GBT 42904-2023 金屬和合金的腐蝕 海水管路動水腐蝕試驗

金屬和合金的腐蝕海水管路動水腐蝕試驗Corrosionofmetalsandalloys—Corrosiontestofflowingwater2023-08-06發(fā)布國家市場監(jiān)督管理總局國家標準化管理委員會前言 I l2規(guī)范性引用文件 l3術語和定義 4天然海水試驗場要求 5試驗設施及儀器 5.1一般要求 5.2系統(tǒng)結構 5.3裝置要求 5.4試驗臺架 5.5電化學測量系統(tǒng) 6試樣 6.1試樣形狀、尺寸和表面狀態(tài) 6.2試樣制備 6.3試樣數量 6.4試樣前期處理 7試驗周期 8試驗程序 8.1試驗前準備 88.2試驗 8.3試驗中斷 88.4試驗終止 8.5試驗后的檢測 9試驗記錄 9.1環(huán)境因素記錄 9.2試樣檢測記錄 9.3運行記錄 10數據處理及結果表述 10.1計算公式 10.3樣品處理 10.4結果表述 11試驗報告 參考文獻 1I本文件按照GB/T1.1—2020《標準化工作導則第1部分：標準化文件的結構和起草規(guī)則》的規(guī)定起草。請注意本文件的某些內容可能涉及專利。本文件的發(fā)布機構不承擔識別專利的責任。本文件由中國鋼鐵工業(yè)協(xié)會提出。本文件由全國鋼標準化技術委員會(SAC/TC183)歸口。本文件起草單位：青島鋼研納克檢測防護技術有限公司、冶金工業(yè)信息標準研究院、中國科學院寧波材料技術與工程研究所、鋼鐵研究總院有限公司、中國船舶集團有限公司第七○八研究所、鋼鐵研究總院青島海洋腐蝕研究所有限公司、深圳市西寶船舶電子有限公司。1金屬和合金的腐蝕海水管路動水腐蝕試驗本文件規(guī)定了在天然海水或人工海水中控制流速、溫度模擬管路動水腐蝕試驗方法。本文件適用于板狀試樣、管狀試樣及管件等在天然海水或人工海水中進行的管路動水腐蝕試驗。2規(guī)范性引用文件下列文件中的內容通過文中的規(guī)范性引用而構成本文件必不可少的條款。其中，注日期的引用文件，僅該日期對應的版本適用于本文件；不注日期的引用文件，其最新版本(包括所有的修改單)適用于本文件。GB/T10123金屬和合金的腐蝕術語GB/T17378.4海洋監(jiān)測規(guī)范第4部分：海水分析GB/T18590金屬和合金的腐蝕點蝕評定方法3術語和定義GB/T10123界定的術語和定義適用于本文件。4天然海水試驗場要求天然海水管路動水腐蝕試驗場應具備的主要條件為：a)試驗場有典型的天然海水環(huán)境；b)試驗場的水質潔凈、無污染，因研究污染引起的腐蝕時除外；c)試驗場有必要的保護措施；水位的變化、海水潮汐和流速等；e)定期測定試驗場的水環(huán)境參數，測量測定方法參照GB/T17378.4。5試驗設施及儀器組成系統(tǒng)的設備及管路應采用耐海水腐蝕的材料，設備材料宜采用高耐蝕不銹鋼或鈦合金，連接管路材料宜采用具有防腐內襯的鋼管或硬聚氯乙烯(UPVC)管。5.2系統(tǒng)結構本試驗所采用的海水管路動水腐蝕試驗系統(tǒng)示意圖見圖1。2汲水門標引序號說明：1——外循環(huán)水泵；2——取水閥門；3——系統(tǒng)控制柜；4——內循環(huán)水泵；5切換閥門；6水樣測量閥門；7——閥門；8——流量計；9——試驗管路；10——溫度傳感器；11——閥門；12——連接管路；13——排水閥門；14——切換閥門；15——溫控系統(tǒng)；16——貯水設施(應帶有水量刻度標尺);17——切換閥門。圖1海水管路動水腐蝕試驗系統(tǒng)示意圖5.3裝置要求推薦采用可變頻離心式水泵，泵的腔體及葉輪等零部件應采用耐蝕耐磨材料。