金屬腐蝕試驗方法

金屬腐蝕試驗方法1.作為管理生產(chǎn)工藝、控制產(chǎn)品質(zhì)量的檢驗性試驗。如不銹鋼的晶間腐蝕試驗。2.從現(xiàn)有的金屬和合金中選擇適合于在指定腐蝕介質(zhì)中使用的材料。3.針對指定的金屬/介質(zhì)體系，選擇合適的緩蝕劑及最佳用量。4.對已確定的金屬/介質(zhì)體系，作金屬使用壽命的估計。5.確定由于金屬腐蝕對介質(zhì)造成污染的可能性和污染程度。第2頁,共59頁，2024年2月25日，星期天6.在發(fā)生腐蝕事故時，查清原因和尋找解決問題的辦法。7.選擇有效的防腐蝕措施，并估計其效果如何。8.研制發(fā)展新型耐蝕合金。9.對站場設備、油氣預處理廠設備的腐蝕狀態(tài)進行間斷的或連續(xù)的監(jiān)視性檢測，進而控制腐蝕的發(fā)生和發(fā)展。10.進行腐蝕機理與腐蝕規(guī)律的研究。第3頁,共59頁，2024年2月25日，星期天

金屬的耐蝕性既受材料因素影響，又受介質(zhì)因素影響。此外，還受溫度、系統(tǒng)的幾何形狀和尺寸、金屬與介質(zhì)的相對運動以及力學因素等的影響。這些因素的組合與變化，構(gòu)成了錯綜復雜的金屬腐蝕條件和表現(xiàn)形式?，F(xiàn)實的腐蝕與腐蝕控制的課題是相當復雜的。因此不可能有一種通用而萬能的試驗方法和儀器用于所有的試驗目的。只能根據(jù)腐蝕試驗的具體目的和客觀條件的可能性，選擇現(xiàn)有的或設計新的腐蝕試驗方法、測試技術(shù)及相應的儀器裝置。第4頁,共59頁，2024年2月25日，星期天

二、試驗方法分類基于各種各樣的金屬材料和復雜多變的環(huán)境條件，相對地使試驗方法和儀器裝置顯得復雜繁多。通過分類，可對其有較清晰的認識。按金屬試樣與環(huán)境介質(zhì)的相互關(guān)系，可分為實驗室試驗、現(xiàn)場試驗和實物試驗三大類。按試驗方法的性質(zhì)、可分為物理的、化學的和電化學的三種。按照試驗結(jié)果，又可分為定性和定量測量。按照研究內(nèi)容、試驗手段或腐蝕類型，還可作其他各種分類。

第5頁,共59頁，2024年2月25日，星期天第二節(jié)線路土壤腐蝕性的勘察一、土壤勘察內(nèi)容1.沿線土壤理化性質(zhì)的勘察主要項目有含水量、含氧量、PH值、氧化還原電位及土壤電阻率測定等。2.勘察沿線主要地形地貌主要內(nèi)容包括山丘、平地、沼澤地、河灘、水塘、水田、低洼地帶以及兩種不同土壤交界地段和地形劇烈變化地方。第6頁,共59頁，2024年2月25日，星期天3.調(diào)查管道附近其它金屬構(gòu)筑物電纜、水和氣管線、地鐵等金屬構(gòu)筑物的分布情況。4.調(diào)查沿線可能產(chǎn)生干擾影響的電源有軌及無軌電車線路、高壓輸電線及電站等”電源情況，并說明與線路交叉情況及平行段長度、運行電壓、最大負載電流等參數(shù)。5.可供陰極保護的電源情況。第7頁,共59頁，2024年2月25日，星期天

二、土壤埋化性質(zhì)實驗室測定主要測定含水量、氯離子含量、硫酸根、水溶性總鹽量、氧化還原電位、PH值、電極極化曲線、陰極極化曲線及罐管電解法等。l.含水量測定常用烘干法。土壤所含水分，在105±2℃時即可除去，一般有機質(zhì)在此溫度下不致分解。因此，在此溫度下將土壤烘干，就可計算出土壤的含水量。第8頁,共59頁，2024年2月25日，星期天

