CN103674826A - 恒拉力条件下的周期轮浸腐蚀试验方法及其设备 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种恒拉力条件下的周期轮浸腐蚀试验设备，它包括试验容器、试验平台、泵、恒温槽、第一管道、第二管道和第三管道它还包括拉力系统、固定在试验平台顶部的多个第一试样夹头、与拉力系统的拉杆固定连接的多个第二试样夹头、设置在试验容器外的红外灯，试验容器的底部开设有与各个作为平行样的试样匹配的多个底部通孔，试验容器的顶部为容器顶部开口，每个底部通孔上均设有平行样密封条，每个第一试样夹头和对应的第二试样夹头分别用于固定作为平行样的试样的两端，红外灯的灯头面向试验容器。本发明不仅具有很好的腐蚀环境模拟性能，而且还能在实验中对钢材的实际服役状态进行模拟，是一种更具实用价值的加速腐蚀试验方法。
Description
技术领域
本发明涉及金属材料腐蚀试验技术领域，具体地指一种恒拉力条件下的周期轮浸腐蚀试验方法及其设备。
背景技术
周期轮浸腐蚀试验是试验室常用的加速腐蚀试验方法，可在试验室内对钢材进行快速的耐蚀性评定，是新钢种研制过程中试制钢筛选的常用方法。由于该方法具有很好的腐蚀环境模拟性能，所以深受钢材用户和研发人员的欢迎。但传统的周期轮浸腐蚀试验中，其被测试样是处于非受力状态，这与试验材料的实际服役状态相差甚远，不能准确的评价被测材料的耐周期轮浸腐蚀的性能。
发明内容
本发明的目的就是要提供一种恒拉力条件下的周期轮浸腐蚀试验方法及其设备，该方法和设备使被测试样在周期轮浸腐蚀试验时更接近于材料实际服役的状态，从而使被测材料的周期轮浸腐蚀试验结果更加准确。
为实现此目的，本发明所设计的恒拉力条件下的周期轮浸腐蚀试验方法，其特征在于，它包括如下步骤：
步骤1：对待测金属板进行取样从而得到试样，该试样片数≥四片，将其中的一片试样作为空白样，将其余试样作为腐蚀试验的平行样，取样过程中对于板厚小于4mm的金属板，取全厚度试样；对于板厚大于4mm的钢板，取样厚度为4mm；
步骤2：首先用清洗剂或脱脂剂对所有试样进行清洗，接着用自来水冲洗，再用去离子水漂洗，然后置于无水酒精中，取出后进行干燥处理，并放置到室温再对各个试样分别进行称重，同时测量作为平行样的各个试样腐蚀曝露部分的面积；
步骤3：在试验容器的下方设置试验平台，在试验平台上固定多个第一试样夹头，将作为平行样的各个试样的一端固定连接在对应的第一试样夹头上，作为平行样的各个试样的另一端穿过试验容器对应的底部通孔和容器顶部开口后与相应的第二试样夹头固定连接，第二试样夹头与拉力系统的拉杆固定连接，作为平行样的各个试样与对应的底部通孔之间通过耐蚀绝缘材料进行密封；
步骤4：拉力系统对作为平行样的各个试样分别施加相同的恒定拉力，开启泵，将试验溶液从恒温槽中抽起，并通过溶液入口将试验溶液输入到试验容器内，当试验容器内的试验溶液的液面达到溶液出口时，试验溶液从溶液出口流回到恒温槽中，在泵的作用下试验溶液在恒温槽与试验容器之间循环流动11～13分钟，然后，关闭泵，试验容器内的试验溶液由溶液入口经泵退回到恒温槽内；然后，开启设置在试验容器外的红外灯，红外灯透过试验容器对所有作为平行样的试样烘烤47～49分钟，使作为平行样的各个试样的表面温度达到70℃，烘烤时间结束后，关闭红外灯，将试验容器内的所有作为平行样的试样取出；
步骤5：在步骤4进行的同时，将作为空白样的试样放置在试验容器外，所述作为空白样的试样放置在试验容器外的时间与步骤4中开启泵至从试验容器内取出所有作为平行样的试样的时间相等；
步骤6：对从试验容器内取出的所有作为平行样的试样进行除锈处理，并对除锈后的作为平行样的各个试样进行称重，同时将放置在试验容器外的作为空白样的试样进行除锈处理，并对除锈处理后的作为空白样的试样进行称重；
步骤7：通过如下公式计算得到作为平行样的每个试样的腐蚀速率R，
