CN102207446B - 模拟低合金钢在海洋工业大气环境下腐蚀过程试验方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及低合金钢的大气腐蚀模拟技术，特别提供了一种模拟低合金钢在海洋工业大气环境下腐蚀过程的试验方法。以低合金钢为试验材料，将不同浓度配比的NaHSO3和NaCl两种盐预先沉积在试样表面后，按“湿润→干燥”顺序进行干湿交替试验，其中：试验温度为30℃，湿润和干燥过程均为12h，湿润和干燥过程的相对湿度分别为80％和10％，试验时间为1-42天。本发明具有模拟性、加速性和重现性，以此来模拟海洋工业大气腐蚀过程，可用于研究各种低合金钢在类似大气环境下的腐蚀行为，进行评价和预测，为合理选材和选用合适的防护方法提供依据。
Description
技术领域
本发明涉及低合金钢的大气腐蚀模拟技术，特别提供了一种模拟低合金钢在海洋工业大气环境下腐蚀过程的试验方法。
背景技术
低合金钢是广泛应用于核电行业的结构材料，目前我国已建和在建核电工程大多分布在沿海地区，如大亚湾核电站、红沿河核电站等，多数核电站地处海洋大气环境，当沿海地区存在工业企业时，就会导致该区域局部大气中的微量元素发生变化，大气中除含有大量的海盐粒子，还含有一定量的工业污染物(如SO2等)。研究表明：海盐粒子沉积和SO2污染是导致金属材料发生严重腐蚀的主要环境因素，海洋工业大气则是最为苛刻的自然腐蚀环境之一。研究低合金钢在海洋工业大气中的腐蚀试验方法有户外暴露试验和室内加速腐蚀试验两种，其中在实际环境中户外大气暴露试验是研究低合金钢大气腐蚀的传统方法，但由于大气环境具有复杂性和多变性的特点，一般是很多腐蚀因素共同作用的结果，为进一步探讨单一因素或几种因素对金属大气腐蚀的具体影响带来困难，并且户外暴露试验周期很长，不利于深入研究。室内加速腐蚀试验与之相比，因素可操控性强，试验耗时短，并可推测户外长期暴露试验结果。目前，关于低合金钢在海洋工业大气环境下的腐蚀研究报道并不多，而模拟低合金钢在海洋工业大气环境下的腐蚀研究更是鲜有报道。
发明内容
本发明的目的在于提供一种模拟低合金钢在海洋工业大气环境下腐蚀过程的试验方法，该方法具有模拟性、加速性和重现性。
本发明的技术方案如下：
以低合金钢为试验材料，将不同浓度配比的NaHSO3和NaCl两种盐溶液预先沉积在试样表面后，按“湿润→干燥”顺序进行干湿交替试验，其中：试验温度为30℃，湿润和干燥过程均为12h，湿润和干燥过程的相对湿度分别为80％和10％，试验时间为1-42天。
本发明中，NaHSO3和NaCl两种盐溶液的浓度的确定：
1)测量模拟地区大气的硫酸盐化速率RSO3和海盐粒子的沉积速率RCl；
2)将硫酸盐化速率RSO3和海盐粒子的沉积速率RCl乘以放大系数k，来计算模拟实验的试样单位面积的沉积硫和氯两种元素的质量；
3)根据以下公式(1)、(2)来计算所配溶液的浓度；
CNaHSO3＝S×RSO3×MNaHSO3×k/(V×MSO3) (1)
CNaCl＝S×RCl×MNaCl×k/(V×MCl) (2)
其中：S为试样的单个面的表面积；
RSO3为被模拟地区实际大气的硫酸盐化速率；
RCl为被模拟地区海盐粒子的沉积速率；
k为放大系数，通常选10的整数倍；单位为d(天)；
V为微量进样器取盐溶液的体积；
MNaHSO3、MSO3、MNaCl、MCl分别是四种物质NaHSO3、SO3、NaCl、Cl-的摩尔质量。
本发明中，微量进样器取盐溶液的体积V以恰好均匀铺满整个试样表面为依据，保证试样表面单位面积沉积盐的质量是相等的。
式(1)和(2)中，单位面积试样表面使用的盐溶液体积：
V/S＝(1～5)×10-2μL/mm2。
本发明中，NaHSO3和NaCl两种盐溶液的溶剂为蒸馏水和无水乙醇按体积比1∶1混合而成。
本发明中，试验时间优选为10-30天。
本发明的优点及有益效果是：
(1)采用本发明的腐蚀产物与户外暴露的相一致，都主要由β-FeOOH、α-FeOOH、γ-FeOOH和Fe3O4组成。
(2)模拟试验的腐蚀失重随时间变化曲线符合户外长期腐蚀的幂函数规律。
