金属和合金的腐蚀 点蚀评价指南 征求意见稿

GB/T18590-XXXX1金属和合金的腐蚀点蚀评定指南本文件给出了选择用于识别和观察蚀坑、评价点蚀和蚀坑增长速率的程序的指南。2规范性引用文件本文件没有规范性引用文件。3术语和定义本文件没有列出术语和定义。4蚀坑的识别和观察4.1初步的低倍目视检查4.1.1目测或用低倍放大镜观察被腐蚀的金属表面，可确定腐蚀程度和蚀坑的明显位置。通常建议对腐蚀表面拍照，以便与清除腐蚀产物后的清洁表面或未使用过的新材料块作对比。4.1.2如果金属试样暴露在未知环境中，腐蚀产物的成分对确定腐蚀原因可能是有价值的。宜按照所推荐的清除微粒状腐蚀产物的程序进行处理，宜将清除掉的这些产物保存起来以便将来识别。4.1.3为了充分暴露蚀坑，宜使用清洗程序来清除腐蚀产物。对于轻微附着的腐蚀产物，仅需用水冲洗后再进行轻微的机械清洗。对于附着性较强的产物，则需要化学清洗。ISO8407[1]提供了一系列的化学清洗工艺。为确保避免对母材的腐蚀，宜先进行预先试验。4.2蚀坑尺寸和形状的光学显微镜观察4.2.1观察清洗后的金属表面，确定蚀坑的大致尺寸和分布。然后使用低放大倍数(约为20倍)的显微镜进行更详细的观察。蚀坑可能有各种尺寸和形状。对金属表面的目视检查可以观察到一个圆形、细长或不规则的开口，但很少能准确地观察表面下蚀坑的腐蚀程度。因此，通常需要对蚀坑进行横截面分析，以确定其实际形状。图1显示了蚀坑的几种常见横截面形状。2GB/T18590-XXXX(a)窄深型(b)椭圆型(f)显微组织取向(横向)型(c)宽浅型(g)显微组织取向(纵向)型(d)亚表面型图1不同横截面形状的蚀坑4.2.2用显微镜统计蚀坑数目以确定蚀坑密度是很困难的。但是借助塑料网格会使其变得较容易。将带有3mm2~6mm2的网格覆盖在金属表面上，统计和记录每单位面积的蚀坑数。然后依次移动网格直到所有表面都被覆盖。这种方法减少用眼疲劳，因为这样观察视场可以不必担心错过有意义的部位。放大有意义的部位也可以减小用眼强度。另一种方法是将试样安装在x-y台架上，测量蚀坑的数量和空间分布。当与光学深度测量相结合时，在适用的情况下，可以确定蚀坑的数量、深度和空间分布。4.2.3先进的光学显微镜技术，如无限聚焦显微镜和共聚焦激光显微镜，在光学观测受限条件下，可用于获得蚀坑表面的三维图像[图1a)到c)最合适，但不适用于底切型]。这样的测量可以用来观察表面特征和量化表面粗糙度、蚀坑深度和表面轮廓等。4.2.4进行金相观察，要选择截取具有代表性的含蚀坑的金属表面来制备金相试样。如果沿横截面观察腐蚀产物，在截取前，有必要对该表面用镶样化合物固定。显微观查可以确定蚀坑与夹杂或微观组织是否有关，或者判断这些孔洞是真正的蚀坑还是由晶间腐蚀或脱合金腐蚀等造成的金属损失。4.3原位非破坏性检查4.3.1总则许多技术已经发展到可以不必破坏材料就能探测金属表面的裂纹或孔洞（见文献[2]）。相对前面所提的那些方法，这些方法在定位和确定蚀坑的形状方面虽然效果欠佳，但由于经常用于原位测量，因而更适用于现场。4.3.2射线照相法3如X射线之类的辐射可以穿透物体。透过的射线密度随材料厚度的变化而变化。缺陷如果能引起X射线吸收的变化，就可以被检测到。探测器或胶片可用于提供内部缺陷的形貌。金属厚度的检测主要取决于有效能量的输出。蚀坑必须大到要检测的金属厚度的0.5%，并且宜注意确保蚀坑不会与先前存在的孔洞混淆。4.3.3电磁法4.3.3.1涡流可以用于探测导电材料在结构上的缺陷和不规则性。当试样暴露在一个由通交流电的线圈产生的变化磁场之中时，涡流在试样中产生，同时反过来它自身也会产生一个磁场。