CN110823690A - 一种低合金结构钢大气环境应力腐蚀敏感性快速评价方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开一种在大气环境中对低合金结构钢应力腐蚀快速评价的方法，是基于大气环境应力腐蚀室内外模拟和加速研究数据及其应力腐蚀电化学机理，建立的基于电化学测试的应力腐蚀敏感性评价方法。本发明方法相对于传统的户外大气暴露试验方法，室内试验可操作性强，试验耗时短，不仅能实现低合金钢应力腐蚀性能的评价，同时也能用于低合金结构钢研发、生产及选材过程中的相关评价和测试。本发明具有模拟性、加速性和有效性，为低合金结构钢钢在大气环境中的应力腐蚀敏感性评价研究提供了新的方法，从而为材料的使用和防护提供有利的依据。

Description

一种低合金结构钢大气环境应力腐蚀敏感性快速评价方法
技术领域
本发明涉及大气环境下钢的应力腐蚀快速评价方法，属于金属材料腐蚀试验方法领域。
背景技术
大气腐蚀在金属腐蚀中是数量最多、覆盖面最广、破坏性最大的一种腐蚀。应力腐蚀是指在拉应力和腐蚀环境共同作用下金属的破坏失效现象，其在耐蚀合金和低合金钢结构中均会普遍发生。但是由于应力腐蚀发生孕育时间长，发生条件较为特殊，目前尚未有普适的快速评价方法。既有的应力腐蚀评价方法一般仅适用于不锈钢等耐蚀材料，对低合金结构钢的相关评价不适用。而且大气环境下的应力腐蚀开裂行为国际上尚无快速评价方法，目前通常采用室内外的环境气氛暴露试验进行模拟研究和测试评价，这种方法操作复杂、成本高、实现困难且耗时较长。
发明内容
为了克服现有应力腐蚀评价方法缺陷，本发明基于低合金耐蚀钢大气环境应力腐蚀室内外模拟和加速研究数据及其应力腐蚀电化学机理，提供一种基于电化学测试的应力腐蚀敏感性的加快速评价方法，该方法能实现低合金钢应力腐蚀性能的快速评价，特别适用于低合金结构钢研发、生产及选材过程中的相关评价和测试。
本发明具体采用如下技术方案：
一种低合金结构钢大气环境应力腐蚀敏感性快速评价方法，包括如下步骤：
步骤一：选取模拟或加速介质，方案来源于实验室模拟和加速实验以及长期积累的数据结果。通过对环境介质的分析，选择合适的模拟溶液或加速溶液作为室内快速评价应力腐蚀敏感性的介质，其中加速环境需确定参数t1(每年实际大气腐蚀环境折算为模拟大气腐蚀环境的年当量小时数)、t2(加速实验环境谱与模拟腐蚀环境的相对腐蚀性折算系数)以及t1/t2得到的当量加速关系β(加速试验环境谱作用β小时相当于实际大气环境作用一年)。β等参数可以用于评价结果的验证。
步骤二：通过对受力条件(恒定应力、交变应力等)、材料状态(弹性变形、塑性变形等)以及应力腐蚀发生的力学-电化学条件(阳极溶解、氢致开裂)的分析，确定应力加载方式(三点弯试样、四点弯试样、U型弯试样、慢应变速率拉伸试样等)。
步骤三：根据确定的受力水平，制备力学-电化学测试样品。将加载试样的非工作面用环氧密封，未密封的面积作为工作电极。测试须选用三电极体系在溶液中进行，采用动电位极化测试并计算腐蚀电流密度Icorr，与未加载应力的试样在相同溶液中测得的腐蚀电流密度I0corr进行对比，取RSCC＝(Icorr-I0corr)/I0corr以此评价低合金结构钢的应力腐蚀敏感性程度。
步骤四：根据RSCC的大小对低合金结构钢的应力腐蚀敏感性进行评价和验证。
