GBT 42912-2023 金屬和合金的腐蝕金屬材料在靜態(tài)浸入熔鹽或其他液體條件下的高溫腐蝕試驗方法

金屬和合金的腐蝕金屬材料在靜態(tài)浸入熔鹽或其他液體條件下的高溫腐蝕試驗方法Corrosionofmetalsandallocorrosiontestingofmetallicmaterialsbyimmersinginmoltensaltor2023-08-06發(fā)布國家市場監(jiān)督管理總局本文件按照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。本文件修改采用ISO17245:2015《金屬和合金的腐蝕金屬材料在靜態(tài)浸入熔鹽或其他液體條件本文件與ISO17245:2015相比做了下述結構調整：a)刪除了ISO17245:2015的3.1和3.3,將ISO17245:2015的3.2和3.4調整為3.1和3.2;b)刪除了ISO17245:2015的表1,將ISO17245:2015的表2調整為表1;c)刪除了ISO17245:2015的6.1的懸置段；d)增加了資料性附錄A“本文件與ISO17245:2015的技術性差異及其原因”;e)附錄B對應ISO17245:2015的附錄A。本文件與ISO17245:2015相比，存在較多技術差異，在所涉及的條款的外側頁邊空白位置用垂直單線(|)進行了標示，這些技術差異及其原因一覽表見附錄A。本文做了下列編輯性改動：——用資料性引用的GB/T38430—2019替換了ISO21608:2012(見4.3.1和4.5.2);——用等同采用國際文件的GB/T16545—2015替換了ISO8407:2009(見B.1和B.2);——刪除了ISO17245:2015的附錄A中表A.1和表A.2中第1列及其內容(見表B.1和表B.2)。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：西安熱工研究院有限公司、中國特種設備檢測研究院、冶金工業(yè)信息標準研廈門市特種設備檢驗檢測院、帥翼馳(河南)新材料科技有限公司。I1金屬和合金的腐蝕金屬材料在靜態(tài)浸入熔鹽或其他液體條件下的高溫腐蝕試驗方法本文件規(guī)定了在靜態(tài)條件下金屬材料浸入靜態(tài)的熔鹽或其他液體中，并暴露在高溫受控氣體環(huán)境本文件采用不流動的惰性氣體環(huán)境和流動的活性氣體環(huán)境兩類受控氣體環(huán)境。本文件適用于金屬材料在靜態(tài)浸入熔鹽或其他液體條件下的高溫腐蝕試驗。本文件不適用于試樣與周圍腐蝕性液體存在相對運動的情況。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GB/T10123金屬和合金的腐蝕術語(GB/T10123—2022,ISO8044:2020,IDT)GB/T16545—2015金屬和合金的腐蝕腐蝕試樣上腐蝕產物的清除(ISO8407:2009,IDT)GB/T16701貴金屬、廉金屬熱電偶絲熱電動勢測量方法GB/T16839.1熱電偶第1部分：電動勢規(guī)范和允差GB/T41654金屬和合金的腐蝕在高溫腐蝕環(huán)境下暴露后試樣的金相檢驗方法(GB/T41654—JJG141工作用貴金屬熱電偶GB/T10123界定的以及下列術語和定義適用于本文件。由鹽、灰和/或其他固體組成的在實驗溫度下會熔化的粉末混合物，或所含化合物在高溫下可與金屬反應的液體。除銹descaling在測量剩余金屬的質量之前，去除試樣表面腐蝕產物和腐蝕相。