其中，M为步骤2中称重得到的作为平行样的对应试样的重量，M1为步骤6中称重得到的作为平行样的对应试样的重量，Mk为作为空白样的试样的失重即步骤2中称重得到的作为空白样的试样的重量减去步骤6中称重得到的作为空白样的试样的重量，S为步骤2中测量的作为平行样的对应试样的腐蚀曝露部分的面积，T为步骤4中开启泵后试验溶液开始浸泡作为平行样的对应试样至从试验容器内取出作为平行样的对应试样的时间，D为待测金属板的密度；
将所有作为平行样的试样的腐蚀速率R相加再除以作为平行样的试样的个数，求得作为平行样的试样的平均腐蚀速率。
上述技术方案中，观察步骤4中作为平行样的试样的状态，当观察到作为平行样的试样受腐蚀而发生断裂时，记录下从开启泵后试验溶液开始浸泡作为平行样的试样到作为平行样的试样发生断裂的时间。
所述试验溶液为1×10-2mol/L的NaHSO3溶液或质量百分比浓度为3%的NaCl溶液。
所述试验容器内的试验溶液温度范围为40～50℃。
所述试验容器采用对腐蚀介质呈隋性的透明材料。
所述试验容器为玻璃容器。
所述作为平行样的试样的腐蚀曝露部分面积为作为平行样的试样的平行部表面积，作为平行样的试样的非腐蚀曝露部分用耐蚀的绝缘材料进行密封。
一种恒拉力条件下的周期轮浸腐蚀试验设备，它包括试验容器、试验平台、泵、恒温槽、第一管道、第二管道和第三管道，其中，试验平台位于试验容器下方，恒温槽与第二管道连通，试验容器的溶液入口与第三管道连通，第二管道和第三管道之间通过泵连接，试验容器的溶液出口通过第一管道连通恒温槽，其特征在于：它还包括拉力系统、固定在试验平台顶部的多个第一试样夹头、与拉力系统的拉杆固定连接的多个第二试样夹头、设置在试验容器外的红外灯，其中，所述试验容器的底部开设有与各个作为平行样的试样匹配的多个底部通孔，所述试验容器的顶部为容器顶部开口，所述各个作为平行样的试样贯穿容器顶部开口和对应的底部通孔，所述每个底部通孔上均设有平行样密封条，所述每个第一试样夹头和对应的第二试样夹头分别用于固定作为平行样的试样的两端，所述红外灯的灯头面向试验容器。
所述红外灯通过支架设置在试验容器外。
本发明通过在恒拉力条件下的周期轮浸腐蚀试验中对作为平行样的金属板材试样施加恒定的拉力，使得作为平行样的金属板材试样在恒拉力条件下的周期轮浸腐蚀试验过程中更接近金属板材的实际服役状态，增加了金属板材恒拉力条件下的周期轮浸腐蚀试验的准确性。同时，通过作为空白样的试样在常规环境中的作为空白样的试样失重来修正金属板材恒拉力条件下的周期轮浸腐蚀试验的结果，进一步增加了金属板材恒拉力条件下的周期轮浸腐蚀试验的准确性。
本发明不仅具有很好的腐蚀环境模拟性能，而且还能在实验中对钢材的实际服役状态进行模拟，是一种更具实用价值的加速腐蚀试验方法。
附图说明
图1为本发明的结构示意图；
图2为图1中试验容器部分的侧视结构示意图。
其中，1—试验容器、2—试验平台、3—第一试样夹头、4—底部通孔、5—容器顶部开口、6—第二试样夹头、7—拉力系统、8—拉杆、9—泵、10—溶液入口、11—溶液出口、12—恒温槽、13—红外灯、14—平行样密封条、15—平行部、16—作为平行样的试样、17—第一管道、18—第二管道、19—第三管道、20—支架。
具体实施方式
以下结合附图和具体实施例对本发明作进一步的详细说明：
如图1所示的恒拉力条件下的周期轮浸腐蚀试验设备，它包括试验容器1、试验平台2、泵9、恒温槽12、第一管道17、第二管道18和第三管道19，其中，试验平台2位于试验容器1下方，恒温槽12与第二管道18连通，试验容器1的溶液入口10与第三管道19连通，第二管道18和第三管道19之间通过泵9连接，试验容器1的溶液出口11通过第一管道17连通恒温槽12，其特征在于：它还包括拉力系统7、固定在试验平台2顶部的多个第一试样夹头3、与拉力系统7的拉杆8固定连接的多个第二试样夹头6、设置在试验容器1外的红外灯13，其中，所述试验容器1的底部开设有与各个作为平行样的试样16匹配的多个底部通孔4，所述试验容器1的顶部为容器顶部开口5，所述各个作为平行样的试样16贯穿容器顶部开口5和对应的底部通孔4，所述每个底部通孔4上均设有平行样密封条14，所述每个第一试样夹头3和对应的第二试样夹头6分别用于固定作为平行样的试样16的两端，所述红外灯13的灯头面向试验容器1。
