一、先聊聊难题：为什么寿命预估像开盲盒？
大家有没有发现，客户最常问的问题就是：“这镀锌件能用多久？” 但翻遍国内外镀锌标准（比如 GB/T 13912、ISO 1461 这些），都找不到直接答案。为啥呢？因为腐蚀这事儿太 “善变” 了 ——
- 环境像调色盘：盐雾浓度、湿度、温度、工业污染（比如 SO₂）随便一个变量变了，腐蚀速率就跟着变。举个例子，同样是沿海，南方多雨地区和北方干旱盐碱区的腐蚀速度能差好几倍！
- 镀层 “成长史” 复杂：刚镀完的锌层像 “新生婴儿”，表面没保护膜，腐蚀速度快；随着时间推移，钝化膜慢慢形成，腐蚀速率会逐渐变慢（就像人长大抵抗力增强）。这就导致第一年和第 10 年的腐蚀速度完全不一样，不能用简单的 “除法” 算寿命。
关键难点：腐蚀速率不是恒定值，而是随时间 “先快后慢” 变化的，加上环境变量多，想精准预估寿命，必须请出专业模型和标准来帮忙。
二、腐蚀速率的 “变与不变”：为什么第一年和长期差异这么大？
先科普个小知识：锌层腐蚀分两个阶段 ——
- 第一年：“野蛮生长期” 锌层表面没形成稳定的腐蚀产物层（比如氧化锌膜），腐蚀速率直接被环境 “拿捏”，盐雾浓一点、湿度高一点，速率蹭蹭往上涨。这时候的数据最能反映环境的 “攻击性”，所以 GB/T 19292 系列把第一年腐蚀速率作为腐蚀性分类的核心指标（比如 C4 等级对应锌年腐蚀速率 2.1-4.2 μm/a）。
- 长期：“减速生长期” 随着时间推移，钝化膜慢慢形成，它像一层 “盔甲” 挡住腐蚀介质，速率会逐渐降低。这时候就得用 “时间指数” 模型来修正，比如锌的腐蚀速度公式是 D = rcorr·tb（b=0.813，GB/T 19292.2），反映腐蚀速率随时间递减的规律。
举个栗子：假设第一年腐蚀速率是 2.1 μm/a，按恒定速率算，85μm 锌层寿命是 40.5 年；但考虑速率递减（b=0.813），实际寿命能延长到 94.7 年！这就是分阶段计算的重要性。
| 腐蚀性类别 | 单位 | 锌 | 腐蚀性 |
|---|---|---|---|
| C1 | g/(m²×a) μm/a | rcorr≤0.7 rcorr≤0.1 | 很低 |
| C2 | g/(m²×a) μm/a | 0.7<rcorr≤5 0.1<rcorr≤0.7 | 低 |
| C3 | g/(m²×a) μm/a | 5<rcorr≤15 0.7<rcorr≤2.1 | 中等 |
| C4 | g/(m²×a) μm/a | 15<rcorr≤30 2.1<rcorr≤4.2 | 高 |
| C5 | g/(m²×a) μm/a | 30<rcorr≤60 4.2<rcorr≤8.4 | 很高 |
| CX | g/(m²×a) μm/a | 60<rcorr≤180 8.4<rcorr≤25 | 极高 |
三、解题工具登场：AGA 和 ISO/GB 模型怎么选？
目前有一些较为常用的方案，其中AGA 的 “快捷计算器” 和 ISO/GB 的 “精准方程式” 比较有代表性，且各有优缺点，咱们拆开看看 ——
1. AGA 模型：简单直接，但有点 “水土不服”
- 优势：美国镀锌协会开发的在线工具（ZCLP），输入参数（年降雨量、SO₂、盐度等）直接出结果，适合快速估算。比如输入参数（盐度 20 mg/m²・day、湿度 80%……），直接算出腐蚀速率 1.7 μm/y，维护时间49.9 年，很适合项目初期快速给客户 “打样”。
- 缺点：
- 地域性强：底层数据主要来自北美环境，在亚洲、欧洲等地区可能 “水土不服”。
- 误差范围大：维护时间按照恒定腐蚀速率计算（没有考虑钝化层的影响），适合粗略评估，不能用于高精度设计。
2. ISO/GB 模型：步骤复杂，但 “国际通用”
- 优势：GB/T 19292.1-2018 （等同 ISO 9223）建立了多变量公式，把 SO₂、Cl⁻、湿度、温度全算进去，还能分阶段算长期寿命：
2.1 锌的第一年腐蚀速率 rcorr 公式（GB/T 19292.1-2018）：
rcorr = 0.0129·Pd0.44·exp(0.046·RH + fZn) + 0.0175·Sd0.57·exp(0.008·RH + 0.085·T)
核心参数解析：
| 参数 | 符号 | 单位 | 物理意义及影响规律 |
|---|---|---|---|
| 含硫污染物沉积速率 | Pd | mg/m²·d | 反映工业污染强度，数值越高腐蚀速率越快（如燃煤区可达 4-200 mg/m²・d） |
| 氯化物沉积速率 | Sd | mg/m²·d | 盐雾腐蚀核心变量，沿海地区可达 3-60 mg/m²・d（ISO 9223 C4 等级） |