每種材料的試樣數(shù)量應不少于3個，以確保試驗結果的重現(xiàn)性。這些試樣可用于質量變化、尺寸變2化的測量和/或觀察表面和/或橫截面變化。試樣形式應為矩形板、圓盤或圓柱，表面積不小于300mm2,厚度不小于1.5mm。如不能按照上述規(guī)范制作試樣，其他的試樣形狀和尺寸應由供需雙方協(xié)商確定。應加工試樣以除去因切割產生的影響層。試樣最終表面應使用顆粒平均直徑約為15μm的磨料進行打磨，可使用符合GB/T9258.3要求的若相關方要求采用其他表面磨拋方法，應描述出表面磨拋的條件。在試樣準備的最后階段應輕微倒角，以避免由試樣尖銳的邊緣引起的異?，F(xiàn)象。在暴露試驗前應在試樣上至少3個位置測量試樣尺寸，測量儀器精度為±0.02mm。應將在異丙醇或乙醇中經超聲清洗后的試樣置于熱空氣或干燥器中干燥。若試樣大量吸附環(huán)境中水汽，建議將清洗后的試樣在稱重和暴露試驗前存儲在干燥器中。應在暴露前測量試樣質量。每個試樣至少應進行兩次測量。兩次稱重的質量差不應超過0.05mg。應根據(jù)試驗的環(huán)境來選擇腐蝕性物質的類型。腐蝕性物質應采自實際設備中的沉淀物，或采用試劑級的化學品配制。腐蝕性物質應混合均勻。如果不了解該物質的熔化范圍，應事先測定，或應根據(jù)相圖確定，以保證液相為腐蝕性物質的主要化合物。試驗裝置應包括能夠在恒定溫度下均勻地加熱試樣的溫度調節(jié)裝置。加熱裝置應配備將試樣和外部空氣隔離的試驗單元(封閉系統(tǒng))。一種水平的封閉試驗裝置的示意圖見圖1。也能采用豎直方向放置的裝置。完整的加熱爐裝置設的圖1。計見GB/T38430—2019的圖1。標引序號說明：1——氣體供應口；2——過壓閥；1——氣體供應口；2——過壓閥；3——樣品室；4——加熱裝置；5——坩堝；7——腐蝕性物質；8——熱電偶；9——氣體排放口。圖1水平密閉試驗裝置3GB/T42912—2023樣品室不應使用在試驗過程中與氣體環(huán)境或腐蝕性物質發(fā)生反應以致改變試驗環(huán)境成分的材料。如果無法避免，則應確保其引起的環(huán)境氣氛成分的變化小到可以忽略。注：冷凝問題能通過加熱法蘭或確保坩堝總容積與爐臆容積的比例為1:10來解決。在試驗前，樣品室內應充滿對腐蝕性物質惰性的氣體，然后將其關閉。樣品室宜使用限壓閥，以使系統(tǒng)保持在所需的壓力。氣體供應系統(tǒng)應能夠向4.3.1所述的樣品室以恒定流量提供試驗用氣體。當使用濕度調節(jié)器時，濕度調節(jié)器應能夠將濕度調整至期望值。濕度調節(jié)應使用電導率低于1μS/cm的去離子水。為防止冷凝，濕度調節(jié)器和樣品室之間的氣體管道內溫度應保持在露點以上。冷凝可能會對試驗結果產生嚴重影響。應采用氣體流量計監(jiān)控氣體流量。流量計應放置在靠近樣品室人口處的位置，但當使用濕度調節(jié)當氣體被加濕后，應測量水蒸氣含量。測量方法包括在樣品室前用濕度計測量，或在排放的氣體冷凝后測量水的含量，或測量試驗期間加濕器中水的消耗量等。在試驗之前，應利用可移動熱電偶在試驗溫度下確定加熱裝置內的溫度分布，以及等溫區(qū)寬度。溫度調節(jié)裝置應能保證試樣的溫度保持在表1所示的允許范圍內。表1試樣溫度的允許偏差溫度范圍℃溫度偏差℃土4協(xié)商確定熱電偶的偶絲應采用熱電偶套管進行保護。熱電偶套管應能夠在試驗溫度和試驗環(huán)境下使用。熱電偶應靠近試樣。