上述所述红外灯13通过支架20设置在试验容器1外。
一种恒拉力条件下的周期轮浸腐蚀试验方法，它包括如下步骤：
步骤1：对待测金属板（钢板）进行取样从而得到试样（取样位置及试样制备执行国家标准GB/T2975），该试样片数≥四片，将其中的一片试样作为空白样，将其余试样作为腐蚀试验的平行样，取样过程中对于板厚小于4mm的金属板，取全厚度试样；对于板厚大于4mm的钢板，取样厚度为4mm；试样加工成拉力样，平行部15（即图1中试样两端之间的部分）宽度为20mm，平行部15长度不小于：平行部截面积的算术平方根×5.65+40mm。其它要求执行国家标准GB/T228；
步骤2：首先用清洗剂（去污粉）或脱脂剂（氧化镁粉）对所有试样进行清洗，接着用自来水冲洗，再用去离子水漂洗，然后置于无水酒精中，取出后进行干燥处理，并放置到室温再对各个试样分别进行称重，同时测量作为平行样的各个试样腐蚀曝露部分的面积（进行尺寸测量和称重操作时，必须使用干净无油污的测量工具，避免二次污染试样，使用游标卡尺测量尺寸，以保证测量精度，使用数字分析天平称重，称量精度不小于±0.5mg）；
步骤3：在试验容器1的下方设置试验平台2，在试验平台2上固定多个第一试样夹头3，将作为平行样的各个试样的一端固定连接在对应的第一试样夹头3上，作为平行样的各个试样的另一端穿过试验容器1对应的底部通孔4和容器顶部开口5后与相应的第二试样夹头6固定连接，第二试样夹头6与拉力系统7的拉杆8固定连接，作为平行样的各个试样与对应的底部通孔4之间通过耐蚀绝缘材料进行密封；
步骤4：拉力系统7对作为平行样的各个试样分别施加相同的恒定拉力，（该恒定拉力沿作为平行样的各个试样的轴向施加，对于用腐蚀率作评定标准的钢材，使作为平行样的试样承受90%Rel（达到屈服强度的90%）的拉应力，对于用断裂时间作评定标准的钢材，使作为平行样的试样承受95%Rel（达到屈服强度的95%）的拉应力）开启泵9，将试验溶液从恒温槽12中抽起，并通过溶液入口10将试验溶液输入到试验容器1内，当试验容器1内的试验溶液的液面达到溶液出口11时，试验溶液从溶液出口11流回到恒温槽12中，在泵9的作用下试验溶液在恒温槽12与试验容器1之间循环流动11～13分钟，然后，关闭泵9，试验容器1内的试验溶液由溶液入口10经泵9退回到恒温槽12内；然后，开启设置在试验容器1外的红外灯13，红外灯13透过试验容器1对所有作为平行样的试样烘烤47～49分钟，使作为平行样的各个试样的表面温度达到70℃，烘烤时间结束后，关闭红外灯13，将试验容器1内的所有作为平行样的试样取出；
步骤5：在步骤4进行的同时，将作为空白样的试样放置在试验容器1外，所述作为空白样的试样放置在试验容器1外的时间与步骤4中开启泵9至从试验容器1内取出所有作为平行样的试样的时间相等；
步骤6：对从试验容器1内取出的所有作为平行样的试样进行除锈处理，并对除锈后的作为平行样的各个试样进行称重，同时将放置在试验容器1外的作为空白样的试样进行除锈处理，并对除锈处理后的作为空白样的试样进行称重；
步骤7：通过如下公式计算得到作为平行样的每个试样的腐蚀速率R，
其中，M为步骤2中称重得到的作为平行样的对应试样的重量，M1为步骤6中称重得到的作为平行样的对应试样的重量，Mk为作为空白样的试样的失重即步骤2中称重得到的作为空白样的试样的重量减去步骤6中称重得到的作为空白样的试样的重量，S为步骤2中测量的作为平行样的对应试样的腐蚀曝露部分的面积，T为步骤4中开启泵9后试验溶液开始浸泡作为平行样的对应试样至从试验容器1内取出作为平行样的对应试样的时间，D为待测金属板的密度；
将所有作为平行样的试样的腐蚀速率R相加再除以作为平行样的试样的个数，求得作为平行样的试样的平均腐蚀速率。