本发明的低合金结构钢大气环境应力腐蚀加速评价方法相对于传统的户外大气暴露试验方法，室内试验可操作性强，试验耗时短。本发明不仅能实现低合金钢应力腐蚀性能的评价，同时也能用于低合金结构钢研发、生产及选材过程中的相关评价和测试。本发明具有模拟性、加速性和有效性，为低合金结构钢钢在大气环境中的应力腐蚀敏感性评价研究提供了新的方法，从而为材料的使用和防护提供有利的依据。本发明可应用于热轧钢表面质量控制领域，提高热轧钢的表面质量，提高带有氧化皮的热轧钢在仓储和运输环境中抗腐蚀性能，降低产品的不合格品率，提高热轧产品的质量，可产生直接的经济效益。
附图说明
图1是本发明评价方法流程图；
图2是西沙加速溶液中动电位极化测试曲线；
图3是3.5NaCl％溶液中动电位极化测试曲线。
具体实施方式
下面对本发明技术方案做进一步详细说明。
如图1，一种低合金结构钢大气环境应力腐蚀敏感性快速评价方法，包括如下步骤：
1.选择合适的模拟溶液或加速溶液(如需通过实验还原同期实际环境，采用模拟溶液；如要通过短期实验还原长期户外环境，采用加速溶液)作为室内快速评价应力腐蚀敏感性的介质。其中模拟溶液依据实际环境进行配制，选用加速溶液则需确定三个参数t1,t2和β。
t1为实际大气腐蚀环境折算为模拟大气腐蚀环境的年当量小时数，单位为小时；t1包括相对湿度RH超过临界值的年小时数和年降雨作用小时数。
t2为加速实验环境谱与模拟腐蚀环境的相对腐蚀性折算系数，为无量纲参数；
β为年当量加速小时数，β＝t1/t2，单位为小时/年，即相当于加速试验环境谱作用β小时相当于实际大气环境作用一年。
2.该发明采用的试样需加载应力，试样在加载应力前需用金相砂纸将外表面打磨至1000目或以上，表面经脱脂处理(如用无水乙醇和丙酮进行脱脂)和蒸馏水冲洗、吹干，排除试样表面本身缺陷对测试的影响，备用。
3.用环氧树脂将加载应力试样(通过现有技术进行应力加载)的非工作面密封，未密封的面积作为工作电极。选用三电极体系，在模拟或加速溶液中进行动电位极化测试，计算得到腐蚀电流密度Icorr，与未加载应力试样的腐蚀电流密度I0corr对比，得RSCC＝(Icorr-I0corr)/I0corr。
4、参考表1，根据RSCC的大小评价应力腐蚀敏感性程度。
表1应力腐蚀敏感性等级表
R<sub>SCC</sub> 0～10 10～30 30～80 80～100 >100
应力腐蚀敏感性程度 低 中低 中 较高 高
实施例1
试样在恒定应力下发生塑性形变，在阳极溶解的促进下易发生应力腐蚀开裂，因此选用U弯试样进行应力加载，测试其在西沙海洋大气环境中的应力腐蚀敏感性。采用5％NaCl+0.05％CaCl2+0.05％Na2SO4混合后，稀盐酸调节pH至4的溶液作为加速介质。以西沙试验站大气腐蚀环境谱(表2)为参考，利用当量计算法设计室内环境谱。
表2西沙海洋大气环境谱
Figure BDA0002261164470000031
西沙大气环境谱与标准潮湿空气的当量折算：1)将西沙大气环境谱中各温度下潮湿空气作用小时数折算为温度T＝40℃，相对湿度RH＝90％的标准潮湿空气的作用小时数为：ta＝1209.6h/a；2)将西沙大气环境谱中降雨作用小时数折算为温度T＝40℃，相对湿度RH为90％的标准潮湿空气的作用小时数为：tb＝249.1h/a，t1＝ta+tb＝1458.7h/a。
加速实验环境谱与标准潮湿空气的当量折算：1)5.0％NaCl溶液相对潮湿空气的加速系数为3.168；2)pH＝4的稀盐酸相对于潮湿空气的加速系数为5.998，t2＝9.156。当量加速关系为：β＝t1/t2＝159.3(h/a)(h/a含义为小时每年)。
