Page 22 - 理化检验-物理分册2022年第九期

张文利, 等: 高锰钢实海环境暴露试验与实验室加速腐蚀试验结果对比

包括实验室加速腐蚀和实海环境暴露两种方法 [ 5-7 ] , 行为, 同时, 在某海域的全浸区和潮差区进行实海环
实验室加速腐蚀可在较短时间内得到腐蚀数据, 实海 境暴露 试 验。采 用 宏 观 观 察、 扫 描 电 镜 ( SEM ) 分
环境暴露则需要数月甚至数年的时间, 大大制约了材 析, X 射线衍射( XRD ) 分析及金相检验等方法, 对
料的应用研究进程, 然而实海环境暴露数据能真实地 实海环境暴露与实验室加速全浸、 间浸腐蚀试验的
反映材料的服役情况。相关文献进行了大量的实海 结果进行对比分析, 为高锰钢在 LNG 领域的应用
环境暴露试验以确保材料最终服役的安全性 [ 8-10 ] 。 提供了理论基础。
因此, 采用实海环境暴露试验的方法, 验证实验室加
1 试验材料及方法
速腐蚀数据的准确性具有十分重要的意义。
以高锰钢为研究对象, 笔者采用实验室全浸、 间 1.1 试验材料
浸腐蚀试验方法研究了高锰钢在模拟海水( 质量分 试验材料为某钢厂生产的 30mm 厚高锰钢板,

数为 3.5% , H 为 6.4~7.2 的 NaCl溶液) 中的腐蚀 状态为交货态( 固溶态), 其化学成分如表 1 所示。
p
表 1 高锰钢的化学成分 %
质量分数
项目
C Si Mn S P Cr Cu B N Fe
实测值 0.392 0.171 23.78 <0.005 0.0092 3.36 0.332 <0.001 0.041 余量

1.2 试验方法 参照 GB / T19746-2005 《 金属和合金的腐蚀

实海环境暴露试验在某海洋环境实验站的天然 盐溶液周浸实验》, 采用间浸腐蚀试验模拟高锰钢在
海水暴露实验场进行, 其海水温度最高为 33.5 ℃ , 海洋潮差区的腐蚀行为, 试验在贝尔提拉式间腐蚀

最低 为 19 ℃ , 全 年 平 均 为 27 ℃ 。 海 水 盐 度 为 试验装置上进行; 参照 JB / T7901 — 2001 《 金属材
3.2%~3.5% ( 质量分 数), 溶 解 氧 体 积 浓 度 年 均 为 料实验室均匀腐蚀全浸实验方法》, 采用动态全浸试

5.37ml / L , H 年均为 8.11 , 海生物 ( 含细菌) 一年 验模拟高锰钢在海洋全浸区的腐蚀行为, 试验在全
p
四季生长旺盛, 将试样投放于实验场的全浸、 潮差实 浸腐蚀试验机上进行。所有试验均采用 3 个平行试
验区。 样, 具体试验条件如表 2 所示。
表 2 实验室加速腐蚀及实海环境暴露的试验条件
试样尺寸( 长 × 宽 × 高)/
试样编号 试验方法 试验环境 试验条件
( mm×mm×mm )

温度为( 35±1 ) ℃ , 湿度为( 85±5 ) % , 干湿比为 1∶1 , 每半小时 1
JS 实验室加速间浸腐蚀 模拟海水 40×25×10
周期, 时间为 3d , p H 为 6.4~7.2

温度为( 35±1 ) ℃ , 时间为 1 个月, 动态旋转线速度为 1m / s , p H
QS 实验室加速全浸腐蚀 模拟海水 160×30×3
为 6.4~7.2

潮差区, 时间为 6 个月, 潮差试样放置于平均中 潮 位 ±0.3 m 以
C 实海潮差区暴露 实海环境 100×100×7
内, 暴露起止时间 2021 年 3 月至 9 月

全浸区, 时间为 6 个月, 全浸试样放置于最低潮位以下 0.2~2m
实海全浸区暴露 实海环境
Q 100×100×7
范围内, 暴露起止时间为 2021 年 3 月至 9 月

收集试验后试样表面产生的腐蚀 产 物, 在 D8 的表面腐蚀形貌, 并测量其最大局部腐蚀深度。采用

ADVANCE 型 X 射线衍射仪上对 腐蚀产物进行分 Quanta650型环境扫描电镜观察腐蚀产物形貌和清

析, 辐射材料为 Cu 靶, 试验电压为 40kV , 试验电流 洗腐蚀产物后试样的表面形貌, 加速电压为20kV 。

为40mA , 扫描速率为 3° / min 。试验前后对试样称
2 试验结果
重, 用试样的质量变化及暴露面积计算其腐蚀速率,

酸洗液为500mLHCl+500mLH 2O+3.5g 六次甲 2.1 腐蚀形貌观察
基四铵。将试样沿垂直变形方向切开, 对断面进行磨 2.1.1 宏观观察

制、 抛光, 采用 LeicaDMILM 型光学显微镜观察试样 图 1 为实验室加速腐蚀试样清洗腐蚀产物后的
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