金屬和合金的腐蝕 金屬和合金深海腐蝕試驗導(dǎo)則 征求意見稿

2GB/TXXXX-XXXX/ISO23226:2020金屬和合金的腐蝕金屬和合金深海腐蝕試驗導(dǎo)則本文件規(guī)定了金屬和合金在深海環(huán)境中進行海水暴露腐蝕試驗的方法導(dǎo)則，包括試驗場的選擇、試驗系統(tǒng)的部件和總成、試樣制備、試驗程序、試樣回收后的處理與評價以及試驗報告。本文件適用于金屬和合金在深海環(huán)境中的一般腐蝕試驗和局部腐蝕試驗，如應(yīng)力腐蝕開裂、電偶腐蝕、縫隙腐蝕試驗等。其他材料如復(fù)合材料、橡膠等在深海中的暴露試驗也可以參照本導(dǎo)則進行，但試樣回收后的評價方法與金屬和合金不同。本文件不包括實際深海環(huán)境中犧牲陽極的性能測試，其可采用特殊的測試單元和設(shè)備來進行深海暴露試驗。然而，本導(dǎo)則仍可對開展?fàn)奚枠O的深海性能測試提供有益的參考。2.規(guī)范性引用文件下列文件中的內(nèi)容通過文中的規(guī)范性引用而構(gòu)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(yīng)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(shù)語3.術(shù)語和定義GB/T10123以及下列術(shù)語和定義適用于本文件。3.1深海deep-seawater指水深在約200米至數(shù)千米之間的海水區(qū)帶。注：深海具有與表層海水差異較大的腐蝕性環(huán)境參數(shù)，如海水的溫度、鹽度、溶解氧含量、微生物和生物污損情況等。3.2試驗場testsite開展深海暴露腐蝕試驗的地點。3.3服役環(huán)境serviceenvironment需要獲取腐蝕數(shù)據(jù)的環(huán)境。3.4試樣框架testrack容納樣品或樣品模塊的結(jié)構(gòu)框架。3GB/TXXXX-XXXX/ISO23226:20204.試驗場的選擇深海暴露腐蝕試驗場的選擇十分重要，因為不同試驗場的環(huán)境可能存在很大差異。選定的試驗場應(yīng)適于開展深海試驗。一般來說，試驗場的選擇應(yīng)滿足下列要求：a)試驗場的環(huán)境參數(shù)應(yīng)能代表服役環(huán)境。b)試驗場海床一般應(yīng)平坦，應(yīng)無突出的海底巖石或深坑，且坡度應(yīng)小于3%。海底的沉積物應(yīng)當(dāng)穩(wěn)定。c)試驗場應(yīng)選在開闊的水域，海水可以自由流動，而不被阻塞在海底山谷或盆地中。d)試驗場應(yīng)選在試驗裝置不會因船舶航行、拖網(wǎng)捕撈或其他可預(yù)見的海上活動而損壞的地方。同樣，放置在試驗場水域的試驗裝置也不應(yīng)影響船舶航行和拖網(wǎng)捕撈等可預(yù)見的海上活動的安全。e)試驗場的選擇應(yīng)考慮相關(guān)法規(guī)要求。在開展任何作業(yè)之前，應(yīng)對環(huán)境影響和安全風(fēng)險進行評估。5.試驗裝置和部件5.1試驗裝置5.1.1試驗裝置應(yīng)至少包含以下功能：a)在深海中能可靠地承載試樣；b)能采集試驗場與腐蝕相關(guān)的關(guān)鍵環(huán)境參數(shù)；c)能對深海中的試驗裝置進行定位；d)在試驗結(jié)束后能回收試驗裝置。