋼的開(kāi)發(fā)。
并且,用這種試驗(yàn)法可以求出實(shí)用時(shí)的腐蝕量。如果把腐蝕速度設(shè)定為vμm/a,則和電位EmV(SCE)之間存在以下關(guān)系:
log v=1.183-0.004416 E
在穩(wěn)定化之前的腐蝕量(積分值)與大氣暴曬試驗(yàn)的場(chǎng)合相當(dāng)一致。在大氣暴曬中減厚量P和暴曬期間t之間有如下關(guān)系:
log P=A+B log t
在該試驗(yàn)的場(chǎng)合也是相同的。在發(fā)表的論文上用兩對(duì)數(shù)坐標(biāo)圖比較了在幾個(gè)歐洲城市中的大氣暴曬結(jié)果和加速試驗(yàn)結(jié)果。例如,對(duì)于在Diüisseldorf的腐蝕,可讀取約7倍的促進(jìn)速度。未想到這種方法也能得到普及,但是在日本還沒(méi)有被實(shí)際應(yīng)用。耐候鋼只要在JIS的成分范圍內(nèi),在基本性能上就不會(huì)有問(wèn)題。在接近某種程度的海岸地區(qū),銹層是否穩(wěn)定化雖然是必要的信息,然而這種試驗(yàn)法只能預(yù)測(cè)鹽分過(guò)多時(shí)不能穩(wěn)定化。在定量地給出了涉及氯離子、二氧化硫腐蝕的大氣條件時(shí),試驗(yàn)也不能夠預(yù)知是否穩(wěn)定化或者數(shù)十年后的減厚量,這可能是其不被利用的原因。