35.3.2.1試驗臺架包括試驗管路及輔助管路。5.3.2.2試驗管路為多個試驗支路時，在每條支路中均應安裝流量計及相應的傳感器。5.3.2.3在試驗管路兩端推薦各安裝一個閥門，以保證在系統(tǒng)運行時仍可將單一試驗管路移入或移出試驗臺架。推薦采用非浸入式，如電磁流量計。流量計的測量最大允許偏差為±0.5%,安裝在試驗區(qū)的入口處并確保流量計示數準確?？販叵到y(tǒng)應具備自動加熱和制冷功能，能夠確保試驗海水溫度保持在設定值的士2℃范圍以內。加熱、制冷器應采用耐海水腐蝕的金屬材料，如鈦合金等；推薦采用浸入式電加熱、制冷器。溫度傳感器安裝在試驗區(qū)的出口處，安裝位置應保證對試驗管路中海水的流態(tài)影響較小，安裝時應注意減小流動海水對測量裝置的沖擊和破壞。溫度傳感器的測量最大允許偏差為±0.2℃。5.3.6水樣測量裝置水樣測量裝置應符合GB/T17378.4的規(guī)定。5.4試驗臺架5.4.1動水腐蝕試驗臺架動水腐蝕試驗臺架結構總體要求如下：a)密封性好；b)臺架與試樣接觸的地方不應有縫隙；c)臺架內表面與試樣工作表面平齊；d)平行試樣間采用絕緣墊片進行絕緣，墊片與試樣工作表面應平齊；e)在試驗臺架的進水口和出水口處應各安裝一段過渡管。過渡管的內徑與試樣(試驗管段)相同，過渡管段采用與試樣(試驗管段)材質相同的材料或非金屬材料，推薦采用與試樣材質相同的材料。進水口過渡管長度宜為(60mm～70mm)×D(D為試驗管段的內徑，單位為mm),出水口過渡管長度宜為(20mm～30mm)×D。動水腐蝕試驗管段結構形式的選用可以根據實際情況決定，推薦但不局限于管段式結構、管壁式結構、插入式結構和嵌入式結構。管段式結構的動水腐蝕試驗臺架模型如圖2所示，該結構形式的臺架屬于最常規(guī)的管路沖刷，其主要針對管段內壁的腐蝕形貌觀察，是將試驗管段以法蘭等形式連接到輔助管路上的動水腐蝕試驗臺架結構。該結構形式適用于所有口徑、長度及形狀的試驗管路。4標引序號說明：1——輔助管段；2——試驗管段；3——輔助管段；4——法蘭(螺栓連接);5——法蘭(螺栓連接)。圖2管段式結構示意圖管壁式結構的動水腐蝕試驗臺架模型如圖3所示，在海水管段上取合適尺寸的試樣，將取下的試樣鑲嵌到與管路具有相同弧度的PVC固定件上，并使用卡箍將其原位固定在管壁切口處。試樣上設有螺栓，PVC固定件中間開有螺孔，PVC固定件在內側與試樣通過螺紋連接并固定。該結構形式不限于管路的口徑及形狀，試樣尺寸不做硬性規(guī)定。標引序號說明：1——海水管段；2——管壁切口；3——管壁試樣；4——螺栓；5——PVC固定件(開內螺孔);6——卡箍；7——橡膠密封墊片。圖3管壁式結構示意圖55.4.1.4插入式結構插入式結構的動水腐蝕試驗臺架模型如圖4所示。試樣支架內部打孔，孔內布線，通過緊固螺絲將規(guī)定尺寸(試片長度根據管路口徑選擇)的試片固定在試樣支架頂端，支架整體應采用硬質非金屬材料制作，壓緊螺絲時應與導線連接，并通過防水膠水或硅膠等進行密封處理。另外，通過打孔，將參比電極安裝到試樣支架上，進行固定和封裝處理，這樣便形成一個集沖刷腐蝕速率測試和電化學測量于一體的動水腐蝕試驗臺架結構。開展試驗時將帶有試片的試樣支架插入到試驗管路試樣支架支撐帽中，通過螺紋擰緊即可。為盡可能減少結構造成湍流對試驗結果的影響，安裝時應注意調整試樣的主試驗面要平行于水流方向。該結構型式推薦使用內徑不小于50mm的管路進行試驗，但不限制管路的形狀。標引序號說明：1——電化學工作站；2——試驗管路試樣支架支撐帽(內螺紋);3——參比電極孔；4——試樣導線孔/輔助電極導線孔；5——試樣支架(外螺紋);6——試樣緊固孔；7——試樣/輔助電極；8——試樣槽/輔助電極槽；9——導線觸點。