5.1.2試驗裝置主要由以下部分組成：a)浮體；b)纜繩；c)試樣框架；d)釋放系統(tǒng)；e)環(huán)境參數(shù)采集和存儲設(shè)備；f)水面和水下定位設(shè)備；g)錨定系統(tǒng)。5.1.3試驗裝置的典型總成如圖1所示。試驗裝置可只有一個試樣框架，或者將多個試樣框架布放在試驗裝置的不同高度上。這種有多個試樣框架的試驗裝置比只有一個試樣框架的試驗裝置更長、更復(fù)雜。5.1.4應(yīng)精心設(shè)計試驗裝置，使其具有較高的可靠性和安全性，并易于投放和回收。試驗裝置在深海中應(yīng)采用錨定系統(tǒng)來固定。試樣框架在裝置中的位置應(yīng)根據(jù)預(yù)定的試樣暴露水深來確定。試樣框架的尺寸應(yīng)能容納所有試樣，且保證試樣互不干擾。應(yīng)基于整套試驗裝置的總重量來設(shè)計浮體，以便當(dāng)試驗裝置從錨定系統(tǒng)釋放時，能提供足夠的浮力使其浮至水面。裝置應(yīng)由具有相應(yīng)資質(zhì)的人員進行設(shè)計。5.1.5最終用戶（和有資質(zhì)的專業(yè)人員）負責(zé)試驗裝置的組裝、布放和回收。試驗裝置組裝完成后應(yīng)進行檢查。5.2試樣框架5.2.1試樣框架可采用性能經(jīng)深海環(huán)境驗證過的耐蝕材料制造。而當(dāng)采用碳鋼來制造試樣框架時，需用涂層和犧牲陽極陰極保護來防止腐蝕，并應(yīng)合理設(shè)計以避免對試樣產(chǎn)生干擾。5.2.2試樣框架應(yīng)具有長期深海服役的結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性。試樣框架應(yīng)可適用于要投放的特殊類型的試樣。4GB/TXXXX-XXXX/ISO23226:2020適用的各種類型的試樣可參見6.1。說明：1—頂部浮體；7—釋放系統(tǒng)；2—纜繩；8—釋放系統(tǒng)和錨定系統(tǒng)間的連接件；3—環(huán)境參數(shù)采集和存儲設(shè)備；9、10—錨定系統(tǒng)；4—纜繩；A—上部試樣框架；5—浮體；B—中部試樣框架；6—底部浮體；C—下部試樣框架。圖1典型深海腐蝕試驗裝置總成示意圖5.3其他部件和設(shè)備5.3.1環(huán)境監(jiān)測設(shè)備環(huán)境參數(shù)監(jiān)測設(shè)備應(yīng)固定在試樣框架上或靠近試樣框架處，所采集的環(huán)境因素數(shù)據(jù)能夠代表試樣所處的環(huán)境條件。可采用市售的設(shè)備來測量試驗裝置在整個試驗期間所處位置的環(huán)境參數(shù)，如海水的溶氧量、溫度、電導(dǎo)率、靜水壓力、海流速度、pH值等。還可以根據(jù)試驗要求安裝用于測量其他參數(shù)如SO2和H2S濃度的傳感器。設(shè)備應(yīng)耐壓、低能耗，可自動存儲采集的數(shù)據(jù)，以便在設(shè)備回收后讀取。5.3.2釋放系統(tǒng)可控的釋放系統(tǒng)基于安裝在試驗裝置上的釋放器來實現(xiàn)功能，它可以接收來自水面作業(yè)船上設(shè)備發(fā)出的信號。當(dāng)收到釋放命令后，釋放系統(tǒng)自動將試樣框架和浮體與海底錨定系統(tǒng)分離，浮體牽引試樣框架和設(shè)備浮至水面。