有缺陷的材料产生的磁场不同于作为参照物的无缺陷材料产生的磁场，需要合适的探测仪器来确定这些差别。4.3.3.2铁磁材料的磁感应是可采用的另一种方法。在磁场横截面方向上的不连续点导致该部位表面上形成一个漏磁场。将铁磁粉放在材料表面以探测漏磁场并且显现不连续点的大小和形状。用此方法可以探测到非常小的缺陷。但是，该方法受缺陷相对磁场的方向性要求、材料可能需退磁以及受检构件的有限形状的限制。4.3.4超声波法利用超声波，通过如油或水的耦合剂把声音能量的脉冲传到金属表面，在那里产生波，反射回来的声波转化为电信号，通过解释电信号可以显现缺陷或蚀坑的位置。接触和浸泡两种方法均可采用，可应用各种技术。宜从无蚀坑表面开始检测。蚀坑形貌、选用的超声波技术、探头和探伤仪的性能对该检测有影响。能建立关于缺陷尺寸和位置的信息。但是，宜对该技术表征蚀坑的能力进行评估，制定用于比较的参考标准。宜对操作人员进行技术应用和结果解释方面的培训。4.3.5渗透法表面开口的缺陷可以通过渗液来探测。在除去多余的渗液后，缺陷里的渗液会渗出表面，通过喷淋一种能与渗液中的染色剂起反应的显影液来对缺陷定位；或者渗液中含有荧光材料，在紫外线下显现缺陷。缺陷的大小可以通过颜色的强度或渗液渗出速率来表征。此方法只能提供蚀坑大致的深度和尺寸信息。4.3.6复形法在表面用一种材料对点蚀表面的蚀坑进行复形，而且这种材料可以在不破坏它自身形貌的条件下从表面剥离下来，可以得到与蚀坑表面一致的形貌。但这种方法不适用于亚表面型和底切型的蚀坑。被剥离下来的材料包含对原始表面的复形，在某些情况下使得分析比在原始表面上更容易进行。复形法特别适用于分析非常小的蚀坑。4.4非原位观察技术4.4.1总则几种非原位的精密技术可用于观察金属样品中蚀坑的大小、形状和分布。其应用涉及将试样运送到实验室或专用分析设施。其中一些技术在4.4.2到4.4.5中进行描述。4.4.2扫描电子显微法4GB/T18590-XXXX扫描电子显微镜(SEM)可以用来获得包含形貌和相位衬度信息的图像。它是获取表面蚀坑图像的一种非常有用的技术，可以用来确定蚀坑的尺寸及其与金属微观组织结构中不同相之间的关系。结合电子色散X射线能谱(EDS)和波长色散X射线能谱(WDS)，可以确定蚀坑内各种腐蚀产物的元素组成和分布。然而对于较深的蚀坑中和在蚀坑口发生亚表面底切的地方，电子发射会被屏蔽而无法被探测器接受，这会限制该技术用于蚀坑形态成像的有效性。4.4.3X射线计算机断层扫描法X射线计算机断层扫描(CT)是一种非破坏性的技术，结合重构软件，可实现蚀坑三维成像。这些图像是通过使用高强度X射线源透射对样品中层片取样来构建的，可以是常规实验室的X射线管，也可以是同步加速器X射线源。由于X射线的衰减，试样的厚度将受到限制。可以要求进行平行于表面的切片以减少厚度。该技术是复杂形状蚀坑三维成像的有力工具。4.4.4图像法图像法是一种通过使用诸如光学显微镜或X射线计算机断层扫描，对图像进行后处理以提取定量信息的测量技术。该技术可用于图像分析或后处理的自动化，以减少时间和成本。它还允许分析更多的图像，从而提高测量的统计可靠性。图像分析可以使显微照片得到快速处理，并能产生比手工方法更准确、统计上更可靠的数据。4.4.5轮廓法轮廓法用于测量样品的物理表面几何形状或形貌。它可分为“接触型”或“非接触型”。接触轮廓测量法是将已知针尖尺寸的触头与样品表面接触，然后在样品表面进行扫描。当触针接触到表面的高点和低点时，触针尖的位移被监测记录为其位置的函数。从这些数据中，可以测量到诸如粗糙度的表面物理特征，和诸如点蚀的任何感兴趣的特征，都可以进行识别和量化。