如果試驗條件不準許使用熱電偶，應在適當?shù)沫h(huán)境下，用模擬的試樣對加熱爐熱電偶的校準應按照GB/T16701、GB/T16839.1或JJG141的規(guī)定進行。應從每批中抽取一個熱電偶進行校準。若不能確定熱電偶的穩(wěn)定性，應每年重新校準，或在每次試驗開始前和結束時重新校準。4.4程序應采用相對于試驗環(huán)境惰性的坩堝。根據(jù)腐蝕性物質的酸性或堿性，選用氧化鋁、二氧化硅或氧化鋯材料的坩堝。試驗示意圖如圖2所示。第一次使用坩堝前，應在空氣爐中烘烤以去除揮發(fā)性物質。在1000℃的溫度下烘烤不少于24h。4為防止吸水，使用過的坩堝在100℃以上的溫度下干燥。每個坩堝中腐蝕性物質的裝填量與試樣表面積之比應不小于20mL/cm2,同時確保腐蝕性物質的液相面應高于試樣表面至少5mm。腐蝕性物質熔化過程中的體積收縮量應通過單獨的試驗進行確定，其裝填過程應與腐蝕試驗相同。標引序號和符號說明：1——坩堝；2——腐蝕性物質；3——試樣；4——試樣支撐物；a——至少5mm;圖2浸入腐蝕性物質中的試樣使用流動活性氣體時，應選擇能保持腐蝕性液體的腐蝕活性穩(wěn)定的試驗氣體。試驗氣體的流量應確保在1h內至少能將樣品室充滿3次，以保證腐蝕速率不是由反應物的供應所控制。試驗氣體應進行預熱以使氣相溫度達到平衡，必要時，應使用適當?shù)拇呋瘎?。試樣應在室溫下置于加熱爐中，之后再加熱試驗氣體。應記錄加熱爐加熱到試驗溫度的時間。出于安全考慮，如果試驗氣體不能被加熱，那么應加熱不包括危險組分的模擬氣體，直到到達指定溫度。應盡快加熱，至試驗溫度達到低于腐蝕性物質熔化溫度30℃;之后，應緩慢加熱(如2℃/min)至腐蝕性物質熔化溫度以上30℃的溫度。然后可加熱快速達到試驗溫度。注：在某些裝置中無法使用快速加熱的元件，如加熱元件和反應管，快速加熱速率會對陶瓷元件造成損害。當在加濕環(huán)境下試驗時，應在樣品室各部位溫度均超過露點溫度后才加濕。加熱過程應使試樣的溫度不超過表1所列的允許溫度的上限。當試樣溫度超過設定的試驗溫度Ta(單位為K)的97%時，定義為試驗開始。當試樣溫度低于設定的試驗溫度Tamu(單位為K)的97%時，定義為試驗終止。5GB/T42912—2023試驗周期與預期應用有關，應由供需雙方協(xié)商確定。由于在短期暴露中觀察到的現(xiàn)象可能在長期試驗中不會繼續(xù)出現(xiàn)，與長期服役條件相關的試驗，暴露時間應不少于300h。根據(jù)需要，試樣可在加熱爐內冷卻，也可將腐蝕性液體從坩堝倒出后取出并冷卻。對于后一種情況，在將試樣從爐中取出之前，應使用干氣體充分對其吹掃，以避免在高溫下與空氣發(fā)生任何有害的反應。如果當試樣在加熱爐內冷卻時，應持續(xù)通氣降溫至200℃以下，并記錄試樣冷卻到50℃的時間。如果是加濕的環(huán)境，應在樣品室內最冷部分溫度低于200℃之前停止加濕。冷卻后，附著在試樣表面的凝固物質應使用溶劑去除。通常情況下，可選用濃鹽酸。出于安全考慮，如果不能在試驗氣體中冷卻，應在不含危險組分的模擬氣體中進行冷卻。4.5質量變化的測定為確定試樣腐蝕的氧化動力學，需要測量試樣質量的變化。每種材料應使用平行試樣。試樣宜盡快稱量，或從爐中取出后應立即存放在干燥器中進行干燥，直至稱量前。應用鑷子處理試樣。不應用手直接觸碰樣品以避免污染(油脂、鹽)。當使用手套時應小心，因為手套上的分離物造成的污染可能導致質量確定的錯誤。若重復測量不一致，記錄稱重環(huán)境的溫度和相對濕度。應在暴露前測量試樣質量[mr(t?),如GB/T38430—2019的圖5所示]。每個試樣應至少測量兩次，精確度應不低于0.02mg。