上述技术方案中，观察步骤4中作为平行样的试样的状态，当观察到作为平行样的试样受腐蚀而发生断裂时，记录下从开启泵9后试验溶液开始浸泡作为平行样的试样到作为平行样的试样发生断裂的时间。
上述技术方案中，所述试验溶液为1×10-2mol/L的NaHSO3溶液或质量百分比浓度为3%的NaCl溶液。所述质量百分比浓度为3%的NaCl溶液用于模拟海洋环境，所述1×10-2mol/L的NaHSO3溶液用于模拟工业大气环境。
上述技术方案中，所述试验容器1内的试验溶液温度范围为40～50℃优选为45℃。
上述技术方案中，所述试验容器1采用对腐蚀介质呈隋性的透明材料。
上述技术方案中，所述试验容器1为玻璃容器。
上述技术方案中，所述作为平行样的试样的腐蚀曝露部分面积为作为平行样的试样的平行部表面积，作为平行样的试样的非腐蚀曝露部分用耐蚀的绝缘材料进行密封。
上述技术方案中，对钢材以腐蚀速率R进行评定时，钢材的腐蚀速率越小说明耐蚀性越好。对钢材以断裂时间进行评定时，钢材的断裂时间越长说明耐蚀性越好。
实施例1
试样的平行部15的长宽高分别为150mm×20mm×4mm，在浸入试验溶液前先在作为平行样的试样上加载荷，使作为平行样的试样承受90%Rel的拉应力。试验溶液为质量百分比浓度为3%的NaCl溶液，溶液温度为45℃。以腐蚀速率R评定钢材耐海洋环境腐蚀的能力，腐蚀速率R越小钢材的耐蚀性越好。
实施例2
试样的平行部15的长宽高分别为150mm×20mm×4mm，在浸入试验溶液前先在作为平行样的试样上加载荷，使作为平行样的试样承受90%Rel的拉应力。试验溶液为1×10-2mol/L的NaHSO3溶液，溶液温度为45℃。以腐蚀速率R评定钢材耐工业大气腐蚀的能力，腐蚀速率R越小钢材的耐蚀性越好。
实施例3
试样的平行部15的长宽高分别为150mm×20mm×2mm，在浸入试验溶液前先在作为平行样的试样上加载荷，使作为平行样的试样承受95%Rel的拉应力。试验溶液为质量百分比浓度为3%的NaCl溶液，溶液温度为45℃。以断裂时间评定钢材耐海洋环境腐蚀的能力，断裂时间越长钢材的耐蚀性越好。
本说明书未作详细描述的内容属于本领域专业技术人员公知的现有技术。
Claims (9)
1.一种恒拉力条件下的周期轮浸腐蚀试验方法，其特征在于，它包括如下步骤：
步骤1：对待测金属板进行取样从而得到试样，该试样片数≥四片，将其中的一片试样作为空白样，将其余试样作为腐蚀试验的平行样，取样过程中对于板厚小于4mm的金属板，取全厚度试样；对于板厚大于4mm的钢板，取样厚度为4mm；
步骤2：首先用清洗剂或脱脂剂对所有试样进行清洗，接着用自来水冲洗，再用去离子水漂洗，然后置于无水酒精中，取出后进行干燥处理，并放置到室温再对各个试样分别进行称重，同时测量作为平行样的各个试样腐蚀曝露部分的面积；
步骤3：在试验容器（1）的下方设置试验平台（2），在试验平台（2）上固定多个第一试样夹头（3），将作为平行样的各个试样的一端固定连接在对应的第一试样夹头（3）上，作为平行样的各个试样的另一端穿过试验容器（1）对应的底部通孔（4）和容器顶部开口（5）后与相应的第二试样夹头（6）固定连接，第二试样夹头（6）与拉力系统（7）的拉杆（8）固定连接，作为平行样的各个试样与对应的底部通孔（4）之间通过耐蚀绝缘材料进行密封；
步骤4：拉力系统（7）对作为平行样的各个试样分别施加相同的恒定拉力，开启泵（9），将试验溶液从恒温槽（12）中抽起，并通过溶液入口（10）将试验溶液输入到试验容器（1）内，当试验容器（1）内的试验溶液的液面达到溶液出口（11）时，试验溶液从溶液出口（11）流回到恒温槽（12）中，在泵（9）的作用下试验溶液在恒温槽（12）与试验容器（1）之间循环流动11～13分钟，然后，关闭泵（9），试验容器（1）内的试验溶液由溶液入口（10）经泵（9）退回到恒温槽（12）内；然后，开启设置在试验容器（1）外的红外灯（13），红外灯（13）透过试验容器（1）对所有作为平行样的试样烘烤47～49分钟，使作为平行样的各个试样的表面温度达到70℃，烘烤时间结束后，关闭红外灯（13），将试验容器（1）内的所有作为平行样的试样取出；
