在耐候鋼的性能評價上,通常有兩個不同的目的。一個是以產品的開發或確定產品的性能為目的,來評價耐候性的優劣,暫且把它稱為材料試驗。并且,用同一材料把各地大氣的腐蝕性進行分級的場合大多數也用相對試驗,試驗的性質與材料試驗相同。
另一個是以獲得耐候鋼某一具體用途時的性能,確定腐蝕減量等的絕對值為目的。這比材料試驗更難,暫且把它稱為實用試驗。
耐候鋼最常用的試驗方法是標準試驗臺的大氣暴曬試驗。這種方法在20世紀初已被用于ASTM的暴曬試驗上(參照2.1.1節),從那時以來幾乎沒有變更,現在仍在使用。為了有效地利用過去積累下來的被視為知識財富的暴曬試驗數據,寧可不改變試驗方法。所以,這種試驗方法過去從來沒有成為變更的研究對象。標準的方法在JIS和ASTM標準中已經規定。
如果能在幾個有代表性的地區進行暴曬試驗的話,就能充分達到材料試驗的目的,問題是需要數年以上的時間,因此提出了加速試驗法。如后面所敘述的那樣,雖然很少但是還是有加速試驗法的研究,可是在實際應用上幾乎沒有被采用。
標準暴曬試驗,作為實用試驗除了需要時間以外還存在兩個問題。第一問題是,耐候鋼的性能雖然受暴露形狀的影響很大,但是標準暴曬試驗卻不能把它反映出來。影響暴露形狀的因素主要有雨水洗滌的程度、雨后的干燥時間以及不同的形狀。標準暴曬試驗中,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定。與此相反,試片的下面雖然被雨潤濕但是受不到洗凈作用,干燥時間也長,處于最差的條件。不管條件如何,所得的數據是試片兩個面的平均值。
關于暴露形狀對性能是如何影響的研究結果在2.4.2節敘述,總之,標準暴曬試驗結果在實用條件下的性能評價不能照原樣使用。可是了解某地區耐候鋼的性能最基本的數據是標準暴曬試驗結果,以此作為基礎在一定程度上可以推斷在實用條件下的行為,確實是最重要的依據。
另一個問題,大氣環境由于場所或時間是千差萬別的,試驗數據只不過是限定了場所或時間的暴曬試驗結果。主要影響耐候鋼性能的是SOx和海鹽粒子濃度,根據日本的現狀來看只考慮后者就可以了,如在2.4.2節詳細敘述的那樣其影響的程度也可以定量地求出來,這樣有關標準暴曬試驗上的問題都已解決。
加速試驗即使有了好的方法,在其性質上也是為了材料試驗,只用這種方法不能提供實用條件下的性能數據。為了從加速試驗結果求出實用條件下腐蝕的絕對值,需要求出加速倍率。為了求出加速倍率,還需要進行實用條件下的試驗。
1967年(昭和42年),日本鋼結構協會防銹防蝕分會的下屬機構設置了耐候試驗法研究班。它的目的是“研究調查能夠在短期間用加速試驗評價鋼結構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年的活動結束后,于1974年(昭和49年)發表了“JSSC耐候加速試驗法”。
作為裸鋼材的加速試驗機應具有如下4個特性:(1)有促進速度;(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)有再現性。可是為(1)和(3)是相反的,所以把盡可能近似(3),滿足(1)、(2)、(4)的性能作為目標,研究了在適當的條件下使用市售的一般加速試驗機的情況。
完成的試驗方法大致區分為海岸地區、海岸工業地區、城市及城市工業地區,分別與各地區的條件對應。其特征是在碳素鋼和耐候鋼的腐蝕量上有明顯的差別,促進速度在10倍以上,6周以內出結果。
加速試驗分為A法和B法,和實際大氣暴曬試驗結果的對應性上沒有等級差別。A法是6星期的表露型試驗,海岸地區用0.5%NaCl煙霧劑;海岸工業地區用0.5%NaCl霧劑+40×10-4%SO2;城市及城市工業地區使用40×10-4%SO2.B法是把兩個以上的試驗組合起來進行6個周期。海岸地區用5%NaCl鹽水噴霧24h+耐候老化試驗88h;海岸工業地區用5%NaCl鹽水噴霧24h+100×10-4% SO2試驗24h+耐候老化試驗66h.城市及城市工業地區用100×10-4% SO2試驗24h+耐候老化試驗88小時。
