CN103674824A - 介质模拟液及基于耐点蚀性能选用液压支架用钢的方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及的介质模拟液及基于耐点蚀性能选用液压支架用钢的方法，属于金属材料的耐腐蚀检测技术领域，具体为煤矿机械液压支架材料的选用耐点蚀能力。本发明引入了一种对比钢种材料，将煤矿机械液压支架材料和另外一种对比钢种材料加工成一定规格的试片，并将试片于特定的腐蚀介质模拟液中浸泡24小时，通过对试片上蚀点进行计数分析来评价煤矿机械液压支架材料的耐蚀性能。该种方法快速灵活，实验成本低。

Description

介质模拟液及基于耐点蚀性能选用液压支架用钢的方法

技术领域

本发明涉及到金属材料的耐腐蚀性能检测领域，具体为基于耐点蚀性能选用煤矿机械液压支架用钢的方法及其介质模拟液的配置。 

背景技术

中国的煤炭资源丰富，地下采煤多采用现代化机械设备，液压支架是利用液体压力产生支撑力的一种动力装置。地下采煤环境有一些易燃物，用作液压支架内的液体是水性的浓缩液或乳化剂，并且水性的浓缩液或乳化剂对支架钢内壁有一定的防腐蚀作用，而实际的采煤过程中，一些液压支架被使用一段时间后，与水性的浓缩液或乳化剂接触的内壁产生了肉眼可见的腐蚀坑点，导致液压支架漏液，这是不符合现场工况要求的。根据液压支架内壁钢在水性的浓缩液或乳化剂下的腐蚀失效特征可以判定其失效形式包含点蚀。 

目前文献中报道了多种用于检测金属材料点蚀性能的办法，如挂片法、电化学法（天华化工机械及自动化研究设计院.腐蚀与防护手册 (第二版) 第1卷 腐蚀理论试验及监测[M].北京：化工工业出版社，2008）。比如中国专利200510029332.3介绍了评价材料耐点蚀性能的方法，引入再钝化温度，电化学采用标准的三电极体系，并使用恒定外加电位下腐蚀电流密度-温度循环扫描法温度，测量材料的再钝化和临界点蚀温度，该方法需用到电化学设备，实验成本高，试样制作繁琐，实验周期相对较长（蒋益明，吴玮巍等. 一种评价材料耐点蚀性能的方法[P]. 中国专利, 200510029332.3. 2009-9-1.）。中华人民共和国标准GB/T18590-2001规定了金属和合金的点蚀评价办法，包含显微镜法、电磁法、声波法、面积法等多种评价方式，用显微镜统计蚀坑数目以确定蚀坑密度，利用标准图谱进行评级，其操作复杂，评价难度高（GB/T18590-2001，金属和合金的腐蚀  点蚀评定方法.）。 

目前，液压支架生产制造可选的钢种较多，针对水性的浓缩液或乳化剂工况条件下，选用何种耐点蚀能力合理的钢材是困扰液压支架设计、生产商的问题之一。 

发明内容

鉴于上述现有技术存在的缺陷，本发明的目的是提出一种步骤简单，操作方面，实验周期短，便于煤矿机械液压支架设计、生产单位合理选材、快速检测煤矿机械液压支架钢材的耐点蚀性能的方法。并且调配了一种新的介质模拟液，引入耐点蚀系数。 

    为解决上述问题，本发明采用的技术方案是：为了更接近符合现场工况以及采煤过程中液压支架内水性的浓缩液或乳化剂的成分，介质模拟液配制成分为质量分数为3%～8%的煤矿机械液压支架用乳化剂、质量分数为0.5～3.5%的NaCl，其余为电导率小于2μs/cm的去离子水。 

   基于耐点蚀性能选用液压支架用钢的方法，包括如下步骤： 

    1）将煤矿机械液压支架钢材试片置于权利要求1所述的介质模拟液中，为了更符合现场温况和快速得到对比结果，控制整个装置在20℃～40℃范围内的恒温状态，24小时后取出试片。

     2） 对经步骤1）处理后的煤矿机械液压支架钢试片的两个最大面上距离试片边棱1mm外的蚀点数目进行计数，待测煤矿机械液压支架刚试片点蚀数目为b。     

3）为了对所需钢材的选用快速便捷判断，本方案引入了耐点蚀系数，通过耐点蚀系数的数值对备用钢材的相对耐点蚀性能进行快速分析，对步骤2）的采集数据分析计算计算点蚀系数α=（a-b）/ a，（其中，a为在同等条件下参照钢的点蚀数目），若α﹥0，则待测钢的耐点蚀能力强于参照钢；若α= 0，则待测钢的耐点蚀能力与参照钢相当；若α﹤0，则待测钢的耐点蚀能力弱于参照钢。α值越大，待测钢耐点蚀能力越强，则试片的钢材越适用于液压支架选材需求。

    本发明进一步限定的技术方案为： 

    进一步的，为了便于操作和观察，所述煤矿机械液压支架试片和参照钢材试片为沿着材料的轧制方向取样，体积均为30mm×15mm×2mm。

进一步的，为了便于试片的悬挂，在所述煤矿机械液压支架试片和参照钢材试片上分别设有直径为2mm的悬挂孔，煤矿机械液压支架钢材试片和参照钢材试片通过穿过试片上小孔的尼龙绳完全浸没于所述的煤矿机械液压支架介质模拟液中。 