步骤5：在步骤4进行的同时，将作为空白样的试样放置在试验容器（1）外，所述作为空白样的试样放置在试验容器（1）外的时间与步骤4中开启泵（9）至从试验容器（1）内取出所有作为平行样的试样的时间相等；
步骤6：对从试验容器（1）内取出的所有作为平行样的试样进行除锈处理，并对除锈后的作为平行样的各个试样进行称重，同时将放置在试验容器（1）外的作为空白样的试样进行除锈处理，并对除锈处理后的作为空白样的试样进行称重；
步骤7：通过如下公式计算得到作为平行样的每个试样的腐蚀速率R，
其中，M为步骤2中称重得到的作为平行样的对应试样的重量，M1为步骤6中称重得到的作为平行样的对应试样的重量，Mk为作为空白样的试样的失重即步骤2中称重得到的作为空白样的试样的重量减去步骤6中称重得到的作为空白样的试样的重量，S为步骤2中测量的作为平行样的对应试样的腐蚀曝露部分的面积，T为步骤4中开启泵（9）后试验溶液开始浸泡作为平行样的对应试样至从试验容器（1）内取出作为平行样的对应试样的时间，D为待测金属板的密度；
将所有作为平行样的试样的腐蚀速率R相加再除以作为平行样的试样的个数，求得作为平行样的试样的平均腐蚀速率。
2.根据权利要求1所述的恒拉力条件下的周期轮浸腐蚀试验方法，其特征在于：观察步骤4中作为平行样的试样的状态，当观察到作为平行样的试样受腐蚀而发生断裂时，记录下从开启泵（9）后试验溶液开始浸泡作为平行样的试样到作为平行样的试样发生断裂的时间。
3.根据权利要求1所述的恒拉力条件下的周期轮浸腐蚀试验方法，其特征在于：所述试验溶液为1×10-2mol/L的NaHSO3溶液或质量百分比浓度为3%的NaCl溶液。
4.根据权利要求1所述的恒拉力条件下的周期轮浸腐蚀试验方法，其特征在于：所述试验容器（1）内的试验溶液温度范围为40～50℃。
5.根据权利要求1所述的恒拉力条件下的周期轮浸腐蚀试验方法，其特征在于：所述试验容器（1）采用对腐蚀介质呈隋性的透明材料。
6.根据权利要求5所述的恒拉力条件下的周期轮浸腐蚀试验方法，其特征在于：所述试验容器（1）为玻璃容器。
7.根据权利要求1所述的恒拉力条件下的周期轮浸腐蚀试验方法，其特征在于：所述作为平行样的试样的腐蚀曝露部分面积为作为平行样的试样的平行部表面积，作为平行样的试样的非腐蚀曝露部分用耐蚀的绝缘材料进行密封。
8.一种恒拉力条件下的周期轮浸腐蚀试验设备，它包括试验容器（1）、试验平台（2）、泵（9）、恒温槽（12）、第一管道（17）、第二管道（18）和第三管道（19），其中，试验平台（2）位于试验容器（1）下方，恒温槽（12）与第二管道（18）连通，试验容器（1）的溶液入口（10）与第三管道（19）连通，第二管道（18）和第三管道（19）之间通过泵（9）连接，试验容器（1）的溶液出口（11）通过第一管道（17）连通恒温槽（12），其特征在于：它还包括拉力系统（7）、固定在试验平台（2）顶部的多个第一试样夹头（3）、与拉力系统（7）的拉杆（8）固定连接的多个第二试样夹头（6）、设置在试验容器（1）外的红外灯（13），其中，所述试验容器（1）的底部开设有与各个作为平行样的试样（16）匹配的多个底部通孔（4），所述试验容器（1）的顶部为容器顶部开口（5），所述各个作为平行样的试样（16）贯穿容器顶部开口（5）和对应的底部通孔（4），所述每个底部通孔（4）上均设有平行样密封条（14），所述每个第一试样夹头（3）和对应的第二试样夹头（6）分别用于固定作为平行样的试样（16）的两端，所述红外灯（13）的灯头面向试验容器（1）。
9.根据权利要求8所述的恒拉力条件下的周期轮浸腐蚀试验设备，其特征在于：所述红外灯（13）通过支架（20）设置在试验容器（1）外。
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