各次測量結果之間的最大差值應不超過土0.05mg。如果在質量測定之前除銹，則應在基體金屬損失最少的情況下，去除試樣上的所有腐蝕產物。此過程應根據(jù)GB/T16545—2015進行。詳細的過程見附錄B(見表B.1和表B.2)。這些程序不適用于去除GB/T41654中定義的內腐蝕產物。由腐蝕引起的試樣質量損失應根據(jù)GB/T16545—2015進行測定。5試樣表面和微觀結構的檢測應對試樣的表面和橫截面進行金相檢測，詳細的檢測程序見GB/T41654。6報告6.1試驗報告的內容6.1.1試驗材料包括下列數(shù)據(jù)：a)生產商；6GB/T42912—2023b)材料名稱(牌號、標準號等);c)等級或符號；d)熔煉爐號/批號；e)化學成分(分析方法);f)加工條件；h)材料微觀組織結構。b)取樣情況(晶體取向、軋制方向等);c)尺寸(mm)和表面積(cm2);d)試樣的表面處理狀況；e)試樣脫脂方法；f)初始質量。6.1.3試驗環(huán)境包括下列數(shù)據(jù)：a)試驗溫度；b)試樣在腐蝕性物質中的特征加熱和冷卻曲線；c)試驗周期；d)樣品室容積；e)不流動惰性氣體環(huán)境(4.3.2)或流動活性氣體環(huán)境(4.3.3);g)試驗氣體的體積流量(m3/s);i)每個坩堝使用腐蝕性物質的量；j)所用坩堝的尺寸、類型和材料。6.1.4試驗結果包括下列數(shù)據(jù)：c)在確定試樣腐蝕氧化動力學的情況下，用試樣質量損失△m除以表面積A,作為時間的函數(shù)；d)試驗后的外觀圖像；e)試驗后的斷面圖像，包括試驗后試樣金相斷面的表層(所選擇的放大倍數(shù)應能在單一顯微照片上清楚地顯示腐蝕的程度);f)金相檢測結果；g)如果根據(jù)4.2.2進行試驗，記錄長期暴露后腐蝕性物質分析結果。6.2補充說明試驗結果報告中包含以下事項：a)原材料的力學性能；b)原材料的顯微組織和取樣條件；c)試驗裝置的詳細內容；d)如果有條件，可用差熱分析和熱重分析法測定腐蝕物質的特性。7(資料性)表A.1給出了本文件與ISO17245:2015的技術性差異及其原因的一覽表。表A.1本文件與ISO17245:2015的技術性差異及其原因本文件結構編號技術性差異原因11)刪除ISO17245:2015中“本文件不包括試樣完全或部分嵌入由鹽、灰分和/或其他固體組成的腐蝕性粉末中的試驗方法，或試樣表面出現(xiàn)沉積的本文件不包括試樣完全或部分嵌人由鹽、灰分和/或其他固體組成的腐蝕性粉末中的試驗方法，也不包括試樣表面沉積的情況。這些方法分別包含在ISO17248和ISO17224中”;2)增加“本文件適用于金屬材料在靜態(tài)浸人熔鹽或其他液體條件下的高溫腐蝕試驗”1)簡化范圍，刪除不包括內容；2)按GB/T1.1的規(guī)定，增加文件的適用界限2關于規(guī)范性引用文件，本文件做了具有技術性差異的調整，以適應我國的技術條件，調整的情況集中反映在第2章“規(guī)范性引用文件”中，具體調整如下：——刪除了ISO3611、ISO6906;——用等同采用國際文件的GB/T10123代替ISO8044(見第3章);——用等同采用國際文件的GB/T16545—2015代替ISO8407(見4.5.3和4.5.4);——用等同采用國際文件的GB/T41654代替ISO26146(見4.5.3和第5章);——用我國的熱電偶校準標準GB/T16701、GB/T16839.1或JJG141代替ASTME220,ASTME230和ASTME1350(見4.3.