华宇镁业 · GB/T 17731-2015

镁合金牺牲阳极
技术资料

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执行标准与型号表示

本产品执行 GB/T 17731-2015《镁合金牺牲阳极》(2015-09-11 发布,2016-04-01 实施,代替 GB/T 17731-2009)。适用于在土壤、淡水及海水等介质中工作的金属(主要是钢质)设施采用阴极保护用的铸造、挤压方法生产的镁阳极。

牌号与代号:AZ63B(铸造、挤压);AZ31B(挤压);M1C(铸造、挤压(高电位))。生产方法代号:C 铸造、E 挤压;形状代号:S 梯形、D D 形、B 棒状(圆棒、矩形棒)。

型号表示:生产方法代号 — 牌号 — 重量(铸造,kg)或直径(挤压,mm) — 形状代号,GB/T 17731—2015。示例:C—AZ63B—10—S,GB/T 17731—2015:铸造 AZ63B 合金、10 kg 梯形镁阳极;E—AZ31B—20—B,GB/T 17731—2015:挤压 AZ31B 合金、直径 20 mm 的圆棒状镁阳极。

相关标准

  • GB/T 17731-2015 镁合金牺牲阳极
  • GB/T 21448-2017 埋地钢质管道阴极保护技术规范
  • GB/T 24488 镁合金牺牲阳极电化学性能测定方法
  • GB/T 13748 镁及镁合金化学分析方法
  • SY/T 0019 埋地钢质管道牺牲阳极阴极保护设计规范
  • ASTM B843 镁合金牺牲阳极(出口)

化学成分与电化学性能

GB/T 17731-2015 表15 镁阳极的化学成分(质量分数,%)

牌号MgAlZnMnFeCuNiSiCeZrCaBeTi其他元素·单个其他元素·总计
AZ63B余量5.3~6.72.5~3.50.15~0.600.0030.010.0020.08——————0.30
AZ31B余量2.5~3.50.60~1.40.20~1.00.0030.010.0010.08——0.04——0.050.30
M1C余量≤0.01—0.50~1.30.010.010.0010.05—————0.050.30

Fe、Cu、Ni、Si、Ce、Zr、Ca、Be、Ti 及其他元素为杂质元素上限(不大于)。

GB/T 17731-2015 表16 镁阳极的电化学性能(土壤介质)

牌号开路电位 −V (Cu/CuSO₄)闭路电位 −V (Cu/CuSO₄)实际电容量 A·h/kg电流效率 %
AZ63B1.57~1.671.52~1.57≥1210≥55
AZ31B1.57~1.671.47~1.57≥1210≥55
M1C1.77~1.821.64~1.69≥1100≥50

镁阳极在土壤中的电化学性能应符合表 16 的规定;淡水、海水中的电化学性能由供需双方协商确定。

参比电极为饱和硫酸铜电极(Cu/CuSO₄),电位数值为负值。

GB/T 17731-2015 表A.1 土壤中或浸水钢铁结构最小阴极保护电位(V)

被保护结构饱和硫酸铜参比电极饱和甘汞参比电极氯化银参比电极
钢铁(土壤或淡水)−0.85−0.778−0.75
钢铁(硫酸盐还原菌)−0.95−0.878−0.85

国标型号规格与结构示意图

GB/T 17731-2015 图1 梯形镁阳极形状
图1梯形镁阳极形状GB/T 17731-2015

a) 钢芯埋入式;b) 钢芯引出式

GB/T 17731-2015 表2 梯形镁阳极典型重量和外形尺寸

图 1 a) 型

重量 kgA mmB mmH mmL mm
1.476.2—76.2114.3
2.376.2—76.2190.5
4.186.36689336
7.7101.681.3101.6459
14.5127106.7127536
22.8178150178429
27.2106871061524

图 1 b) 型

重量 kgA mmB mmH mmL mm
2725252350
4957575350
8957575700
111109088700
14120100102700
22150130125700
GB/T 17731-2015 图2 D形镁阳极形状
图2D形镁阳极形状GB/T 17731-2015