非接触方法记录同样类型的信息，尽管它们通常使用基于激光的光学方法，如无限聚焦显微镜，而且不需要与样品表面直接物理接触。这些技术通过积累在不同的光学焦平面的图像得出3D表面轮廓，以及通过白光干涉法，即对比光从样品表面反射和光从参考镜反射的光之间的相位差，可能记录到表面形态路径长度差异而得出3D表面轮廓。共聚焦激光显微镜也能提供类似的信息。这些技术的缺点是它们只描述了它们能从光学上探测到的东西，主要适用于如图1（a）到图1（c）的蚀坑类型(也参见4.2.3)。5.点蚀程度5.1失重除非均匀腐蚀很轻微而点蚀又相当严重时，一般不推荐用失重法测量点蚀程度。如果均匀腐蚀明显，则点蚀对金属的失重影响很小，不能通过失重法准确地评定点蚀损伤。在任何情况下，失重仅能提供由于点蚀造成的总的金属损失，但不能提供蚀坑密度和深度的信息。但在任何情况下都不宜忽略失重，因为它可能很有价值。比如，失重结合点蚀表面的观察就足以在实验室测试中评估合金的耐点蚀性能。失重也可能有助于探测表面下存在的金属损失。55.2点蚀坑深度测量5.2.1金相法可以通过将预先选好的蚀坑垂直剖开，用金相法镶嵌横截面，然后抛光表面进行测量以确定蚀坑深度。一种更好的或可代替的方法是从稍偏离蚀坑的位置截开，然后慢慢地磨至蚀坑出现的截面上。横截蚀坑是很难的，而且可能错过最深的部分。蚀坑的深度需要用带已校准目镜的显微镜在平整抛光的表面上测量。此方法非常精确，但它要求对蚀坑的选择上要有良好的操作技巧和判断力，以及良好的横截蚀坑的技术。其局限性在于耗费时间、未能选到最深的蚀坑、截面的位置可能不是蚀坑的最深位置。这种技术还会导致试样的破坏。5.2.2机械加工法注：见文献[3-4]5.2.2.1这种方法要求样品有基本规则的形状，而且通常要破坏试样。测量试样没有受均匀腐蚀影响的两个面之间的厚度。选择试样一侧表面相对未受影响的部分，然后安装在精密车床、磨床或铣床上对有蚀坑的另一面进行机加工，直到除去所有的腐蚀痕迹。较软的金属可能由于变形而遇到困难，蚀坑可能会被抹除。夹杂也同样可以从金属中去除掉而干扰检查。测量试样两个未受影响的表面之间的厚度，并从原始厚度中减去即可得到最大蚀坑深度。在未加工表面上重复上述过程，直到第一面加工完后厚度已经减少50%或更多。5.2.2.2这种方法同样适用于测定样品中蚀坑深度的分布。记下可见的蚀坑数，然后磨去已测量过的表面（每一步去除的材料量将决定蚀坑深度的不确定度）。继续这一过程，记下每一个蚀坑被加工到不再可见时所移除材料的深度。坑的深度将介于最后一次观察到坑的深度和不再观察到坑的材料深度之间。5.2.3测微计或测深规测量法5.2.3.1这种方法是利用一个探针连接到千分尺或校准过的深度计，来穿透蚀坑孔洞进行测量。先要彻底除去蚀坑周围的腐蚀产物或堆积物，将仪器在蚀坑口边缘的未受影响区域进行调零。将针插入蚀坑内直到触到底部。针伸入的距离就是蚀坑的深度。最好使用恒张力的仪器，以最大程度减少对蚀坑底部金属的穿透。如果将立体显微镜与该技术结合使用，效果会更好，因为被放大的蚀坑可以确保针尖在蚀坑的底部。这种方法局限于蚀坑的开口要足够大以便针伸入时不受阻碍。这种方法不适用于测量那些底切型的蚀坑或有很强的方向性的蚀坑。5.2.3.2该类方法中还有一种是将探针连接到球径仪上，并通过微安计和电池连接到试样上（见文献[4-5]）。当探头接触到蚀坑的底部时，构成一个电流回路，探头的移动距离就是蚀坑深度的测量。这种方法仅局限于形状非常规则的蚀坑，因为探头碰到蚀坑的边缘或导电性的堆积物时会给出错误的读数。5.2.4显微法5.2.4.1这种方法在蚀坑非常狭窄或说仪器的探头很难伸入蚀坑内的情况下特别有价值。