CN105738274A - 一种用于模拟加速金属材料土壤环境腐蚀的检测方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种用于模拟加速金属材料土壤环境腐蚀的检测方法，所述方法包括：(1)检测环境及试样：将烘干的土壤研磨至250目以下，调节含水率为8～30％，pH为2～6±0.2；准备金属试样；(2)测定条件：于25～45±2℃下进行试验；(3)确定评价指标：测定金属腐蚀速率。本发明提供的技术方案建立了一种用于模拟加速金属材料腐蚀试验条件及方法体系，通过调节目标土壤的pH值、含水率及温度进行土壤环境加速腐蚀试验，方法简单高效，加速效果理想、结果稳定性高、通用性及实用性强，可用于金属材料耐土壤腐蚀性能快速评价及金属材料腐蚀性对比试验，尤其适用于模拟加速酸性土壤地区金属材料腐蚀状况。

Description

一种用于模拟加速金属材料土壤环境腐蚀的检测方法

技术领域

本发明涉及一种模拟土壤环境腐蚀检测方法，具体涉及一种用于模拟加速金属材料土壤环境腐蚀的检测方法。

背景技术

目前金属材料土壤环境下的腐蚀问题十分严重，造成大量的经济损失和安全事故。电力行业的金属接地材料，石化行业石油管道及其它基础设施建设土壤环境中的材料部分等都面临着不同程度的土壤环境腐蚀问题，而且不同土壤环境中金属材料的腐蚀状况不同。金属材料腐蚀状况及耐腐蚀性能是金属材料土壤环境应用及寿命评估的重要指标之一，也是腐蚀研究的重点领域之一。

金属材料土壤环境中的腐蚀是多因素共同作用的结果。研究表明，金属土壤环境腐蚀的主要影响因素有以下几个方面：1)含水量，大量研究表明土壤环境中含水量过低时土壤腐蚀较低，在较低含水率下，随含水率降低土壤腐蚀逐渐减弱；在含水率为12～25％时，金属土壤环境腐蚀相对最为严重，当含水率继续升高，高于25％时，土壤环境中金属腐蚀反而降低。2)温度，温度对土壤环境中金属的腐蚀影响也较为明显，温度过低时，如冻土，腐蚀几乎不会发生。当温度过高时，土壤腐蚀也有降低的现象发生。3)含盐量，盐分对材料腐蚀有极强的促进作用，当含盐量升高土壤腐蚀有逐渐增大的趋势。4)pH，土壤pH值降低金属材料的腐蚀明显加剧，pH值的大小是土壤环境金属腐蚀的决定性因素之一。5)微生物，微生物对土壤腐蚀也有一定的影响，一些微生物的存在会加速金属材料的土壤腐蚀。

金属材料土壤环境腐蚀试验及测试方法大致分为两大类，即实际土壤环境埋样腐蚀试验和室内模拟土壤环境加速腐蚀试验。土壤埋样腐蚀实验是相对准确、可靠的金属材料土壤腐蚀状况研究方法，研究人员利用此方法开展了大量的金属材料腐蚀行为研究，对土壤环境腐蚀性和金属材料耐蚀性等进行分析评价。但其存在研究成本高，实验周期过长，成果转化周期长和区域及环境局限性大等诸多不利情况。

随着金属材料土壤环境腐蚀及试验方法研究的不断深入，以及工业发展对金属材料耐腐蚀性能评价速度要求的不断提高，如何快速、简便、经济有效及规范的测试金属材料土壤环境腐蚀行为成为了重要的研究内容，土壤环境模拟加速腐蚀试验方法也成为金属材料土壤环境腐蚀评价的重要方法。室内土壤环境模拟加速腐蚀试验方法是在对土壤环境主要腐蚀影响因素研究的基础上，模拟土壤环境进行的具有一定加速性的材料腐蚀试验方法，能够在较短的时间内得出材料腐蚀结果，预测实际土壤环境中材料的腐蚀行为和耐蚀性能，大大降低了试验周期，可用于针对土壤环境腐蚀的快速选材和材料腐蚀比较分析，有利于定向研究单个土壤环境因素对材料土壤环境腐蚀的影响及作用规律。

目前，金属材料土壤环境腐蚀的室内模拟加速腐蚀试验已有较多的研究方法。电偶加速试验、电解加速试验、极化法加速试验、干湿交替实验及环境加速法等，其中前四种试验方法主要是通过外加电流或电偶等方式来加速腐蚀，其应用有一定的局限性，主要针对一些具体工况条件开展研究。环境加速法是目前比较常用和有效的研究方法，研究者们也开展了不同程度的研究，对材料土壤环境腐蚀及土壤环境腐蚀主要影响因素进行了部分实验分析，但都存在不同程度的问题，实验方法较为复杂、需要设备支撑或腐蚀加速比较低、环境相关性不高等。