| 相对湿度 | RH | % | 每升高 10%，腐蚀速率约增加 8.3%（高湿度加速液膜形成） |
| 温度 | T | ℃ | 每升高 10℃，腐蚀速率约增加 9.4%（高温加速化学反应） |
| 温度修正项 | fZn | — | T ≤ 10℃ 时，fZn = 0.038(T-10)； T > 10℃ 时，fZn = -0.071(T-10) |
模型科学性验证：
- 数据基础：基于全球 114 个暴露试验点数据构建，覆盖温带、热带、工业 / 海洋等多类型环境。
- 拟合效果：决定系数 R² = 0.78，表明模型可解释 78% 的腐蚀速率变化，剩余 22% 差异来自局部微环境（如缝隙腐蚀、偶然污染事件）。
- 环境适配：通过温度修正项区分寒带与温带效应，例如：
- 当 T = 5 ℃（低温场景），fZn = 0.038 × (5-10) = -0.19，降低腐蚀速率；
- 当 T = 25℃（高温场景），fZn = -0.071 × (25-10) = -1.065，进一步抑制高温下的腐蚀加速效应。
工程价值： 该模型通过量化多变量协同作用，解决了单一参数无法准确评估复杂环境腐蚀的难题，尤其适用于工业 - 海洋混合污染区（如沿海化工厂）的精准预测。
2.2 锌在长期暴晒后的腐蚀损失公式：（GB/T 19292.2 - 2018）
- 一般模型：D = rcorr·tb （b = 0.813，锌，见表1）
- 超 20 年：D = rcorr[20b + b·20b - 1(t - 20)]
（D: 腐蚀深度，t: 时间，反映钝化膜形成后的速率衰减）。
表 1 - 用于预测和估算腐蚀损失的时间指数[GB/T 19292.2 - 2018]
| 金属 | B1（平均） | B2（保守） |
|---|---|---|
| 碳钢 | 0.523 | 0.575 |
| 锌 | 0.813 | 0.873 |
| 铜 | 0.667 | 0.726 |
| 铝 | 0.728 | 0.807 |
2.3 缺点：
- 计算麻烦：得先测 Cl⁻沉积速率、SO₂浓度（用 GB/T 19292.3-2018 的湿烛法、干片法），再代入公式，适合有实测数据的长期项目。
- 参数要求高：比如 Cl⁻沉积速率得用 “湿烛法” 测一年，才能保证数据准确，小项目可能耗不起这个成本。
四、实操对比：相同环境下两种方法的计算方式
统一场景：国内某沿海工业城市（中度盐雾，轻工业区）
| 环境参数 | 符号 / 单位 | 数值 / 说明 |
|---|---|---|
| Sd (Cl⁻沉积速率） | 20mg/m²・day | 中度盐雾环境，沿海工业城市典型值 |
| RH 相对湿度 | 80% | 高湿度加速腐蚀液膜形成 |
| T 温度 | 20℃ | 温带气候，腐蚀反应活跃区间 |
| SO2 二氧化硫 | 50μg/m³ | Pd 按 GB/T 19292.3-2018 换算为≈4 mg/m²・day |
| D 镀层厚度 | 85μm | 热浸镀锌层常见厚度，寿命评估基准值 |
1. AGA 模型计算
- 核心逻辑：直接调用在线工具，输入参数后自动计算（工具内置公式，隐含速率恒定假设）。
- 输出结果：
- 腐蚀速率：1.8 μm/y
- TFM首次维护时间（锌层表面5%腐蚀时间）：49.9 年
2.1 ISO/GB 模型计算（分阶段精确版）
2.1.1 第一年腐蚀速率（ISO 9223公式2）
rcorr = 0.0129·Pd0.44·exp(0.046·RH + fZn) + 0.0175·Sd0.57·exp(0.008·RH + 0.085·T)
其中，因 T > 10 ℃ ，fZn = -0.071·(T - 10) = -0.71。
2.1.2 长期腐蚀速率（ISO 9224公式1与公式3）
- ≤20年：D = rcorr·tb（b = 0.813，ISO 9224表2锌的B1值）
- >20年：D = rcorr[20b + b·20b-1·(t - 20)]（ISO 9224第7章公式3）
2.2 ISO/GB 模型分阶段计算
2.2.1 第一年腐蚀速率计算（ISO 9223）
SO₂影响项 = 0.0129 × 40.44 × exp(0.046 × 80 - 0.71)
≈ 0.0129 × 1.84 × 19.5 ≈ 0.463 μm/a,
盐雾影响项 = 0.0175 × 200.57 × exp(0.008 × 80 + 0.085 × 20)
≈ 0.0175 × 5.51 × 10.4 ≈ 1.001 μm/a,
总速率 = 0.463 + 1.001 = 1.464 ≈ 1.46 μm/a.