    进一步的，根据各种钢材的耐高腐蚀性和恶劣的环境性的特性，所述的参照钢材采用的钢种选为30CrMnSi。 

 进一步的，为了更接近实际和更快获得测试结果，所述介质模拟液的pH为8～12。 

本发明的有益效果是：本发明所述煤矿机械液压支架选用的方法用到的实验器材种类少，价格便宜，而且实验过程简单，周期短，同时也有相关的工程实例验证了该方法的有效性。另外，该方法引入了耐点蚀系数，通过耐点蚀系数的数值对钢材的相对耐点蚀性能进行快速分析评价，从而对所需钢材的选用起到了快速便捷判断的作用。 

附图说明

图1为制作试片的一个面的形貌。 

    图2为对比钢30CrMnSi试片腐蚀后一个面的形貌。 

图3为DBT钢试片腐蚀后一个面的形貌。 

图4为ZDQ700钢试片腐蚀后形貌一个面的形貌。 

具体实施方式

实施例子1 

本实施例提供的基于耐点蚀性能选用液压支架用钢的方法，具体操作步骤如下： 

  具体操作步骤如下： 

   1）试样制作：将煤矿机械液压支架用DBT钢和对比钢30CrMnSi沿着轧制方向取样，加工成30mm×15mm×2mm的试片，试片上钻直径为2mm的悬挂孔，如图1所示。

   2）介质模拟液的配制：质量分数为5%的煤矿机械液压支架用乳化剂、质量分数为1%的NaCl，其余为电导率小于2μs/cm的去离子水，控制模拟腐蚀液的pH为8～12。 

   3）将上述步骤（1）制作的煤矿机械液压支架钢材试片和参照钢材试片通过穿过试片上小孔的尼龙绳完全浸没于装有步骤（2）所述的介质模拟液的玻璃器皿中，尼龙绳另一端系在悬挂于玻璃器皿上方的支杆上，控制整个装置25℃恒温，保持24小时后取出试片。若24小时内，参照钢未出现点蚀，则增大NaCl的质量分数，NaCl的质量分数最高至3.5%。 

   （4）数据采集：对上述步骤（3）实验后的煤矿机械液压支架钢试片和参照钢试片30mm×15mm面上，距离试片边棱1mm外的两个面上可见的蚀点数目分别进行计数，参照钢的点蚀数目为a，待测煤矿机械液压支架刚试片点蚀数目为b。 

   （5）结果计算分析：对上述步骤（4）的采集数据分析计算，点蚀系数α=（a-b）/ a，DBT钢蚀点数b为0个，如图3所示。对比钢30CrMnSi蚀点a为10个，如图2所示。 

根据公式计算其耐点蚀系数为1，DBT钢的耐点蚀能力优于对比钢30CrMnSi。 

DBT煤矿机械液压支架在使用数年后未出现点蚀现象，而30CrMnSi钢制煤矿液压支架出现点蚀现象，说明该选用液压支架钢材方法的有效性。 

实施例子2

本实施例具体步骤、条件、方法与实施例1相同，不同的是本实施例采用煤矿机械液压支架用ZDQ700钢和30CrMnSi钢材进行轧制试片，其结果为：

对钢片30mm×15mm面上，距离试片边棱1mm外的两个面上可见的蚀点进行计数，ZDQ700钢蚀点为1个，如图4所示，对比钢30CrMnSi蚀点10个，如图2所示。

 根据公式计算耐点蚀系数为0.9，ZDQ700钢的耐点蚀能力优于30CrMnSi。 

 ZDQ700钢制煤矿液压支架在使用数年后出现点蚀现象，30CrMnSi钢制煤矿液压支架也出现点蚀现象，但是，使用相同时间后，ZDQ700钢制煤矿液压支架的蚀点少于30CrMnSi钢制煤矿液压支架，说明该选用液压支架方法的有效性。 

除上述实施例外，本发明还可以有其他实施方式。凡采用等同替换或等效变换形成的技术方案，均落在本发明要求的保护范围。 

Claims (6)

1.介质模拟液，其特征在于：配制成分为质量分数为3%～8%的煤矿机械液压支架用乳化剂、质量分数为0.5～3.5%的NaCl，其余为电导率小于2μs/cm的去离子水。

2.根据权利要求1所述的介质模拟液，其特征在于：所述介质模拟液的pH为8～12。

3.基于耐点蚀性能选用液压支架用钢的方法，其特征在于，包括如下步骤：

 1）将煤矿机械液压支架钢材试片置于权利要求1所述的介质模拟液中，控制整个装置在20℃～40℃范围内的恒温状态，24小时后取出试片；

 2） 对经步骤1）处理后的煤矿机械液压支架钢试片的两个最大面上距离试片边棱1mm外的蚀点数目进行计数，待测煤矿机械液压支架刚试片点蚀数目为b；3）对步骤2）的采集数据分析计算，计算点蚀系数α=（a-b）/ a，（其中，a为在同等条件下参照钢的点蚀数目），若α﹥0，则试片的钢材适用于液压支架。

4.根据权利要求3所述的基于耐点蚀性能选用液压支架用钢的方法，其特征在于：所述煤矿机械液压支架试片为沿着材料的轧制方向取样，体积均为30mm×15mm×2mm。

5.根据权利要求4所述的基于耐点蚀性能选用液压支架用钢的方法，其特征在于：所述煤矿机械液压支架试片上分别设有直径为2mm的悬挂孔。

6.根据权利要求3所述的基于耐点蚀性能选用液压支架用钢的方法，其特征在于：所述的参照钢采用的钢种为30CrMnSi。

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