2.氧化還原電位測定土壤氧化還原電位，常采用甘汞電極作參比電極，鉑電極作指示電極。見圖6－l當兩支電極插入土中時，鉑電極和介質(zhì)之間的界面就有電子轉(zhuǎn)移，形成一個電位差，這一差值表明了氧化還原體系傳出或收入電子的趨勢，氧化還原電位則是這種趨勢的一個定量指標。第9頁,共59頁，2024年2月25日，星期天圖6－l氧化還原電位測定裝置l-pHS-29A酸度計；2-鉑電極；3-飽和油汞電極；4-“讀數(shù)”開關(guān)；5-“零點”電位器第10頁,共59頁，2024年2月25日，星期天儀器測得的兩極之間的電位差，經(jīng)過換算后才能得到氧化還原電位Eh。計算公式為：式中Eh7-PH=7時土壤的氧化還原電位，mv；Ep——被測定的兩極之間的電位差，mv；Er——飽和甘汞電極對標準氫電極的電位，見表6-l；EPH——為比較方便，一般換算成PH=7時的電位值Eh。當PH值小于或大于7時，變化1PH單位就減少或增加60mv。第11頁,共59頁，2024年2月25日，星期天表6-l飽和甘汞電極在不同溫度下的電位值《相對標準氫電極》第12頁,共59頁，2024年2月25日，星期天

3.土壤容重的測定與孔隙度的計算土壤容重與孔隙度的大小，是評價土壤松緊度的指標。土壤的容重越大，孔隙度越小，其結(jié)構(gòu)越緊實，如表6－2所示。表6-2土壤松緊度與容重、孔隙度的關(guān)系

第13頁,共59頁，2024年2月25日，星期天a.土壤容重按下式計算：

式中rS——土壤容重，g/cm3；W1——容積取土器內(nèi)濕土質(zhì)量，g；V——容積取土器的容積，cm3；W2——土壤含水量，%?！.土壤孔隙度計算：式中ρS——土壤密度，一般取ρS=2.65g/cm3。

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4.電極極化曲線測定測定裝置如圖6－2所示。在需要測試的土壤中放入兩塊形狀和大小相同、材質(zhì)相同管材用鋼作電極，將其上10厘米2的面積用0號砂紙打光，其它部分及接頭先用漆酚樹臘涂封，然后再用石蠟和松香（l:1）涂封。兩電極間距為5mm，在沿管道每隔2Km左右，插入地面下10～20cm土壤中測試。測試方法是借可變電阻來調(diào)節(jié)外加電流的大小，可測出腐蝕電池在不同的外加電流密度下，電極極化趨于穩(wěn)定時兩極間的電位差、畫出曲線如圖6－3。

第15頁,共59頁，2024年2月25日，星期天圖6—2極化曲線法裝置示意圖第16頁,共59頁，2024年2月25日，星期天圖6－3不同土壤中的電極極化曲線第17頁,共59頁，2024年2月25日，星期天可用在同樣的極化電位差情況下，不同土壤中通過的電極電流密度值來比較判斷土壤的腐蝕性。土壤含水量為20%。電位差為500mV，電流密度大于0.3mA/cm2時，腐蝕性嚴重；同樣條件下，電流密度小于0.05mA/cm2時，腐蝕性較弱。5.陰極極化曲線測定這個方法也是根據(jù)電極通過不同電流密度值來判斷土壤腐蝕性，它不考慮陽極，只反映腐蝕電池的陰極過程。第18頁,共59頁，2024年2月25日，星期天實驗用輔助陽極為鉑電極、參比電極為甘汞電極，試驗的材料是管材用鋼，用O號砂紙打光的試驗面積為10cm2。試驗土樣取自管道沿線，每間隔5～10km取樣一次，約2kg。加蒸餾水至飽和，在室溫條件下測定，當陰極的電極電位為-0.85V相對硫酸用電極）時的陰極電流密度。測試裝置如圖6－4。第19頁,共59頁，2024年2月25日，星期天圖6-4陰極化曲線測試裝置a－飽和甘汞極；b一試驗陰極；c-輔助陽極；p-UT-9直流高阻電位差計第20頁,共59頁，2024年2月25日，星期天6.管罐電解法取自管道沿線的土壤、裝在鐵罐中，試驗用管經(jīng)酸洗除銹、水洗、烘干衡重，插入罐內(nèi)土中，如圖6－5。鋼管接6伏電池正極，鐵籠接負極，連續(xù)通電24小時，鋼管產(chǎn)生電解腐蝕。取出鋼管除銹、稱重。計算失重，根據(jù)失重多少，判斷土壤的腐蝕性?？衫蒙鲜龈鳒y定結(jié)果進行綜合分析來劃分土壤腐蝕性等級，其綜合標準見表6－3。第21頁,共59頁，2024年2月25日，星期天圖6-5管纜電解法測試裝置l-0.5公升白鐵罐；2-所研究的土壤；3-C19的用管度；4-像皮塞；5-6伏特電他第22頁,共59頁，2024年2月25日，星期天表6-3土壤腐蝕性等級綜合分類第23頁,共59頁，2024年2月25日，星期天綜合評價指標。所謂綜合評價指標，就是選擇某些對金屬腐蝕影響比較嚴重的土壤理化性質(zhì)進行綜合考慮，得出的評價指標。目前國內(nèi)外經(jīng)常引用的是W·貝克曼與W·施文克（W.Baeckman,W·Schwenk）介紹的綜合評價指標。這一指標的評價方法是，先把土壤有關(guān)因素分項作出評價，并給出評價指數(shù)，然后將這些評價指數(shù)累計起來，再給出一個腐蝕性評價等級。見表6-4和表6-5。第24頁,共59頁，2024年2月25日，星期天表6－4土壤腐蝕性的評價