2.2.2 长期寿命计算（分≤20年和>20年）
（1）≤20年：使用幂函数模型
D = rcorr·tb = 1.47·t0.813.
当 t = 20 年，累计腐蚀深度：
D20 = 1.46 × 200.813
≈ 1.46 × 11.422
≈ 16.68 μm ＜ 85 μm（镀层厚度）.
（2）>20年：使用分段线性模型
D = rcorr[20b + b·20b-1·(t - 20)].
根据 ISO 9224 表4，锌的 20b = 11.422，b·20b-1 = 0.464，代入得：
85 = 1.46[11.422 + 0.464·(t - 20)].
解方程：
85/1.46 ≈ 58.22 = 11.422 + 0.464·(t - 20),
t - 20 ≈ (58.22 - 11.422)/0.464 ≈ 100,
t ≈ 120 年.
3. 结论
- 第一年腐蚀速率：1.46 μm/a（符合ISO 9223）。
- 85μm锌层寿命：分阶段计算后约为 120年（>20年按ISO 9224分段模型，使用B1值）。
4. 结果对比表
| 模型 | 核心假设 | 第一年速率 | 锌层寿命（85μm 锌层） | 差异原因 |
|---|---|---|---|---|
| AGA | 腐蚀速率恒定 | 1.8 μm/y | 49.9 年（首次维护时间） | 锌层表面腐蚀5%的时间 |
| ISO/GB | 分阶段计算，考虑多变量协同与速率衰减 | 1.47 μm/a | 120 年 | 锌层完全腐蚀时间 |
五、应用指南
1. 模型选择原则
| 项目类型 | 选 AGA 模型 | 选 ISO/GB 模型 |
|---|---|---|
| 北美项目 / 快速估算 | 10 分钟出结果，适合 “给客户看初步方案” | 复杂环境水土不服，结果不一定准确 |
| 国际投标 / 高精度工程 | 数据太粗糙，会被质疑 “不专业” | 分阶段计算，精准到 “钝化膜每一年的防御” |
| 内部粗略估算 | 简单填参数，省时间 | 没必要搞这么复杂 |
注意： AGA 的 “49.9 年” 是镀层表面5%腐蚀的时间，ISO/GB 的 “120 年” 是均匀腐蚀极限寿命，两者因腐蚀机制假设不同不可直接比较。
2. 关键注意事项
- 锌合金差异：工业纯锌以外的合金需调整参数，避免直接套用 B1 值。
- 镀锌工艺影响：电镀锌、机械镀锌层需采用专用评估方法。
- 高 SO₂环境：当 SO₂达到 P3 级时，建议采用线性模型（b=1）计算。
3. 在线工具传送门：
实战演练：
看完理论与案例，来试试亲手计算茂名桥梁项目 —— 这三个关键问题，能检验你对模型的掌握程度：
广东茂名博贺湾沿海工业区某桥梁 环境参数如下：
- 年降雨量：800 mm/年
- SO₂浓度：40 μg/m³
- Pd (SO₂沉积速率）: 3.5 mg/m²·day
- 盐度/ Sd(Cl⁻沉积速率)：25 mg/m²·day
- 相对湿度 RH：80%
- 温度：23°C（区域年均值 ）
- 暴露条件：Open Air（桥梁露天环境 ）
若该桥梁钢构件锌层厚度为 85 μm，则：
- 利用 AGA 模型 计算该桥梁的锌层首次维护寿命为（ ） A. 53.9 年 B. 35.6 年 C. 75.2 年
- 利用 ISO/GB 模型 计算该桥梁的锌层首年腐蚀速率为（ ） A. 1.75 μm/y B. 2.19 μm/y C. 1.82μm/y
- 利用 ISO/GB 模型 计算该桥梁的锌层抗腐蚀寿命为（ ） A. 150.4 年 B. 95.99 年 C. 71.2 年
数据溯源
本文计算依据 ISO 9223-2012 [GB/T 19292.1-2018]（腐蚀性分类）、ISO 9224 - 2012 [GB/T 19292.2-2018]（寿命预测）及 AGA 官方工具参数。