GB/T 17731-2015 表3 D 形镁阳极典型重量和外形尺寸

重量 kgA mmB mmC mmR mmH mmI mmJ mmK mmL mm
1.470482229762519148185
2.370482229762519254305
4.170482229762519458549
7.789482238953829546641
10.089482238953829646832
14.51404822621463829419505
21.81404822621463829546765
GB/T 17731-2015 图3 圆棒状挤压镁阳极
图3圆棒状挤压镁阳极GB/T 17731-2015

GB/T 17731-2015 表4 圆棒状挤压镁阳极外形尺寸和单重

A(直径)mmB(钢芯直径)mm单重 kg/m
14.02.00.28
16.02.00.37
19.13.40.55
21.33.40.68
26.73.41.00
33.43.41.60
39.64.82.23
51.44.83.72
GB/T 17731-2015 图4 矩形棒状挤压镁阳极
图4矩形棒状挤压镁阳极GB/T 17731-2015

GB/T 17731-2015 表5 矩形棒状挤压镁阳极外形尺寸和单重

A mmB mm单重 kg/m钢芯直径 mm
19.19.50.373.4
GB/T 17731-2015 图5 圆棒状铸造镁阳极
图5圆棒状铸造镁阳极GB/T 17731-2015

GB/T 17731-2015 表6 圆棒状铸造镁阳极外形尺寸

A(直径)mmB(螺纹)C mmD mmE mmL mm
14M4、M64060、7510、15、20、25、30、35、40、4570~200
16M4、M64075同上100~150
16M4、M640100同上>150~400
18M64075同上100~150
18M640100同上>150~400
20M6、M84075同上100~150
20M6、M840100同上>150~400
22M6、M84075同上100~150
22M6、M840100同上>150~500
26M6、M84075同上100~150
26M6、M840100同上>150~500
33M84075同上100~150
33M840100同上>150~500

产品单支重量为理论计算重量;E 为螺纹段长度可选值。

GB/T 17731-2015 表7 梯形镁阳极重量及外形尺寸偏差

重量 kg重量偏差 kgABHL
≤4±0.1±5±5±5±10
>4~15±0.2±5±5±5±10
>15~30±0.5±5±5±5±10

外形尺寸偏差单位 mm。

GB/T 17731-2015 表8 D 形镁阳极重量及外形尺寸偏差

重量 kg重量偏差 kgABCRHIJKL
≤4±0.1±5±3±2±3±5±2±1±8±10
>4~8±0.2±5±3±2±3±5±2±1±8±10
>8~15±0.3±5±3±2±3±5±2±1±8±10
>15~22±0.5±5±3±2±3±5±2±1±8±10

外形尺寸偏差单位 mm。

GB/T 17731-2015 表9 圆棒状挤压镁阳极截面尺寸偏差(mm)

直径 A普通级偏差高精级偏差钢芯直径 B 偏差
10~18±0.50 / −0.3±0.04
>18~30±0.50 / −0.4±0.04
>30~80±0.50 / −0.5±0.04

GB/T 17731-2015 表10 圆棒状挤压镁阳极长度偏差(mm)

长度 L75~610>610~4000>4000~9000>9000
长度偏差+4.0 / 0+6.0 / 0+8.0 / 0+10.0 / 0

GB/T 17731-2015 表11 矩形棒状镁阳极重量及外形尺寸偏差

A mmA 偏差B mmB 偏差单重 kg/m单重偏差
≤50±0.3≤10±0.2≤4±0.02

GB/T 17731-2015 表12 圆棒状铸造镁阳极重量及外形尺寸偏差

重量 g重量偏差 gACDE长度 LL 偏差
30~100±5±1±2±3±1100~150±2
>100~300±10±1±2±3±1>150~300±3
>300±20±1±2±3±1>300±4

外形尺寸偏差单位 mm。

GB/T 17731-2015 表13 圆棒状镁阳极的同心度(mm)

直径 D12~33>33~40>40~50>50~60>60~70>70~80>80~100>100~120>120~150
同心度0.60.91.21.41.82.02.43.03.6

GB/T 17731-2015 表14 圆棒状镁阳极的弯曲度(mm,不大于)