第25頁,共59頁，2024年2月25日，星期天表6－5土壤對鋼鐵的鷹油影響因素及評價格扭第26頁,共59頁，2024年2月25日，星期天第三節(jié)管道運行腐蝕狀態(tài)檢測

檢測目的是為了判斷管道的腐蝕情況，對于估計腐蝕嚴重的管段再進行挖掘檢查；判斷雜散電流的來源、方向和大小；鑒定涂層、陰極保護的效果，或為待設計的設施測取原始數(shù)據(jù)。

一、管地電位差的測量測定管地電位差的常用儀器有高內(nèi)阻的晶體管伏特計或20000Ω/V的萬用表，量程范圍0～2.OV。測量方法見圖6－6。

第27頁,共59頁，2024年2月25日，星期天圖6-6管道電位測量示意圖

第28頁,共59頁，2024年2月25日，星期天

測量土壤介質(zhì)一般用飽和硫酸銅電極作參比電極。測量管地電位時，飽和硫酸銅電極放在與金屬管道垂直的地面上，以減少因土壤壓降而引起的誤差。為了接觸良好，應先將土壤濕潤后再安放電極。要及時更換飽和硫酸銅電極，以免影響測量的準確性。

二、管道保護電流密度的測定在現(xiàn)場測定管道的保護電流，較簡單的方法見圖6-7，在管道沿線取A、B、C、D四點，根據(jù)鋼的電阻率，管徑、AB及CD的距離、管麥厚度計算AB管段和CD管段的電阻RAB和RCD，并用儀器加以校核。

第29頁,共59頁，2024年2月25日，星期天6-7管道電流密度測定示意圖第30頁,共59頁，2024年2月25日，星期天然后測出所取四點的管地電位VA、VB、VC、VD，求得通過AB管段和CD管段的電流平均值。BC段的平均電流電第31頁,共59頁，2024年2月25日，星期天

三、絕緣層的電阻的測定絕緣層電阻測定有兩種方法，拭布法和臨時陰極站法。拭布法是在金屬管道沿線每隔一定距離測定約1米2絕緣層面積的導電性，它所測出的數(shù)據(jù)僅代表管道上某點的絕緣層電阻率。用臨時陰極保護站測定絕緣層電阻率是由測量某一段管道的電流和管地電位差，間接換算得到的，它代表某一段管道絕緣電阻率的平均值。

第32頁,共59頁，2024年2月25日，星期天1.試布法測定方法見圖6－8，先用高嶺土糊在預先用水洗過的絕緣層表面，再將預先在鹽溶液中浸過的法蘭絨拭布在高嶺土上纏兩三圈，在拭布上放一特殊的壓緊箍，使林布和管道完全壓緊，在拭布附近的管道上，安裝一個特殊的螺釘，其尖端嵌入管道金屬中，以保證可靠的連接，使壓緊箍與管道間形成電流回路。在電路中連接電源，并接上電壓表、電流表。根據(jù)測出的電流、電壓值可以計算出涂有高嶺土糊的這一塊防用絕緣層的電阻及單位面積的電阻率。第33頁,共59頁，2024年2月25日，星期天圖6－8拭布法測量絕緣層導電性示意圖第34頁,共59頁，2024年2月25日，星期天