选用U弯试样进行试验，加载前需用金相砂纸将外表面打磨至1000#或以上。试样表面经脱脂处理(如用无水乙醇和丙酮进行脱脂)和蒸馏水冲洗、吹干，备用。
在配制的溶液中进行动电位极化测试，结果如图2所示。
计算RSCC＝(Icorr-I0corr)/I0corr＝(3.89e-4-2.4e-6)/2.4e-6＝161.08，低合金结构钢在该大气环境中应力腐蚀敏感性高。
实施例2
试样在恒定应力下发生塑性形变，在阳极溶解的促进下易发生应力腐蚀开裂，因此选用U弯试样进行应力加载，测试其在模拟海水(3.5％NaCl溶液)中的应力腐蚀敏感性。采用3.5％NaCl溶液作为模拟溶液，选用U弯试样进行试验，加载前需用金相砂纸将外表面打磨至1000目或以上。试样表面经脱脂处理(如用无水乙醇和丙酮进行脱脂)和蒸馏水冲洗、吹干，备用。
在配制的溶液中进行动电位极化测试，结果如图3所示
计算RSCC＝(Icorr-I0corr)/I0corr＝(7.47e-4-1.05e-5)/1.05e-5＝70.14，低合金结构钢在该大气环境中应力腐蚀敏感性属中等范围。

Claims (6)

1.一种低合金结构钢大气环境应力腐蚀敏感性快速评价方法，其特征在于包括如下步骤：
步骤一：通过对环境介质的分析，选取模拟溶液或加速溶液作为室内快速评价应力腐蚀敏感性的测试介质；
步骤二：通过对受力条件、材料状态以及应力腐蚀发生的力学-电化学临界条件的分析，确定应力加载水平和方式；
步骤三：根据受力水平，制备力学-电化学测试样品；
步骤四：采用三电极体系进行测试，分别计算加载应力试样及未加载应力试样在相同测试介质溶液中的腐蚀电流密度，得到：
RSCC＝(Icorr-I0corr)/I0corr，其中，RSCC表示应力腐蚀敏感性系数，Icorr表示加载应力试样的腐蚀电流密度，I0corr表示未加载应力试样的腐蚀电流密度；
步骤五：根据RSCC大小评价应力腐蚀敏感性程度。
2.如权利要求1所述的低合金结构钢大气环境应力腐蚀敏感性快速评价方法，其特征在于选取加速溶液需确定如下参数：
t1，每年实际大气腐蚀环境折算为模拟大气腐蚀环境的年当量小时数，包括相对湿度超过临界值的年小时数和年降雨作用小时数；
t2，加速实验环境谱与模拟腐蚀环境的相对腐蚀性折算系数；
β，年当量加速小时数，β＝t1/t2。
3.如权利要求1所述的低合金结构钢大气环境应力腐蚀敏感性快速评价方法，其特征在于试样在加载应力前，表面打磨至1000目或以上，并经脱脂处理、蒸馏水冲洗后吹干备用。
4.如权利要求1所述的低合金结构钢大气环境应力腐蚀敏感性快速评价方法，其特征在于用环氧树脂将加载应力试样的非工作面密封，未密封的面积作为工作电极，采用动电位极化测试并计算腐蚀电流密度。
5.如权利要求1所述的低合金结构钢大气环境应力腐蚀敏感性快速评价方法，其特征在于应力腐蚀敏感性程度根据下表评价：
R<sub>SCC</sub> 0～10 10～30 30～80 80～100 >100 应力腐蚀敏感性程度 低 中低 中 较高 高
。
6.如权利要求1所述的低合金结构钢大气环境应力腐蚀敏感性快速评价方法，其特征在于：如需通过实验还原同期实际环境，采用模拟溶液；如要通过短期实验还原长期户外环境，采用加速溶液。
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