(3)采用本发明形成的锈层和户外暴露试验形成的锈层中都含有Cl、S等外来元素。
(4)重复试验证明具有很好的再现性。
(5)本发明具有模拟性、加速性和重现性，可以此来研究各种低合金钢在海洋工业大气腐蚀过程，快速评价和预测其耐海洋工业大气腐蚀性，为合理选材和选用合适的防护方法提供依据。
附图说明
图1为室内模拟试验后腐蚀产物的X-射线衍射谱。
图2为室内模拟试验后腐蚀产物的FTIR红外图谱。
图3为室内模拟试验后样品的腐蚀失重随时间变化曲线。
图4为户外暴露试验3个月后的X-射线衍射谱。
图5为户外暴露试验后样品的腐蚀失重随时间变化曲线。
具体实施方式
本发明建立了一种模拟低合金钢在海洋工业大气环境下腐蚀过程的试验方法。所要解决的技术问题是必须满足模拟性、加速性和重现性三个基本条件。本发明中所模拟的海洋工业大气环境的海盐粒子沉降量＞5.0(mg·m-2·d-1)，硫酸盐化速率＞30(mg·m-2·d-1)。
试验使用的低合金钢化学成分见表1，根据标准GB/T 6464-1997，进行样品准备。用于户外暴露的试样尺寸为100mm(长)×50mm(宽)×7mm(厚)，所有样品经丙酮擦洗，酒精脱水后置于干燥器中，24小时后对试样进行称量，精确至0.1mg。本发明中，室内模拟试验试样尺寸为24mm×20mm×1.3mm，模拟试验试样表面沉积NaCl和NaHSO3的浓度是根据模拟地区大气中的海盐粒子和SO2浓度乘以一定系数而得到，溶剂为蒸馏水和无水乙醇按体积比1∶1混合而成，用微量移液器取10μL溶液分别均匀涂在样品的两个表面，然后用吹风机慢慢吹干。
表1试验材料的化学成分(wt％)
大气暴露试验参照ISO-4542标准在某滨海地区进行，试验时间为2008.12-2009.12。室内模拟试验参照该滨海地区的环境参数，NaCl和NaHSO3两种沉积盐溶液的浓度是根据模拟地区大气中的海盐粒子和SO2浓度值乘以一定系数得到，利用反应釜对表面沉积盐的试样进行干湿交替循环试验。
去除锈层时采用500ml盐酸(质量浓度为38％的浓盐酸)+500ml蒸馏水+20g六次甲基四胺的除锈液，室温下浸泡、刷洗，将锈除净为止。从腐蚀失重、表面形貌、锈层组成等方面对试验结果进行分析，按目标进行筛选出合适的试验条件，获得本发明的试验方法。
实施例1
试验材料为上述的低合金钢P265GH，预先配好一定浓度配比的NaCl和NaHSO3溶液，溶剂为蒸馏水和无水乙醇按体积比1∶1混合而成。本实施例中，根据以下公式来计算所配溶液的浓度：
CNaHSO3＝S×RSO3×MNaHSO3×k/(V×MSO3) (1)
CNaCl＝S×RCl×MNaCl×k/(V×MCl) (2)
其中：
试样单个面的表面积S＝2.4cm×2.0cm＝4.80cm2；
放大系数k＝10，单位为d(天)；
微量进样器取盐溶液的体积V＝10×10-3mL；
被模拟地区实际大气的硫酸盐化速率RSO3＝1.154mg/100cm2·d(天)；
被模拟地区海盐粒子的沉积速率RCl＝0.079mg/100cm2·d(天)；
MNaHSO3、MSO3、MNaCl、MCl分别是四种物质NaHSO3、SO3、NaCl、Cl-的摩尔质量。
经上述计算，本实施例中NaHSO3和NaCl两种盐溶液的浓度分别为72mg/mL、6.24mg/mL。
用微量移液器取10μL溶液分别均匀涂在样品的两个表面，然后用吹风机慢慢吹干。按“湿润→干燥”顺序每24小时循环一次，其中：试验温度为30℃，湿润和干燥过程均为12h，湿润和干燥过程的相对湿度分别为80％和10％，试验时间为14、28、42天。从图1、2中腐蚀产物的X-射线衍射谱和红外图谱中可以看出，在模拟试验的14、28、42天的锈层中主要由β-FeOOH、α-FeOOH和γ-FeOOH组成；其中，A：β-FeOOH；L：γ-FeOOH；M：Fe3O4；G：α-FeOOH。
实施例2
试验材料为上述的低合金钢P265GH，预先配好一定浓度配比的NaCl和NaHSO3溶液，溶剂为蒸馏水和无水乙醇按体积比1∶1混合而成。本实施例中，NaHSO3和NaCl两种盐溶液的浓度与实施例1相同，分别为72mg/mL、6.24mg/mL。