只要光在蚀坑底可以聚焦，就可采用这种方法。该法不适用于图l（e）中的情况。5.2.4.2采用放大范围为50-500倍带校准过的微调旋钮（例如1分度＝0.001mm）的金相显微镜。如果没有微调旋钮，可以将一个千分表安装在显微镜上，以显示载物台相对于显微镜主体的运动。5.2.4.3将金属表面的单个蚀坑放在低倍（50倍）物镜正中，增加物镜的倍数直到蚀坑面积占有视野的大部分，在蚀坑的边缘先粗调后微调进行聚焦，记录最初微调旋钮的读数，用微调旋钮在蚀坑底聚焦，记录6GB/T18590-XXXX旋钮读数。微调旋钮最初读数与最后读数的差值就是蚀坑的深度。5.2.4.4对每个坑重复5.2.4.3步骤以确定坑深分布。另外，许多现代仪器都配备了将光学显微镜图像进行坑深自动化测量的软件。5.2.4.5从这种技术衍生的一种方法是使用干涉显微镜。一束光被一分为二，一部分投射到试样，另一部分投射到参照镜的表面。从这两个表面反射回来的光线重新组合形成干涉条纹，提供了试样表面的形貌图。这些条纹可以用来测量金属表面垂直方向上的偏差。但是，这种方法局限于深度小于25μm的较浅蚀坑，因为条纹数增加到一定程度会使计数变得困难。6点蚀的评定6.1总则有几种方法可以阐述蚀坑，给出一个定量的表达式来表示它的重要性或用来预测一种材料的寿命。在这章中将阐述一些较常用的方法，通常单独采用任何一种方法均是不够的。6.2标准图表法注：见文献[4]6.2.1根据标准图表按照密度、尺寸和深度来对蚀坑评级，如图2所示。A列和B列与金属表面的点蚀程度相关（即A列是用每单位面积的点蚀数来评级的方法，而B列以显示这些点的平均尺寸来评级）。C列按破坏程度或平均深度来评级。一个典型评级A-3、B-2、C-3代表蚀坑的密度为5×104个／m2、平均蚀坑开口为2.0mm2、平均蚀坑深度为1.6mm。6.2.2这种方法为擅长运用图表交流的人们提供了一种有效方法，而且是一种与其他试验结果作比较的储存数据的简单方法。然而，测量所有蚀坑是烦琐且费时的，且有时所用时间并不有效，因为最大值（如蚀坑深度）往往比平均值更有意义。标引序号说明：ABC密度尺寸深度12.5×103m-20.5mm20.4mm21×104m-22.0mm20.8mm35×104m-28.0mm21.6mm41×105m-212.5mm23.2mm55×105m-224.5mm26.4mm图2蚀坑的标准评级图8GB/T18590-XXXX6.3金属穿透法6.3.1测量最深的蚀坑并根据蚀坑的最大深度或十个最深蚀坑的平均深度，或最好是两者兼用，来表示金属穿透。当金属与封装气体或液体相关，孔洞会导致流体的损失时，这种方法尤其重要。6.3.2金属穿透也可以用点蚀因子F来表示。它是最深金属穿透值Dmax与失重确定的平均金属穿透值Dav的比值，如式（1）所示：.........................................................................（1）点蚀因子为1表示均匀腐蚀，该值越大则穿透深度越大。点蚀因子不适用于点蚀或均匀腐蚀很小的情况，因为当分子或分母中任意一个趋近于零时，可能会得到零或无限大。6.4统计法6.4.1本文件简要地讨论统计在腐蚀数据分析中的运用，以表明统计学在点蚀数据评定方面是有意义的。更详细的资料信息见文献[6-9]。6.4.2点蚀在金属表面发生的机率取决于一系列因素，如金属的点蚀倾向、溶液的腐蚀性、试样的面积和暴露的时间。点蚀机率试验可以确定金属对点蚀的敏感性，但不能提供关于点蚀扩展速率的信息（见文献[10]），而且这些结果仅仅适用于所暴露的条件。