直径 D普通级·每米普通级·全长高精级·每米高精级·全长超高精级·每米超高精级·全长
10.00~20.002.52.5×L1.51.5×L1.01.0×L
>20.00~40.004.04.0×L2.52.5×L1.51.5×L
>40.00~80.006.06.0×L4.04.0×L2.02.0×L

长度不足 1 m 时按 1 m 计算;合同未注明精度等级时按普通级供货。

要求、检验与出厂文件

钢芯

  • 铸造镁阳极钢芯材质符合 GB/T 912 或 GB 1499.1;挤压阳极钢芯材质由供需双方协商。
  • 铸造镁阳极钢芯表面镀锌,呈银白色无斑痕;挤压镁阳极钢芯不需镀锌。
  • 基体与钢芯之间不应有松动,接触电阻小于 0.001 Ω;钢芯规格及形状由供需双方协商。

表面质量

  • 铸造镁阳极表面不应存在毛刺、裂纹、气孔、夹杂物等影响使用的缺陷。
  • 挤压镁阳极表面清洁,允许有不影响使用的压伤、碰伤、压坑、气泡、气孔、擦伤和划伤,缺陷深度不超过直径的允许负偏差;每米长度允许不超过 3 个直径 ≤1 mm 的氧化夹杂、不超过 2 个直径 ≤2 mm 的气泡。

试验方法

  • 化学成分仲裁分析按 GB/T 13748;电化学性能按 GB/T 24488;接触电阻按 GB/T 4950-2002 附录 B;表面质量目视检验。

镁阳极重量是否包括钢芯重量由供需双方协商,并在合同中注明。

检验项目

GB/T 17731-2015 表17 取样规定

检验项目取样规定
外形尺寸和重量每批任取 5 支(挤压镁阳极任取 5 段,每段 2 m)
同心度、弯曲度每批任取该批总支数的 0.1%,但不少于 3 支(圆棒状阳极)
化学成分生产方可在熔融状态取样;仲裁取样每批任取 1 支(挤压取 2 m,圆棒状铸造取 5 支),钻孔法取样避开钢芯、不少于 5 点,取样量不少于 100 g
电化学性能每批任取 1 支(挤压镁阳极任取 2 m,圆棒状铸造镁阳极任取 5 支)
接触电阻每批任取 1 支(挤压镁阳极任取 2 m)
表面质量逐支进行或逐盘进行

每批由同炉熔炼的合金组成,批重不限;出厂前每批进行化学成分、电化学性能、表面质量、外形尺寸和重量、同心度(圆棒状挤压阳极)、弯曲度(圆棒状阳极)检查,接触电阻由供方定期检测或抽检。

判定规则

  • 化学成分不合格判该批不合格;外形尺寸和重量不合格判该批不合格。
  • 电化学性能、接触电阻其中一项不合格时,另取双倍试样复验,全部合格判合格。
  • 表面质量不合格判该支(或该盘)不合格。

标志、包装与质量证明书

  • 阳极上标志或标签:供方检印、供方名称与商标、牌号、生产方法、规格(含精度)、批号。
  • 每批附质量证明书:供方信息、产品名称、牌号、规格、生产方法、批号、净重和件数、各项检验结果、生产日期、本标准编号。
  • 运输、贮存防止雨淋受潮,不得沾染油污、油漆,不接触酸、碱、盐。

订货单(或合同)应包括

  • 产品名称
  • 牌号
  • 生产方法
  • 规格(包括精度)
  • 重量
  • 本标准编号
  • 增加本标准以外内容时的协商结果

华宇镁业按国标组织出厂检验并出具质量证明书;需方要求按批检测接触电阻或提供第三方检测报告时,请在合同中注明。

选型、设计计算与安装

镁合金牺牲阳极执行 GB/T 17731-2015,按牌号分为 AZ63B、AZ31B(标准电位)和 M1C(高电位),按生产方法分为铸造(C)和挤压(E),按形状分为梯形(S)、D 形(D)和棒状(B)。驱动电压是三种牺牲阳极中最高的,适用于土壤、淡水等高电阻率介质。