圖4插入式結構示意圖6嵌入式結構的動水腐蝕試驗臺架模型如圖5所示，該結構形式通常用于不同材料在同一種工況下的耐蝕性能對比試驗。為便于試驗觀察，嵌入式結構試驗管段推薦采用聚甲基丙烯酸甲脂(PMMA)等有機透明材料。試驗管段由試驗管段、法蘭、試樣架、試樣架支架組成，通過螺栓緊固件與輔助管路連接，每段試驗管段安裝3個試樣，每個試樣打兩個孔間距為20mm的φ3mm固定孔，通過已知尺寸的塑料螺栓將試樣固定在試樣架上，螺栓應緊固結實并做好密封以防止縫隙腐蝕(試驗結果的呈現需要用到試樣面積時，應注意扣除塑料螺栓密封面的面積)。該結構型式的試驗管段長度推薦選定300mm的直管，管徑不小于DN65,試樣尺寸推薦：1/2試驗管徑×40mm×2mm。標引序號說明：1——試樣架支架；2——試樣架；3——試樣；4——試驗管段。圖5嵌入式結構示意圖電化學性能的試驗臺架材料采用耐蝕非金屬。結構為插入式，適用于內徑不小于50mm的管路，其由工作電極(試樣)、輔助電極和參比電極三部分組成。a)輔助電極固定架結構應能夠方便輔助電極的裝卸；b)試樣固定架結構應能方便試樣的裝卸，并保證試樣與固定架平臺之間無縫隙產生；c)安裝好的固定架表面與試樣/輔助電極的表面要平齊；d)參比電極安裝在試樣的下游處，安裝位置和方法參照5.4.1中插入式結構及圖4。電極工作表面與試樣試驗表面距離應小于2mm。推薦使用5.4.1中介紹的插入式結構動水腐蝕試驗臺架作為試驗平臺。5.5電化學測量系統(tǒng)電化學測量系統(tǒng)主要包括：電化學工作站、工作電極(試樣)、輔助電極和參比電極?？筛鶕囼灥木唧w要求選用不同功能的電化學工作站。7輔助電極應采用非極化或難極化的材料制造，推薦采用純度不低于99.95%的鉑。輔助電極的工作面積應大于工作電極。參比電極可選用高純鋅電極、銀/氯化銀電極等，推薦采用銀/氯化銀電極。參比電極使用前需進行校對。6試樣試樣的形狀和尺寸應隨試驗材料及管件等的原始條件和所使用的試驗臺架而定，并需充分考慮被測材料及管件所處的實際工況條件。一般電化學試驗試樣的規(guī)格尺寸推薦為板狀或圓盤狀，板狀尺寸：動水腐蝕試樣推薦為管狀或板狀，其尺寸可根據試驗要求及試樣實際工況確定。6.2試樣制備試樣的制備應遵循以下原則：a)試樣達到雙方協(xié)商的表面狀態(tài)后，進行標記。根據材料種類的不同，應預留適當數量的空白試樣，以便用于補充測試和對比分析。均勻、無明顯彎曲的部位切取，如確需在特殊部位取樣，應在報告中注明。在板材或帶材上取樣時，應沿軋制方向切取。如軋制方向不清或不沿軋制方向切取時，應在報告中注明，要盡量避開板帶邊緣部分。在圓棒上取樣時，應從棒材截面中部沿縱向切取。如沿徑向切取，應在報告中注明。鑄件、焊接件、熔敷金屬材料等的取樣和制備方法由試驗雙方協(xié)商確定，并在報告中注明。c)動水腐蝕試樣除另有規(guī)定外，軋制氧化皮應從所有試樣上清除?？捎眉泳徫g劑的酸洗或噴砂去除氧化皮。d)試樣加工、焊接等操作應避免引起試樣性能變化。6.3試樣數量試樣數量應滿足試驗要求且原則上不少于3組平行樣。6.4試樣前期處理6.4.1用酒精、丙酮或其他不損傷試樣的有機溶劑去除表面油污。6.4.2稱量試樣，精確到1mg。6.4.3測量試樣尺寸，精確到0.01mm。6.4.4記錄每個試樣的形貌、缺陷，包括表面和邊緣，必要時可拍照記錄。7試驗周期7.1電化學試驗周期根據試驗要求自行確定。87.2動水腐蝕試驗一般240h為一個周期，根據試驗要求確定周期數量。8試驗程序8.1試驗前準備動水腐蝕試樣應在非試驗表面進行標識，標識應避免引起局部腐蝕和應力腐蝕，也應考慮到標識在試驗過程中的脫落、磨損及腐蝕等情況。