根據發表的圖粗略地讀取碳素鋼/耐候鋼的腐蝕比時,大致是1.2~1.6,表明和大氣暴曬試驗結果完全一致.加速促進倍率都在10倍以上。為了得到高的促進倍率,采取了一邊把潤濕時間/干燥時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頻度的方針。
該試驗法雖然可以測試在各個地區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,可是對具備了耐候性的耐候鋼種之間的優劣能否區別,在報告書中沒有敘述。從數據的狀態來看,如果在耐候性上沒有相當差別的話,好像是不能夠區別。
這個方法以后沒有被實用。因為耐候鋼在JIS標準中已經規格化,能夠實用的就是該規格范圍內的內容,所以知道了耐候性的程度。另外,這個方法把環境只劃分了3個地區,根據試驗結果不能預測其他環境下的耐候性或者特定場所下的腐蝕率。根據這些理由,我認為此法沒有被利用的機會。
1966年(昭和41年)比利時腐蝕中心(CEBELCOR)發表了耐候鋼的加速試驗法。包括以后的應用所歸納的文獻已于1982年出版。該方法是回轉滾筒式的干濕交變法,腐蝕液在田園地區用蒸餾水,在工業地區用10-4M NaHSO3,在海岸地區使用稀釋100倍的海水(0.02%Cl-),可是由于場合不同而進行變更。交變周期是濕期13min、干期40min.干期溫度定為20℃或者60℃.
試驗中,隨時間測定電位,把上升到+0.2V(SCE)時設定為銹層達到穩定化。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).耐候鋼的場合,田園及工業地區的假定條件在3星期以內,海岸地區的假定條件約9星期才能達到表示銹層穩定化的電位。
在該試驗中的腐蝕行為有幾點與大氣暴曬試驗下的行為相似。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,春季或夏季擴展到整體銹層。然而據說在該試驗中通過把干期的溫度設定為20℃或者60℃,可以分別再現上述的分布。耐候鋼的銹層由內外層組成,內層是裂紋少的非晶質層。外層用X射線鑒定是γ-FeOOH,內層用紅外線光譜鑒定是a-FeOOH.SO2濃度高時,銹層中a-FeOOH增多。
根據設計者說,這種試驗法具有如下特征: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,已經被用來比較不同廠家的耐候鋼。數據說明,Cu-P系的鋼種雖然在工業地區試驗中穩定化,可是在海岸假定試驗中沒有穩定化。因而,這種試驗法可以用于海岸地區耐候鋼的開發。
并且,用這種試驗法可以求出實用時的腐蝕量。如果把腐蝕速度設定為vμm/a,則和電位EmV(SCE)之間存在以下關系:
log v=1.183-0.004416 E
在穩定化之前的腐蝕量(積分值)與大氣暴曬試驗的場合相當一致。在大氣暴曬中減厚量P和暴曬期間t之間有如下關系:
log P=A+B log t
在該試驗的場合也是相同的。在發表的論文上用兩對數坐標圖比較了在幾個歐洲城市中的大氣暴曬結果和加速試驗結果。例如,對于在Diüisseldorf的腐蝕,可讀取約7倍的促進速度。未想到這種方法也能得到普及,但是在日本還沒有被實際應用。耐候鋼只要在JIS的成分范圍內,在基本性能上就不會有問題。在接近某種程度的海岸地區,銹層是否穩定化雖然是必要的信息,然而這種試驗法只能預測鹽分過多時不能穩定化。在定量地給出了涉及氯離子、二氧化硫腐蝕的大氣條件時,試驗也不能夠預知是否穩定化或者數十年后的減厚量,這可能是其不被利用的原因。