选型指南

  • 介质电阻率:土壤电阻率 20~100 Ω·m 选 AZ63B 标准电位镁阳极;大于 100 Ω·m 的干燥、砂质地区选 M1C 高电位镁阳极或带状镁阳极;小于 20 Ω·m 时可考虑锌阳极以降低消耗。
  • 形状:埋地管道、储罐外壁常用梯形和 D 形铸造阳极;热水器、换热器内胆和小型容器用挤压镁棒;长距离低电流需求(如储罐底板、平行管沟)用带状镁阳极。
  • 规格:按设计寿命与单支输出电流选 4、8、11、14、22 kg 等典型重量,电阻率高、寿命长取大规格;单支输出电流不足时增加支数而不是无限增大单支重量。
  • 套装:需要现场快速施工时选套装(预包装)镁阳极,出厂已连接电缆、封装填包料,埋设后浸水即可投运。
  • 连接:铸造阳极钢芯镀锌,电缆与钢芯采用铝热焊或压接后环氧密封;焊线阳极出厂已带电缆。
  • 组合:与测试桩、参比电极配套,每处阳极组宜设牺牲阳极测试桩,便于测量输出电流与断电电位。

保护准则

  • 保护电位准则:钢质结构相对饱和硫酸铜电极(CSE)的极化电位(消除 IR 降后)不正于 −0.85 V;存在硫酸盐还原菌等厌氧环境时不正于 −0.95 V。
  • 极化偏移准则:阴极极化电位偏移不小于 100 mV(适用于难以满足 −0.85 V 的情况)。
  • 极限电位:为避免高强钢氢脆和涂层阴极剥离,极化电位不宜比 −1.20 V(CSE)更负。
  • 依据:GB/T 21448《埋地钢质管道阴极保护技术规范》;海水环境参见 GB/T 4948、JTS 153-3 及 DNV-RP-B401。

设计保护电流密度(参考)

设计保护电流密度参考值

对象与介质设计电流密度(参考)说明
3PE / FBE 等优质涂层埋地管道0.01 ~ 0.1 mA/m²按涂层破损率与设计年限取值
沥青、聚乙烯胶带等普通涂层0.1 ~ 1 mA/m²老旧管线取高值
裸钢 · 土壤10 ~ 30 mA/m²视含水率、电阻率而定
裸钢 · 淡水20 ~ 50 mA/m²流动水取高值
裸钢 · 海水50 ~ 150 mA/m²视流速、温度、结垢情况,按 JTS 153-3 / DNV-RP-B401 取值
裸钢 · 海泥20 ~ 30 mA/m²

计算公式

保护电流I = J × A

J 为设计保护电流密度(A/m²),A 为被保护表面积(m²);管道 A = π·D·L。

单支阳极接地电阻(Dwight 公式,垂直埋设)R = ρ / (2πL) × [ln(8L/d) − 1]

ρ 为土壤电阻率(Ω·m),L 为阳极(含填包料)长度(m),d 为等效直径(m)。水平埋设及多支并联需按相应公式修正。

单支阳极输出电流I₁ = ΔE / (R + R_c)

ΔE 为阳极闭路电位与保护电位之差(驱动电压),R_c 为电缆及接触电阻。

所需阳极数量N = max( I / I₁ , W / w )

同时满足电流输出与总质量要求,取大者并向上取整。

阳极总质量W = I × T × 8760 / (C × u)

T 为设计年限(a),C 为实际电容量(A·h/kg),u 为利用系数(一般取 0.85)。

使用寿命校核T = W × C × u / (8760 × I)

按实际布置的阳极总质量反算寿命,应不小于设计年限。

算例:DN500 埋地燃气管道 10 km,3PE 涂层,土壤电阻率 50 Ω·m,设计寿命 20 年

  1. 保护面积A = π × 0.508 m × 10 000 m ≈ 15 960 m²
  2. 保护电流取 J = 0.05 mA/m²(3PE 良好涂层):I = 0.05 × 10−3 × 15 960 ≈ 0.80 A
  3. 按质量需求选 AZ63B,C = 1210 A·h/kg,u = 0.85:W = 0.80 × 20 × 8760 / (1210 × 0.85) ≈ 136 kg
  4. 单支输出14 kg 梯形阳极带填包料后 L ≈ 0.7 m、d ≈ 0.2 m:R = 50/(2π×0.7) × [ln(8×0.7/0.2) − 1] ≈ 26.5 Ω;ΔE = 1.55 − 0.85 = 0.70 V;I₁ ≈ 0.70/26.5 ≈ 26 mA
  5. 阳极数量按电流 N = 0.80/0.026 ≈ 31 支(按质量仅需 10 支,故由电流控制),沿线均布间距约 320 m
  6. 寿命校核W = 31 × 14 = 434 kg:T = 434 × 1210 × 0.85 / (8760 × 0.80) ≈ 63 年 > 20 年,满足