4);——刪除ASTME3和ASTME407按GB/T1.1和GB/T1.2的規(guī)定，以適應我國的技術條件，增加可操作性31)刪除“3.1損傷層”術語和定義；2)刪除“3.3受控氣體環(huán)境”術語和定義1)正文中未出現(xiàn)“損傷層”術語；一次，未使用兩次標題“試劑和材料”改為“試驗材料”改為“試驗材料”更符合本章節(jié)內容8GB/T42912—2023表A.1本文件與ISO17245:2015的技術性差異及其原因(續(xù))本文件結構編號技術性差異原因4.2.11)刪除“表1符合區(qū)域標準的涂層研磨劑的名稱和平均直徑”,磨料選擇標準改為“GB/T9258.3”;同時，將“這能通過使用表1所示的研磨劑來實現(xiàn)”更改為“可使用符合GB/T9258.3要求的P1200的磨料”;2)刪除“在將試樣暴露于試劑之前，應使用ISO3611和ISO6906中規(guī)定的測量儀器，至少在試樣的……”中的國際文件1)按照我國磨料的實際情況進行更改，“可”更符合我國技術參數(shù)或方法選擇時常用語言；2)根據(jù)我國的實際情況，只需要說明精度，不需要規(guī)定測量儀器表1將試樣溫度范圍“300～600、600～800、800～1000、1000～1200”更改為“>300～600、>600～800、>800～1000、>1000～1200”原試樣溫度有重疊，為避免給使用者造成困擾，根據(jù)實際情況進行更改4.3.3將“試驗方法能包括在樣品室前用濕度計測量”中的“能”刪除適應我國的標準編寫和版式要求4.3.4將“熱電偶的校準應按ASTME220,ASTME230和ASTME1350的規(guī)定進行”改為“熱電偶的校準應按GB/T16701、GB/T16839.1或JJG141的規(guī)定進行”根據(jù)實際情況更改，采用我國標準進行校準4.5.1心，因為手套上的分離物造成的污染可能導致質量確定的錯誤”更改為“當使用手套時應小心，因為手套上的分離物造成的污染可能導致質量確定的錯誤”根據(jù)實際情況，提出要求4.5.3將“注：這些程序不適用于去除GB/T41654中定義的內腐蝕產物?！闭{整為正文按GB/T1.1和GB/T1.2的規(guī)定編寫，“注”不能包含要求6.1.1將“h)根據(jù)ASTME3確定的材料微觀結構和根據(jù)ASTME407確定的蝕刻?！备臑椤癶)材料微觀組織結構?！备鶕?jù)我國的實際情況，不需要按照ASTM標準判斷圍觀結構，可自行選擇方法進行確定材料的微觀組織結構6.1.4將a)、b)和h)中涉及的試驗方法內容刪除原文內容過于繁瑣冗長，刪除后在整個小節(jié)內容含義不變的情況下，精簡相關內容9(資料性)清除腐蝕產物的化學和電解程序B.1一般條件本附錄制定過程中，參考了大量文獻以確定化學除銹和電解除銹的程序。除了GB/T16545—2015中列出的試驗方法外，還能采用專門為本文件中描述的試驗目的而設計的以下程序。本附錄概述在采用這些程序之前，宜對空白試樣進行試驗，以確保所選方法的有效性。過度的除銹不僅會導致腐蝕產物的溶解，還會導致金屬基體的溶解。B.2程序表B.1和表B.2總結了去除腐蝕產物的各種化學和電解程序。特定材料的具體工藝選擇取決于許多因素，包括前人的經驗和試樣前期經歷的各種處理。對于所列的所有程序，宜在清洗期間保持試樣表面垂直。這將最大限度地減少除銹過程中任何氣GB/T16545—2015的圖1中所推薦的時間適合于質量損失的試驗。使用電解程序時，建議選擇適當?shù)碾娊鈪?shù)和使用空白試樣，