用微量移液器取10μL溶液分别均匀涂在样品的两个表面，然后用吹风机慢慢吹干。按“湿润→干燥”顺序每24小时循环一次，其中：试验温度为30℃，湿润和干燥过程均为12h，湿润和干燥过程的相对湿度分别为80％和10％，试验时间为1、7、14、28、42天。从图3中模拟腐蚀失重随时间变化曲线可以看出，模拟试验的腐蚀失重随时间变化符合户外长期暴露试验的幂指数规律。
实施例3(对比例)
参照ISO-4542标准在辽宁某海滨地区进行低合金钢P265GH的大气暴露试验，时间分别为3、6和12个月。从图5可以看出，样品的腐蚀失重随暴露时间的增加而增加。腐蚀产物的X-射线衍射谱表明锈层都主要由β-FeOOH、α-FeOOH和γ-FeOOH组成(图4)。表2为户外暴露6个月试验和室内模拟14天试验截面元素分布对比，锈层截面中均含有Cl、S等外来元素。
表2、户外暴露试验和室内模拟试验截面元素分布对比
由实施例和对比例可知，采用室内模拟和户外暴露两种实验方法，样品的腐蚀失重都随时间增加而增加，且室内模拟的腐蚀失重遵循幂指数规律。两种方法下，样品的腐蚀产物相似，都主要含有β-FeOOH、α-FeOOH和γ-FeOOH，锈层中都分布着Cl、S等外来元素，说明Cl-、S加速了低合金钢P265GH的腐蚀。
因此，本发明模拟低合金钢在海洋工业大气环境下的腐蚀过程，具有模拟性、加速性和重现性，可用于研究各种低合金钢在该大气环境下的腐蚀行为，进行评价和预测，为合理选材和选用合适的防护方法提供依据。
Claims (4)
1.一种模拟低合金钢在海洋工业大气环境下腐蚀过程试验方法，其特征在于：以低合金钢为试验材料，将不同浓度配比的NaHSO3和NaCl两种盐溶液预先沉积在试样表面后，按“湿润→干燥”顺序进行干湿交替试验，其中：试验温度为30℃，湿润和干燥过程均为12h，湿润和干燥过程的相对湿度分别为80％和10％，试验时间为1-42天；
NaHSO3和NaCl两种盐溶液的浓度的确定：
1)测量模拟地区大气的硫酸盐化速率RSO3和海盐粒子的沉积速率RCl；
2)将硫酸盐化速率RSO3和海盐粒子的沉积速率Rcl乘以放大系数k，来计算模拟实验的试样单位面积的沉积硫和氯两种元素的质量；
3)根据公式(1)、(2)来计算所配溶液的浓度；
CNaHSO3＝S×RSO3×MNaHSO3×k/(V×MSO3) (1)
CNaCl＝S×RCl×MNaCl×k/(V×MCl) (2)
其中：S为试样的单个面的表面积；
RSO3为被模拟地区实际大气的硫酸盐化速率；
RCl为被模拟地区海盐粒子的沉积速率；
k为放大系数，通常选10的整数倍；单位为d(天)；
V为微量进样器取盐溶液的体积；
MNaHSO3、MSO3、MNaCl、MCl分别是四种物质NaHSO3、SO3、NaCl、Cl-的摩尔质量；
微量进样器取盐溶液的体积V以均匀涂在试样表面为宜，保证试样表面单位面积沉积盐的质量相等。
2.按照权利要求1所述的模拟低合金钢在海洋工业大气环境下腐蚀过程试验方法，其特征在于：放大系数k＝10。
3.按照权利要求1所述的模拟低合金钢在海洋工业大气环境下腐蚀过程试验方法，其特征在于：式(1)和(2)中，单位面积试样表面使用的盐溶液体积：V/S＝(1～5)×10-2μL/mm2。
4.按照权利要求1所述的模拟低合金钢在海洋工业大气环境下腐蚀过程试验方法，其特征在于：NaHSO3和NaCl两种盐溶液的溶剂为蒸馏水和无水乙醇按体积比1∶1混合而成。
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2010
- 2010-03-31 CN CN 201010136675 patent/CN102207446B/zh not_active Expired - Fee Related
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|---|---|
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