土壤环境金属材料腐蚀评价及测试不仅是地下金属材料工程应用亟需解决的实际问题，也是腐蚀学科研究的一个重要课题。因此建立快速、准确、简便的模拟加速金属材料土壤环境腐蚀的测试方法具有重要的实际和理论意义。

发明内容

本发明的目的是提供一种用于模拟加速金属材料土壤环境腐蚀的检测方法，提出一种简便、快速和高效的土壤环境腐蚀测试方法，提高金属材料土壤环境腐蚀测试的速度，为相关金属材料土壤环境耐腐蚀性能比较提供方法。

本发明是通过对金属材料在实际土壤环境腐蚀行为研究和分析、对现有土壤环境腐蚀模拟加速试验方法的研究、以及土壤环境腐蚀主要影响因素的分析和试验研究(如图1)，提出的一种土壤环境金属材料模拟加速腐蚀的检测方法。

为了实现上述目的，本发明采取以下技术方案：

一种用于模拟加速金属材料土壤环境腐蚀的检测方法，所述方法包括：

(1)检测环境及试样：

土壤：依据试验目标和要求选择实际环境土壤，将烘干的土壤研磨至250目以下，以蒸馏水调节土壤含水率为8～30％，pH为2～6±0.2；

准备金属试样；

(2)测定条件：将金属试块置于土壤中，于25～45±2℃下进行试验；

(3)确定评价指标：周期加速腐蚀试验完成后，测定金属腐蚀速率为腐蚀性能及状况的评价指标。

所述检测方法的第一优选技术方案，所述土壤的含水率为12～25％，pH值为3～4±0.2。

所述检测方法的第二优选技术方案，所述土壤的含水率为25％，pH值为3。

所述检测方法的第三优选技术方案，所述土壤的pH值通过添加稀释的分析纯盐酸或氢氧化钠来调节。

所述检测方法的第四优选技术方案，所述金属试样为碳钢、合金钢、热镀锌钢或铜包钢。

所述检测方法的第五优选技术方案，所述金属试样为元素含量C≤0.22％、Mn≤1.4％、Si≤0.35％、S≤0.050和P≤0.045的碳钢。

所述检测方法的第六优选技术方案，所述金属试样置于土壤中50～300mm。

所述检测方法的第七优选技术方案，所述试验于30～40±2℃下进行，周期为300～2000h，需及时补充蒸发失水量，且同一实验容器内放置一种金属。

所述检测方法的第八优选技术方案，所述试验于30℃下进行360h。

所述检测方法的第九优选技术方案，每次试验设置3～6个平行试样，金属腐蚀速率取平均值，若所述试样具有金属镀层，保护其切割面。

与最接近的现有技术比，本发明具有如下有益效果：

1)本发明提供的用于模拟加速金属材料土壤环境腐蚀的检测方法，快速、简便高效、加速效果理想、结果稳定性高、通用性及实用性强，提高了金属材料土壤环境腐蚀性检测的速度，为相关金属材料耐土壤腐蚀性能快速评价、金属材料腐蚀性对比及选材提供帮助；

2)本发明尤其适用于模拟加速酸性土壤地区金属材料腐蚀状况，并可用于金属耐土壤腐蚀的实验室相关研究和土壤环境耐蚀金属研发等工作。

附图说明

图1：不同pH值下接地铜包钢金属材料动电位极化曲线。

具体实施方式

结合具体实施例及其实验结果对本发明进一步说明：

实施例1

Q235碳钢的室外土壤环境埋样试验及本发明用于模拟加速土壤环境腐蚀检测方法效果对比，开展以下试验：

(1)室外土壤环境埋样试验

参照室外环境金属材料土壤环境埋样试验方法及相关标准进行室外土壤环境埋样试验，试验地点为我国东南部腐蚀严重的某酸性土壤地区，埋样周期为8760h(即1年)，材料为Q235碳钢，土壤环境埋样试验完成后取出试样进行材料腐蚀速率测试，每组试验共4个平行样，取腐蚀速率平均值。试验结果见表1。

(2)本发明用于模拟加速金属材料土壤环境腐蚀检测方法试验

1)选择以上实际室外土壤环境埋样试验点的实际环境土壤。将实际环境土壤烘干，并研磨至200目备用。

2)将备用实际环境土壤与蒸馏水混合，调节土壤含水率达25％，通过添加稀释的分析纯盐酸调节pH值为3作为测试土壤。

3)将金属试样放入测试土壤中，实验过程中土壤完整覆盖试样并在土壤下50mm处，调节试验温度为30℃进行加速腐蚀试验测试。整个试验过程中按蒸发掉水量每24h补充一次。加速腐蚀试验周期为360h。