建議采用兩個釋放器并聯(lián)的組裝方式以提高回收的可靠性。5GB/TXXXX-XXXX/ISO23226:20205.3.3水面定位單元可以在試驗裝置上安裝水面定位設(shè)備（如無線電信標(biāo)），以便當(dāng)試樣框架和設(shè)備從錨定系統(tǒng)中釋放返回水面后，對其進行定位。5.3.4水下定位單元應(yīng)當(dāng)在試驗裝置上安裝水下定位設(shè)備（如聲吶），以便實現(xiàn)試驗裝置的現(xiàn)場水下定位。釋放系統(tǒng)通常配有聲吶。5.3.5浮體浮體應(yīng)適用于服役環(huán)境。市售的玻璃浮球或在塑料基材中嵌入微球構(gòu)成的復(fù)合泡沫體（浮力材料）可用于深海試驗。采用塑料罩保護玻璃浮球，以防止機械損傷。5.3.6連接附件連接附件如卸扣、轉(zhuǎn)環(huán)、緊固件等應(yīng)耐深海環(huán)境腐蝕，可采用耐蝕材料制造，如鈦及其合金。需注意避免連接部位的電偶腐蝕。5.3.7纜繩纜繩應(yīng)能承受試驗裝置布放、暴露、回收期間的靜載荷和動載荷。使用前應(yīng)仔細檢查，若發(fā)現(xiàn)纜繩存在缺陷或破損須立即停用。通常，試驗裝置采用適當(dāng)尺寸的高模量合成纖維繩。5.3.8電池安裝在試驗裝置上的儀器和釋放器由內(nèi)置電池供電。電池應(yīng)具有足夠電容量以便在深海暴露試驗期間執(zhí)行要求的操作。5.3.9錨定系統(tǒng)錨定系統(tǒng)用于將試驗裝置固定在試驗地點?？梢圆捎缅^或重塊（如混凝土塊）。錨定系統(tǒng)的重量應(yīng)適當(dāng)，并在設(shè)計試驗裝置時予以充分考慮。試驗結(jié)束時，錨定系統(tǒng)通常留在海床上。6.試樣6.1試樣的制備6.1.1對于暴露試驗用平板試樣，推薦尺寸為100mm×200mm。為了避免在試驗過程中發(fā)生腐蝕穿孔，試樣應(yīng)具有足夠的厚度。根據(jù)材質(zhì)和試驗周期，試樣厚度一般為2mm~6mm。根據(jù)實際試驗要求，也可以采取其他規(guī)格的試樣。對于特殊形狀的試樣，比如螺栓、螺母和管子，應(yīng)按用戶要求或相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)來制備。當(dāng)考慮焊接對腐蝕的影響時，應(yīng)使用焊接試樣。6.1.2試樣應(yīng)采用機械加工的方法制備。加工時應(yīng)當(dāng)注意避免試樣表面過熱和不必要的冷加工。試樣表面光潔度應(yīng)與最終使用者的要求一致。試樣表面狀態(tài)應(yīng)滿足試驗要求并記錄粗糙度，如Ra。通常，試樣應(yīng)進行精磨以獲得均一的表面。如果表面殘留有蝕坑或凹陷等缺陷，則應(yīng)在試驗開始前進行檢查和記錄，以免在試驗完成時與試驗中產(chǎn)生的腐蝕混淆。表面上的油脂和污垢應(yīng)采用適當(dāng)?shù)姆椒ㄇ逑?。試樣制備方法與GB/T5776中規(guī)定的表層海水暴露試驗用試樣制備方法相同。6.1.3在整個試驗期間，試樣應(yīng)做好標(biāo)識。標(biāo)記方法不應(yīng)影響試樣的腐蝕試驗?？墒褂勉@孔、缺口、標(biāo)簽或打碼的方式進行標(biāo)識。在整個試驗過程中，標(biāo)識應(yīng)清晰可辨，不會因腐蝕或其他因素而消失。6.1.4對于評價局部腐蝕的試驗，應(yīng)使用特定形狀規(guī)格的試樣?