点蚀机率P是以一定数量的试样暴露在特定的条件下，发生点蚀的试样的百分比来表示，如式（2）所示：×100%（2）......................................................................式中Nρ为发生点蚀的试样数，N为试样总数，见文献[11-12]6.4.3蚀坑深度与面积或暴露时间的关系会随环境、所暴露的金属及其他变量发生改变。在6.4.4和6.4.5中所列举的关系式为特定暴露条件的例子。6.4.4公式（3）是关于一段钢管在土壤中的最大点蚀深度D与面积A之间的关系。D=bAa......................................................................（3）式中a和b是由直线的斜率和y轴截距推导而来的常数，它们是将管道上连续增加面积上的平均坑深的对数与相应面积的对数绘制成坐标图得出来的，见文献[13-15]与面积的相关性是由于随着腐蚀面积的增加，点蚀样本的尺寸也发生变化，从而增加了发现最大点蚀深度的机会。6.4.5已发现铝暴露于各种水溶液中的最大点蚀深度D是随时间的立方根发生变化，如式（4）所示：D=Kt..............................................................................（4）式中K是水溶液成分与合金之间函数关系中的常数，见文献[11]和[16]。已发现这种关系式适用于几种铝合金暴露在不同水溶液中的情况。在不锈钢暴露于大气中的情况下，发现最大坑深D与暴露时间t的关系式如(5)所示：D=ctm 式中m和c为常数。常数m与大气的腐蚀程度有关，腐蚀程度随空气中氯浓度的增加而增大。通过多元回归分析，得到了9常数c与合金元素含量之间的关系，这为预测不同级别不锈钢的最大坑深提供了可能性，见文献[6]蚀坑生长速率可由式(4)或式(5)求导来确定。6.4.6极值概率统计学（见文献[7，17]）已经成功地用于根据小面积上得到的最大蚀坑深度，来估计大面积上的最大蚀坑深度（见文献[4，11，16]）。其步骤是先测量点腐蚀后的试样，然后将蚀坑深度按递增方式排列。每一个等级的标定通过以下关系式进行，M/(N+1)，M是等级数，N是试样的总个数。例如，将要标定的位置是十个数值中的第二个数值，2/(10+1)=0.1818。这些值被标定在极值概率的纵坐标上与它们各自的最大蚀坑深度构成坐标平面。如果是一条直线表明极值统计学适用。直线的外推法可以用来确定某一特定深度蚀坑发生的可能性，或者用于确定发现某一特定蚀坑深度所需观察的试样数。6.5力学性能的损失如果点蚀是腐蚀的主要形式而且蚀坑的密度相对较高，用力学性能的变化来评估点蚀程度可能是有利的。用于此目的的典型的力学性能指标是强度、伸长率、疲劳强度、冲击功和破裂压力。6.5.1在大多数标准方法中都提到，在应用这些力学性能试验程序时必须采取防护。必须强调的是，不论对经过腐蚀的还是未经腐蚀的试样都要尽可能地用同样条件的试样。因此，应考虑试样的边缘效应、轧制方向和表面状况等等。6.5.2在除了腐蚀环境以外其他条件均相同的条件下，对有代表性的金属试样进行试验。测量已腐蚀试样和未腐蚀试样的力学性能。两者结果的差别就是由于腐蚀引起的。6.5.3这些方法中有一部分更适用于其他局部腐蚀形式的评估，如晶间腐蚀或应力腐蚀，所以必须考虑它们之间的界限。通常，试样上发生点蚀以及蚀坑位置的离散性能影响试验结果。在一些情况下，由于点蚀引起的力学性能的变化太小以致于不能提供有意义的结果。