4)360h循环腐蚀试验结束后取出试样，进行试样腐蚀失重分析，腐蚀速率测试过程中，腐蚀产物的清除按标准GB/T16545(金属和合金的腐蚀，腐蚀试样上腐蚀产物的清除)。每组试验共4个平行样，进行3次平行实验，金属腐蚀速率取平均值。具体试验结果见表1。

表1Q234碳钢室外土壤环境埋样试验及本发明检测方法试验结果对比

从表1的结果中可以看出，Q235钢在本发明用于模拟加速土壤环境腐蚀检测方法中的腐蚀速率明显高于我国东南部腐蚀严重的某酸性土壤地区埋样试验结果，倍率达到9.19。在对腐蚀速率研究的同时对两种方法腐蚀后的腐蚀形貌、腐蚀产物成分等进行了对比分析。分析结果表明本发明用于模拟加速土壤环境腐蚀检测方法结果从腐蚀形貌及腐蚀产物等方面与实际土壤环境埋样试验结果相关性理想，本方法是相对更为快速、高效且相关性理想的模拟加速土壤腐蚀试验方法，有利于提高金属材料土壤腐蚀性测试速度。分析3组平行实验结果，本发明方法试验结果相对较为稳定。

实施例2

采用本发明用于模拟加速土壤环境腐蚀检测方法对比不同金属(Q235碳钢、热镀锌钢及铜包钢)的土壤环境耐腐蚀性能及腐蚀状况，进行以下试验：

1)选择我国东南部某酸性土壤地区的实际环境土壤。将实际环境土壤烘干，并研磨至200目备用。

2)将备用实际环境土壤与蒸馏水混合，调节土壤含水率达25％，通过添加稀释的分析纯盐酸调节pH值为3作为测试土壤。

3)分别将Q235碳钢、热镀锌钢及铜包钢试样放入测试土壤中，同一个实验容器内只放置同一种金属，实验过程中土壤完整覆盖试样并在土壤下50mm，调节试验温度为30℃进行加速腐蚀试验测试。整个试验过程中按蒸发掉水量每24h补充一次。加速腐蚀试验周期为360h。为保证试验条件的一致性，试样都进行封边保护。

4)分别取出360h循环腐蚀试验结束后的Q235碳钢、热镀锌钢及铜包钢试样，分别进行试样腐蚀失重分析，腐蚀速率测试过程中，腐蚀产物的清除按标准GB/T16545。每组试验共4个平行样，进行3次平行实验，金属腐蚀速率取平均值。具体试验结果见表2。

表2Q235碳钢、热镀锌钢及铜包钢采用本发明检测方法试验结果对比

从表2的结果中可以看出，Q235碳钢、热镀锌钢及铜包钢在本发明用于模拟加速土壤环境腐蚀检测方法试验后的腐蚀速率存在明显差异，腐蚀速率Q235碳钢>热镀锌钢>铜包钢。各金属材料平行试验结果稳定，并对三种金属材料腐蚀后的腐蚀形貌、腐蚀产物成分等进行了对比分析，不同金属间有明显差异。本发明能为相关金属材料土壤环境耐腐蚀性能比较及选材提供快速的支持与帮助。

以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非对其限制，所属领域的普通技术人员应当理解，参照上述实施例可以对本发明的具体实施方式进行修改或者等同替换，这些未脱离本发明精神和范围的任何修改或者等同替换均在申请待批的权利要求保护范围之内。

Claims (10)

1.一种用于模拟加速金属材料土壤环境腐蚀的检测方法，其特征在于，所述方法包括：

(1)检测环境及试样：

土壤：将烘干的土壤研磨至250目以下，调节含水率为8～30％，pH为2～6±0.2；

准备金属试样；

(2)测定条件：于25～45±2℃下进行试验；

(3)确定评价指标：测定金属腐蚀速率。

2.根据权利要求1所述的检测方法，其特征在于，所述土壤的含水率为12～25％，pH为3～4±0.2。

3.根据权利要求2所述的检测方法，其特征在于，所述土壤的含水率为25％，pH值为3。

4.根据权利要求1～3任一所述的检测方法，其特征在于，用稀释的分析纯盐酸或氢氧化钠调节所述土壤的pH。

5.根据权利要求1所述的检测方法，其特征在于，所述金属试样为碳钢、合金钢、热镀锌钢或铜包钢。

6.根据权利要求5所述的检测方法，其特征在于，所述金属试样为元素含量C≤0.22％、Mn≤1.4％、Si≤0.35％、S≤0.050和P≤0.045的碳钢。

7.根据权利要求1所述的检测方法，其特征在于，所述金属试样置于土壤中50～300mm。

8.根据权利要求1所述的检测方法，其特征在于，所述试验于30～40±2℃下进行300～2000h。

9.根据权利要求8所述的检测方法，其特征在于，所述试验于30℃下进行360h。

10.根据权利要求1所述的检测方法，其特征在于，每次试验设置3～6个平行试样，具有金属镀层的试样，需保护其切割面。