8.1.2.1電化學試樣在非工作面可采用錫焊焊接或螺釘(非金屬材質或含絕緣層的金屬材質)連接測量8.1.2.2電化學試樣除工作面外，其他表面均應采用環(huán)氧樹脂等進行絕緣密封，工作表面邊緣不應有氣泡或縫隙存在。8.1.2.3電化學試樣用水砂紙由粗到細打磨，經過打磨處理的試樣表面用蒸餾水或去離子水充分洗滌，然后用脫脂棉蘸無水酒精或丙酮清洗，清除油污和其他雜質，烘干后迅速放置在干燥器內保存。不銹鋼等易鈍化試樣至少保存24h以后測量表面積和稱重。8.1.2.4動水腐蝕試樣干燥后應采用精度為0.1mg的分析天平稱重。8.2.1將組裝好試樣的試驗臺架裝入系統(tǒng)試驗管路中，檢查系統(tǒng)密封及閥門的狀態(tài)是否可保證海水流動暢通。若進行電化學測試，則將電化學測量設備與試驗臺架正確電連接。8.2.2控制水泵電機的啟動，調節(jié)電機轉速和管路中的閥門，使管路中海水流速平穩(wěn)的由低到高逐漸增加到試驗流速。8.2.3若進行控制溫度的試驗，則通過溫度控制裝置使海水溫度達到試驗溫度。8.2.4進行電化學試驗時，試樣需要在試驗流速和試驗溫度條件下沖刷30min～40min后開始進行試驗。8.2.5試驗期間根據試驗要求控制管路中海水的流速和溫度，流速控制應保持在設定值的±0.1m/s范圍內，溫度控制應保持在設定值的士2℃范圍內。8.2.6動水腐蝕試驗結束后取出試樣觀察腐蝕形貌，必要時可拍照記錄。腐蝕產物清除具體方法參見GB/T16545的附錄A。8.2.7試驗結束后，排空管路內的海水，將試驗管路從試驗臺架中移出，并回裝相應尺寸的替換管段，同時使用淡水沖洗管路系統(tǒng)。8.3試驗中斷當設備自身出現故障導致無法正常運轉，或者試驗受到臺風、海嘯、地震、赤潮等客觀不可抗力的影響，導致試驗無法正常進行時，應中斷試驗。試驗中斷后應立即排空管路內的試驗介質，根據試驗要求考慮是否繼續(xù)試驗，若對試驗結果有較大影響應立即終止試驗，若可以繼續(xù)試驗則應做好相關試驗中斷記錄后盡快恢復試驗。8.4試驗終止當繼續(xù)進行試驗已經被確認沒有價值時(如試樣遺失、試驗介質被污染等),應終止試驗。98.5試驗后的檢測8.5.1動水腐蝕試驗8.5.1.1稱量試樣，精確到1mg。8.5.1.2試樣的腐蝕形貌與外觀資料應照相/攝像留存。除試驗另有要求外，電化學試樣一般情況下不做試驗后的檢測；如有需要，電化學試樣也應遵循9試驗記錄9.1環(huán)境因素記錄9.1.1試驗開始及結束時各測量一次海水水質環(huán)境因素，測量方法參照GB/T12763.2的規(guī)定。9.1.2采用貯水設備進行控制溫度的循環(huán)試驗時，測量頻率宜每天1次，貯水設備內海水宜每7d更換1次。抽取天然海水開展開路試驗時，宜在試驗中期測量1次。在試驗期間內如果遇到會影響水質的天氣(如降雨、臺風等)或自然災害(如赤潮)時，應根據情況相應增加測量次數。9.1.3在試驗運行過程中，控制流速和溫度的試驗應定期記錄管路中海水的流速和溫度值。測量頻率：循環(huán)試驗宜每天測量1次，其他試驗應根據當地的潮汐變化情況自行確定測量頻率。9.2試樣檢測記錄9.2.1動水腐蝕試驗，試驗前應重復3次測量試樣的暴露面積和原始重量，試驗結束后應重復3次測量試樣的重量。記錄每次測量值，取3次測量的平均值。9.2.2電化學測量試驗，只測量試樣的工作表面積。9.3運行記錄對試驗周期內設備運行情況進行記錄，每天記錄1次。內容包括：b)運行過程中發(fā)生的重大事項。10數據處理及結果表述采用均勻腐蝕速率(mm/a)作為評價結果。計算式(1)如下：R——腐蝕速率，單位為毫米每年(mm/a);M——試驗前的試樣質量，單位為克(g);M?——試驗后的試樣質