很可能最困难的问题之一是将点蚀的影响与其他腐蚀形式的影响区分开来。7试验报告测试报告宜包含尽可能多的详细信息，至少包含以下信息：a)参考本文件，即GB/TXXXX；b)材料的成分和产品的形式，供方与产品的说明，金属的冶金处理，表面制备，在试验前或服役前的最终表面处理；c)环境条件和试验时间；d)清洗前后腐蚀表面的外观形貌；e)腐蚀产物及其分布的识别；f)蚀坑的特征，包括尺寸、形状、密度、分布的均匀性、深度（平均深度和最大深度）、以及蚀坑与显微组织、面、边、缝隙等的相对位置；g)用于表征蚀坑的方法；h)蚀坑的生长速率（若有）；i)腐蚀导致的力学性能变化和所用的测定方法；j)统计学信息；k)试验日期。GB/T18590-XXXX8附加信息关于点蚀现象的一般性教材见参考文献[18]。关于点蚀评价更加详细的信息见参考文献列出的系列文献。参考文献[1].ISO8407，Corrosionofmetalsandalloys—Removalofcorrosionproductsfromcorrosiontestspecimens[2].AmericanSocietyforNondestructiveTesting，Inc.(ASNT).NondestructiveTestingHandbook.ThirdEdition，Volumes1–10.ASNT[3].BengoughG.D.，WormwellF.SpecialReportforCorrosionCommittee.IronandSteelInstitute.1935，3，pp.168[4].ChampionF.A.CorrosionTestingProcedures.2nded.JohnWiley&Sons，NewYork，NY，1965，pp.205[5].ThornhillR.S.JournaloftheIronandSteelInstitute.1942，146，pp.90P[6].MutoI.，SatoE.，ItoS.，KihiraH.PittingCorrosionBehaviorofStainlessSteelsinAtmosphericEnvironments.ProceedingsofInternationalSymposiumonPlantAgingandLifePredictionsofCorrodibleStructures.(ed.ShojiT.，ShibataT.).NACEInternational，Houston，TX，1995，pp.153[7].GumbelE.G.StatisticsofExtremes.ColumbiaUniversityPress，1966[8].LaycockN.，LaycockP.，ScarfP.，KrouseD.ApplicationsofStatisticalAnalysisTechniquesinCorrosionExperimentation，Testing，InspectionandMonitoring.In：RichardsonT.J.A.，CottisB，LindsayR.，LyonS.，ScantleburyD.J.D.，StottH.，GrahamM.Shreir’sCorrosion.Fourthedition，Volume2.Elsevier，2010，pp.1547–80[9].ISO14802，Corrosionofmetalsandalloys—Guidelinesforapplyingstatisticstoanalysisofcorrosiond