，F(xiàn)場開展的應(yīng)力腐蝕開裂試驗、電6GB/TXXXX-XXXX/ISO23226:2020偶腐蝕試驗和縫隙腐蝕試驗的試樣要求應(yīng)遵照GB/T15970.2、GB/T15970.3、GB/T15970.5、GB/T15970.8、GB/T40314、ASTMG71、ASTMG78,以及其他相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)的指引。電偶腐蝕采用特定設(shè)備進行測試，該設(shè)備可以將一個試樣與另一個試樣通過電接觸而偶合。但需要注意的是，耦合試樣的面積比對電偶腐蝕有很大的影響。對于深?，F(xiàn)場暴露的應(yīng)力腐蝕開裂試驗，可以采用彎梁試樣、U型彎曲試樣、C型環(huán)試樣。6.1.5試樣的數(shù)量應(yīng)根據(jù)腐蝕試驗的類型、試驗材料或具體標(biāo)準(zhǔn)的要求確定。通常，平行試樣不應(yīng)少于3個以保證得到可靠的試驗結(jié)果。6.1.6應(yīng)以所需的精度稱量試樣，以確定試驗后的質(zhì)量損失。通常，試樣的質(zhì)量應(yīng)精確到±1mg。對于試樣尺寸的測量，通常長度和寬度應(yīng)精確到0.05mm，厚度應(yīng)精確到0.02mm。6.1.7在某些情況下，要使用對比試樣。例如，通過對未偶聯(lián)的對比試樣進行試驗，獲得單一金屬或合金的腐蝕速率，來表征電偶腐蝕效應(yīng)?？赏ㄟ^對無應(yīng)力或應(yīng)變的對比試樣進行暴露試驗，來評價應(yīng)力對材料腐蝕性能的影響。6.1.8應(yīng)保存暴露試驗前對試樣的檢查和測量記錄。記錄內(nèi)容應(yīng)包括試驗材料，每個試樣的尺寸、質(zhì)量和外觀。由此可確定試樣經(jīng)深海暴露試驗后的外觀變化和腐蝕損失。6.2試樣的安裝6.2.1為了便于運輸和安裝，建議將試樣固定在單元模塊中。在試驗裝置布放之前將單元模塊安裝到試樣框架中。對于特定試驗中特殊形狀的試樣或特殊安裝結(jié)構(gòu)的試樣，有必要設(shè)計一種合適的方法將其固定在試樣框架中。6.2.2試樣應(yīng)由絕緣套管隔離，避免相互之間或與試樣框架之間產(chǎn)生電接觸。絕緣套管可由尼龍、聚四氟乙烯（PTFE）或其他合適的材料制成。6.2.3安裝好的試樣間留有適當(dāng)間距對試驗來說是很重要的。試件表面之間最好有足夠的空間，以保證有充足的海水流過，并確保累積的污損生物和腐蝕產(chǎn)物不會因長時間暴露而堵塞該空間。試件表面之間的距離一般為20mm~50mm。平板試樣可按照圖2所示的方式串聯(lián)固定。說明：1—試樣；2—絕緣套管；3—試樣固定桿。圖2安裝在兩平行試樣固定桿上的平板試樣7GB/TXXXX-XXXX/ISO23226:20206.2.4安裝好的試樣應(yīng)垂直放置在懸浮的試樣框架中，并能受到海水的充分作用，由此可將試樣表面的淤泥和雜質(zhì)的沉積減至最低程度。試樣框架中的試樣之間應(yīng)無電接觸。6.2.5應(yīng)該注意的是，試樣腐蝕產(chǎn)生的金屬離子會對附近的其他試樣造成影響。例如，從銅合金試樣中釋放出的銅離子會通過銅沉積在鋁表面而加速附近鋁試樣的腐蝕。因此，銅試樣應(yīng)盡可能遠離試樣框架中的鋁試樣。如有必要，應(yīng)采取防護措施。