圖6－9用臨時陰極保護站測絕緣層電區(qū)2.臨時陰極保護站法設置臨時的陰極保護站或利用已有的陰極保護站測定絕緣層電阻的方法見圖6－9。第35頁,共59頁，2024年2月25日，星期天絕緣層的絕緣情況一般都用電導表示，故也可寫成

按前述測定管道電流的方法測出B.C兩處的電流IB和IC以及管地電位EB和IC以及管地電位EB和EC。IB-IC方為BC段落內(nèi)由土壤經(jīng)絕緣層流入管道的電流，取BC段管道的平均電位為(EB+EC)/2，則BC的絕緣層電阻為

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四、排流保護參數(shù)的測量為了測定排流保護的工作參數(shù)，可采用截面積為90mm2的連接電纜、500A的刀形開關(guān)。500A的電流表和電壓表等組成實驗裝置。實驗裝置接通后，測量排流回路中的電流值和排流點的管地電位差。一般每隔10－20分鐘測量一次，應同時記下電流表和電壓表的指示值，測量應連續(xù)進行一晝夜。

第37頁,共59頁，2024年2月25日，星期天第四節(jié)生產(chǎn)設備腐蝕監(jiān)控方法進行監(jiān)控的目的是為了掌握設備在生產(chǎn)過程中的腐蝕規(guī)律，測定腐蝕速度，估計使用壽命，預防事故發(fā)生。為了降低腐蝕速度，以便及時調(diào)整各操作參數(shù)。

一、現(xiàn)場腐蝕測試方法腐蝕測試方法很多，表6－6列出幾種常用的方法。

第38頁,共59頁，2024年2月25日，星期天表6－6腐蝕測試方法

第39頁,共59頁，2024年2月25日，星期天

二、生產(chǎn)裝置腐蝕監(jiān)控方法常用監(jiān)控方法有工業(yè)硅片、電阻探針、氫探針、測徑規(guī)、聲發(fā)射和腐蝕介質(zhì)、腐蝕產(chǎn)物分析等。1.電阻探針電阻探針是利用金屬試片在腐蝕過程中截面積減小，電阻增大的基本原理制成的一種腐蝕測定儀器。電阻探針測量時不必清除試件表面的腐蝕產(chǎn)物，不需把試片的介質(zhì)中取出來，因而可以在生產(chǎn)過程中連續(xù)測定指定部位的腐蝕率，并直接由儀表讀出腐蝕速度。第40頁,共59頁，2024年2月25日，星期天靈敏度較高，經(jīng)過5小時即可測出0.1mm/a這樣微小的腐蝕速度。為了便于由電阻計算腐蝕率，一般采用帶狀試片，如厚0.1mm、寬1.15mm的鋼帶或直徑為0.lmm的鋼絲。電阻探針結(jié)構(gòu)示意圖6－10。圖6-10電阻探針結(jié)構(gòu)示意圖1-暴露的測量電極；2-電極密封；3-保護的參比電極；4-探針密封；5-表盤指示；6-放大器第41頁,共59頁，2024年2月25日，星期天在均勻腐蝕情況下，腐蝕深度△h可按下式計算。對于帶狀試片：（6－9）

式中△h——腐蝕深度，mm；a，b——試片的原始寬度和厚度，mm；RO——試片的初始電阻值，Ω；Rx——試片腐蝕后阻值，Ω。第42頁,共59頁，2024年2月25日，星期天對于鋼絲試片：式中rx——試片腐蝕后阻值，mm。上兩式中腐蝕深度換算為年腐蝕率：

式中C——腐蝕速度，mm/a；t——試驗時間，h；8760——1年小時數(shù)。第43頁,共59頁，2024年2月25日，星期天

2.氫探針金屬在H2S溶液中腐蝕后產(chǎn)生的原子氫滲入鋼材內(nèi)部、使鋼材發(fā)生氫鼓泡、氫脆和硫化物應力腐蝕破裂。因此，測定氫滲入鋼材的速度，可表示上述三種腐蝕的趨勢。圖6－11是氫探針簡圖它是利用薄壁金屬管測量氫滲透程度的儀器，探頭是一個厚0.65mm，直徑10mm的薄壁碳鋼管，中間插入金屬回棒以減小管內(nèi)貯氫體積增加儀器靈敏度。金屬管側(cè)面是放泄閥，金屬管后端連接玻璃管液體壓力計或壓力表。