算例仅示意计算流程。实际设计应按 GB/T 21448 / SY/T 0019 取电流密度与利用系数,并根据土壤电阻率实测值、阳极布置方式(单支、成组、水平/垂直)修正接地电阻。华宇可提供选型计算书。

参比电极电位换算

参比电极电位换算

参比电极相对 CSE 的电位差说明
饱和硫酸铜电极 CSE0土壤、淡水中的基准电极
饱和甘汞电极 SCE+0.075 VE(CSE) ≈ E(SCE) − 0.075 V
银/氯化银电极 Ag/AgCl(海水)+0.066 V海水环境常用
高纯锌参比电极 Zn(海水)+1.10 V−0.85 V(CSE) ≈ +0.25 V(Zn)

安装施工

  • 埋设位置:距管道 3~5 m,深度与管道底部相当或略深(一般 ≥1.5 m 且低于冻土层),选择低洼潮湿处;不得埋在回填的建筑垃圾中。
  • 填包料:阳极必须装入填包料袋(石膏粉 75%、膨润土 20%、无水硫酸钠 5%);下坑后先用水浸透填包料再回填细土,严禁把阳极直接埋在干土或石块中。
  • 电缆连接:阳极电缆与钢芯采用铝热焊或压接,接头用环氧树脂或热缩套密封;管道侧采用铝热焊接,焊点用补伤片恢复防腐层。
  • 搬运:避免与钢结构撞击,防止阳极开裂或钢芯松动;套装阳极不得拖拽电缆。
  • 接线:阳极电缆经测试桩接线板与管道连接,便于日后断开测量阳极输出电流和管道断电电位。
  • 验收:投运 3~6 个月后测量管地电位,应满足 −0.85 V(CSE)或 100 mV 极化偏移准则。

镁、铝、锌三种阳极对比

三种牺牲阳极对比

项目镁合金阳极铝合金阳极锌合金阳极
执行标准GB/T 17731-2015GB/T 4948-2025GB/T 4950-2021
开路电位(典型)−1.57~−1.67 V(CSE);M1C −1.77~−1.82−1.18~−1.10 V(SCE)≤−1.05 V(SCE)
驱动电压(对钢 −0.85 V CSE)约 0.7 V(高电位约 0.8 V)约 0.25 V约 0.2 V
实际电容量(国标)≥1210 A·h/kg(M1C ≥1100)≥2400~2600 A·h/kg≥780 A·h/kg(土壤 ≥530)
电流效率(国标)≥55%(M1C ≥50%)≥80%~90%≥95%(土壤 ≥65%)
适用介质土壤、淡水(电阻率 20~100 Ω·m,高电位可更高)海水、淡海水、海泥、海底砂石海水、海泥、低电阻率土壤(≤15 Ω·m)
典型对象埋地管道、储罐外壁、城市管网、热水器船舶、码头、海洋平台、海底管线、凝汽器船体、压载舱、储罐底板锌带、接地电池
不适用海水(效率低、消耗快)土壤、淡水(易钝化)高电阻率土壤(驱动电压不足)
密度约 1.8 g/cm³约 2.7 g/cm³约 7.1 g/cm³

常见问题

镁阳极适合什么土壤电阻率?

标准电位镁阳极(AZ63B)一般用于电阻率 20~100 Ω·m 的土壤;电阻率更高的干燥、砂质地区选高电位 M1C 镁阳极或带状镁阳极;电阻率很低(<20 Ω·m)时可用锌阳极降低消耗。

高电位镁阳极和标准电位镁阳极有什么区别?