6.2.6應(yīng)制作試樣框架圖表，注明所有試樣的位置和暴露試驗數(shù)據(jù)。6.3試樣的包裝和運輸6.3.1應(yīng)小心處理試樣，以避免在包裝和運輸至試驗場的過程中造成損壞或污染。6.3.2應(yīng)在運輸和儲存過程中避免潮濕空氣、飛濺海水和其它腐蝕性介質(zhì)對試樣的影響。在不改變試樣表面狀態(tài)的前提下，應(yīng)對試樣采取適當(dāng)?shù)谋Ｗo措施。例如，用塑料膜包裹試樣和單元模塊，以防止大氣和飛濺海水造成的腐蝕。同時，可在單元模塊中放置干燥劑除濕。7.試驗程序7.1到達試驗場后，應(yīng)檢查所有部件和設(shè)備，確保其處于良好狀態(tài)，無機械損傷和故障。然后將所有部件和設(shè)備裝配成一套完整的試驗裝置，并再次仔細檢查試驗裝置，特別是連接部件和接頭處。測量海水參數(shù)的設(shè)備應(yīng)設(shè)置在所需的數(shù)據(jù)采集頻率下工作。拆除試樣表面的覆蓋物。在試驗裝置布放之前不能遺留任何問題。7.2使用作業(yè)船上的吊機將試驗裝置布放到海中。使用安裝在試驗裝置上的定位設(shè)備和作業(yè)船上的信號發(fā)射器來監(jiān)控裝置的深度和狀態(tài)。當(dāng)試驗裝置落至海床上時，應(yīng)確定試樣框架的最終深度和位置。7.3深海試驗的建議周期為0.5年、1年和2年。對于應(yīng)力腐蝕開裂試驗，可適當(dāng)縮短暴露時間。由于試驗受海況和天氣的影響較大，因此可以根據(jù)實際情況調(diào)整周期。由于釋放器和其他設(shè)備一般由電池供電，因此試驗周期應(yīng)在電池的壽命范圍內(nèi)。7.4當(dāng)達到計劃的試驗周期時，終止試驗。如果在試驗期間進行的檢測顯示回收系統(tǒng)的電能消耗過快，則應(yīng)在計劃時間之前終止試驗。7.5回收操作通常是通過向釋放系統(tǒng)發(fā)送信號來觸發(fā)的，從而使裝置組件與錨定系統(tǒng)分離。浮體將裝置組件提升到水面。這一過程可能需要一些時間，這取決于布放的深度和裝置組件的浮力。7.6搜索漂浮在海上的裝置組件，并打撈回收試樣框架、設(shè)備和其他部件。試樣或單元模塊應(yīng)浸泡在淡水中清洗，并自然干燥。應(yīng)注意避免破壞腐蝕試樣的表面狀態(tài)。拆卸和檢查裝置部件。對下次可再次使用的連接件、纜繩、浮體、釋放系統(tǒng)和其他設(shè)備，應(yīng)進行清潔和存放。最終用戶應(yīng)有可溯源的清潔程序，可決定這些部件和設(shè)備如何處置，或者在允許重復(fù)使用的條件下（如果在長期暴露期間沒有損壞）存放在何處。7.7試樣框架，包括試樣，應(yīng)在受控條件下儲存，直到實驗室分析時為止，以防止進一步腐蝕。對于不同的材料，可采用不同的存儲條件。強烈建議將試樣儲存在干燥/惰性環(huán)境中，直到對其進行實驗室檢測，并在運輸過程中，盡可能減少深海試驗后任何可能影響數(shù)據(jù)可靠性和試樣表面狀況的大氣暴露效應(yīng)。在任何情況下，都不應(yīng)將其存放在靠近大海的露天環(huán)境或濱海大氣環(huán)境中。8.試樣評價8.1使用攝像機或照相機記錄試樣框架和試樣的外觀和狀態(tài)。8.2如果試樣表面有生物污損，需利用塑料或木制刮刀刮去污損生物，但不要劃傷下面的基體。8GB/TXXXX-XXXX/ISO23226:20208.3參照GB/T16545推薦的方法清除腐蝕產(chǎn)物。