第44頁,共59頁，2024年2月25日，星期天圖6－11壓力型氫探針結(jié)構(gòu)示意圖第45頁,共59頁，2024年2月25日，星期天氫探針可用于氣體集輸管線和貯罐。其使用壓力最高可達70MPa。測量結(jié)果用下式計算：

式中VH——單位時間、單位面積滲入鋼材的氫氣體積，cm3-cm-2·n-1V——由壓力表讀數(shù)換算后滲入氫的體積，cm3；s——外殼在腐蝕介質(zhì)中的暴露面積，cm2；t——試驗時間，h。第46頁,共59頁，2024年2月25日，星期天第五節(jié)線性極化測量技術(shù)

一、基本原理1957年，Stem和Geary根據(jù)現(xiàn)代腐蝕電化學的混合電位理論、分析了腐蝕金屬電極的極化曲線，從理論上證實：當一個可逆電極的極化電位對可逆電位只有微小偏離時，其極化電位是外加電流的線性函數(shù)。這種線性關(guān)系對腐蝕金屬電極也是實用的。第47頁,共59頁，2024年2月25日，星期天Stem-Geary方程式，即線性極化方程式：第48頁,共59頁，2024年2月25日，星期天

二、線性極化方程式的適用條件根據(jù)腐蝕電化學的混合電位理論，當腐蝕體系滿足下列條件時，才可應用線性極化方程式。1.腐蝕體系必須屬于電化學腐蝕類型。金屬在電解質(zhì)溶液，潮濕氣體和土壤中的腐蝕屬于這種類型。2.腐蝕電位并不緊靠兩個局部反應中的任一可逆反應，亦即腐蝕電位離局部陽極和局部陰極的可逆電位較遠。第49頁,共59頁，2024年2月25日，星期天3.所研究的腐蝕反應是腐蝕體系中主要的氧化還原反應。沒有二次電化學反應產(chǎn)生。4.整個金屬同時起陰極和陽極作用，而不是分離的陰極區(qū)和陽極區(qū)的鑲嵌，即線性極化方程式不能預示局部腐蝕速度。5.極化電位△E中不應包括介質(zhì)電阻和金屬表面膜電阻引起的IR降成分。第50頁,共59頁，2024年2月25日，星期天從上述條件可知，當采用具有介質(zhì)電阻補償器的恒電位儀或腐蝕速度測試儀來測量極化電阻時，可消除介質(zhì)電阻的IR降。因此，當采用具有介質(zhì)電阻補償器的儀表，來測定水分飽和或接近飽和的電解質(zhì)溶液、大氣腐蝕和土壤腐蝕金屬電極和極化電阻時，可以根據(jù)線性極化方程式來預示金屬的腐蝕速度。第51頁,共59頁，2024年2月25日，星期天線性極化技術(shù)廣泛應用于石油、化工、海水、及手術(shù)移植等腐蝕問題的研究與監(jiān)控。能在幾分鐘內(nèi)快速測出腐蝕速度，其精度大于失量法。它能精確地測定低腐蝕速度（0.0025mm/a）如地下金屬構(gòu)筑物的腐蝕研究。第52頁,共59頁，2024年2月25日，星期天

三、線性極化技術(shù)中的常數(shù)運用線性極化方程式時，極化電阻可以實驗測定，但還必須知道塔菲爾常數(shù)βa和βc，才能由Rp計算得Icorr，進而根據(jù)法拉第電解定律求得腐蝕速度。確定常數(shù)的方法有極化曲線測定法和掛片失重法兩種常用方法。l.極化曲線測定法對同一腐蝕體系測定完整的陽極和陰極極化曲線，直接從塔菲爾線性段求得βa和βc。第53頁,共59頁，2024年2月25日，星期天2.掛片失重法這是一種測定總常數(shù)B的方法(B=βaβc/2.3(βa+βc))。在試驗時對工作電極進行失重測定，由法拉第定律求得相應的腐蝕電流Icorr(μA/cm2)根據(jù)同一試驗周期中測定的Rp值時間間的變化，按下式計算得積分平均極化電阻豆Rp(Ω·cm2)：第54頁,共59頁，2024年2月25日，星期天式中Rpn——時間tn的極化電阻，Ω；s——工作電極暴露面積，cm2。由此式可以求得總常數(shù)B（mv）：

四、金屬腐蝕測試儀近年來利用線性極化原理制造的儀器很多，國內(nèi)制造的和