高电位 M1C 牌号为镁锰合金(Mn 0.5~1.3%),开路电位 −1.77~−1.82 V(CSE),比 AZ63B 的 −1.57~−1.67 V 更负,适合高电阻率土壤,但实际电容量(≥1100 A·h/kg)和电流效率(≥50%)略低于 AZ63B(≥1210 A·h/kg、≥55%)。

镁阳极能用在海水里吗?

镁阳极在海水中电流效率低、消耗快,一般不推荐;海水环境优先选用铝合金或锌合金牺牲阳极。GB/T 17731 也规定淡水、海水中的性能由供需双方协商。

一支 14 kg 镁阳极能保护多长管道?

取决于涂层质量和土壤电阻率。以 3PE 涂层、50 Ω·m 土壤为例,单支约输出 26 mA,可保护约 500 m² 涂层完好的管道表面;具体请提供参数由我们计算。

套装镁阳极和裸阳极怎么选?

套装阳极出厂已完成电缆连接与填包料封装,现场浸水即可埋设,施工快、质量稳定;裸阳极适合自行配套填包料或非标安装。

镁阳极寿命怎么计算?

T = W × C × u / (8760 × I),W 为阳极质量,C 取实际电容量 1210 A·h/kg,u 取 0.85,I 为输出电流。输出电流越大寿命越短,设计时按寿命与电流两方面校核。

镁阳极执行什么标准,怎么标记?

执行 GB/T 17731-2015,标记为"生产方法—牌号—重量—形状",例如 C-AZ63B-10-S 表示铸造 AZ63B 合金 10 kg 梯形镁阳极;出口产品可按 ASTM B843 供货。

出厂检验提供哪些资料?

每批提供质量证明书和检验报告,包含化学成分(光谱)、电化学性能(GB/T 24488)、尺寸重量与接触电阻;需要时可安排 CMA/CNAS 第三方检测。

以上为通用工程参考,具体项目按 GB/T 21448、SY/T 0019、JTS 153-3、DNV-RP-B401 等规范和现场实测确定;华宇可提供选型计算书。

本系列产品

  • 镁阳极:用于埋地管道、储罐底板外侧和淡水钢结构,可按牌号、形状选择裸阳极、焊线或套装供货。
  • 套管镁合金阳极:套管相关结构配用的镁合金阳极,按套管与阳极图纸确认本体、安装位置及配套组件。
  • 套装镁阳极:阳极、电缆和填包料预先组装,用于埋地管道、储罐底板外侧等项目,便于按套采购。
  • D型镁阳极:D 形截面铸造镁阳极,用于埋地管道、储罐底板外侧和淡水钢结构,可配电缆或填包料。
  • 梯形镁阳极:梯形截面铸造镁阳极,用于埋地管道及钢结构,可按钢芯形式选择裸件、焊线或套装。
  • 高电位镁阳极:采用 M1C 牌号,用于需要较高驱动电压的土壤、淡水阴极保护项目,外形和配套按设计选择。
  • 焊线镁阳极:出厂完成电缆连接和接头密封的镁阳极,用于埋地管道及储罐项目,电缆按订单配置。
  • 支架式镁阳极:钢芯外露形成支架,可焊接或螺栓固定,用于淡水闸门、内河船舶等水工钢结构。
  • 异形镁阳极:按图纸或样品确定外形与钢芯的镁阳极,适合常规规格不便安装的内腔、环形空间等部位。
  • 带状镁阳极:内嵌钢芯、成卷供货的带状镁阳极,用于按设计布置的土壤、淡水及狭窄空间保护。
  • 半连续铸棒坯料:供挤压、轧制或机加工使用的镁合金半连续铸造坯料,按牌号、尺寸和交付状态询价。
  • 半连续铸造镁棒:供后续挤压或机加工使用的半连续铸造镁合金棒,按牌号、直径、长度及加工要求采购。
  • 热水器用镁棒:热水器、水箱内胆用镁棒阳极,按整机型号、棒体尺寸和螺纹接头选择,便于配套或换件。
  • 挤压成型镁棒:内嵌钢芯的挤压镁棒阳极,用于热水器、换热器和水箱等部位,按直径、长度及接头选型。

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