稱量試樣質(zhì)量至適宜的精度。對于某些試驗，需要預(yù)留腐蝕產(chǎn)物進行實驗室評價與分析。可對清除腐蝕產(chǎn)物前后的試樣進行拍照記錄。8.4對于質(zhì)量損失評價試樣，需要確定每個試樣在深海暴露前和深海暴露后的質(zhì)量。利用這些數(shù)據(jù)可計算每個試樣的腐蝕速率。8.5在某些情況下，質(zhì)量損失測量數(shù)據(jù)可能沒有意義或無法得到。例如，發(fā)生點蝕和縫隙腐蝕等局部腐蝕的試樣質(zhì)量損失很低，其結(jié)果可能會產(chǎn)生誤導(dǎo)。在這種情況下，試樣腐蝕的評價必須采用可視化評估、厚度損失測量或其他技術(shù)。8.6對于點蝕試樣，可根據(jù)GB/T18590進行評估。其他技術(shù)，如輪廓術(shù)也可以用于點蝕測量。對于縫隙腐蝕試樣，可對腐蝕深度進行測量，并詳細描述腐蝕形貌，特別是邊緣和表面的變化。此外，還可以通過拉伸試驗測量，以比較暴露試樣和未暴露的對比樣品之間的差別。為了確定脫合金成分腐蝕深度，有必要對試樣橫截面進行金相檢查。8.7對于電偶腐蝕試驗，應(yīng)將耦合試樣的腐蝕行為與未耦合的對比試樣進行比較。電偶腐蝕加速因子可以通過耦合試樣與對比試樣腐蝕速率的比值來確定，參見ASTMG71。8.8對于應(yīng)力腐蝕開裂試驗，采用受力試樣暴露在深海中后產(chǎn)生裂紋所需的時間或不產(chǎn)生裂紋的門檻應(yīng)力用來評估被試材料的抗應(yīng)力腐蝕開裂性能。參照GB/T15970.2、GB/T15970.3、GB/T15970.5、GB/T15970.8，通過目測觀察和金相檢測來評估應(yīng)力腐蝕開裂損傷。建議在相同條件下對不受力的試樣進行相同時間的暴露試驗，并與受力試樣進行比較，從而評估應(yīng)力對腐蝕的影響。9.試驗報告9.1試驗報告應(yīng)至少包括以下信息：a)對本文件的引用，以及與試驗程序的任何偏差；b)暴露試驗環(huán)境條件；c)試樣的詳細描述；d)試樣運輸和回收后的儲存條件；e)試驗裝置及其部件的檢查記錄；f)腐蝕評價結(jié)果。9.2暴露試驗條件的詳細情況，包括試驗場位置、水深、日期和試驗周期?，F(xiàn)場記錄的環(huán)境參數(shù)也應(yīng)包括在內(nèi)。9.3試樣的數(shù)據(jù)，包括尺寸、表面處理、化學(xué)成分和冶金工藝等信息。應(yīng)提供代表每種材料或產(chǎn)品的參試試樣的數(shù)量。還應(yīng)包括暴露前除油和暴露后清除腐蝕產(chǎn)物的方法。9.4試驗結(jié)果以腐蝕速率來進行表述，如單位時間的腐蝕深度或暴露試驗周期內(nèi)的厚度損失，或繪制單位面積質(zhì)量損失與暴露時間的關(guān)系圖。按質(zhì)量損失計算的腐蝕速率應(yīng)為試件表面和邊緣的平均值。9.5應(yīng)記錄試驗過程中試樣外觀的任何變化，以及清除腐蝕產(chǎn)物前后的腐蝕形貌。如果測量了試驗后試樣的拉伸性能，則應(yīng)參照GB/T5776報告拉伸強度的損失。9.6對于電偶腐蝕試驗，應(yīng)在報告中提供對比試樣和耦合試樣的結(jié)果。還應(yīng)提供由于電偶效應(yīng)引起的腐蝕速率的變化，其形式為對比試樣和耦合試樣之間的差異，或耦合試樣的腐蝕速率除以對比試樣的腐蝕速率（電偶腐蝕加速因子）。9.7對于點蝕和縫隙腐蝕，應(yīng)分別按照GB/