金属腐蚀试验方法

1、2021-5-10西南石油学院储运研究所1 第一节第一节 金属腐蚀试验的任务与分类金属腐蚀试验的任务与分类 一、金属腐蚀试验的任务一、金属腐蚀试验的任务 任何一项腐蚀研究和腐蚀控制施工，不论最 终目的如何，都必然包括有腐蚀试验、检测以至 监控。归纳起来，金属腐蚀试验主要有以下几个 目的： 2021-5-10西南石油学院储运研究所2 1.作为管理生产工艺、控制产品质量的检 验性试验。如不锈钢的晶间腐蚀试验。 2.从现有的金属和合金中选择适合于在指 定腐蚀介质中使用的材料。 3.针对指定的金属/介质体系，选择合适 的缓蚀剂及最佳用量。 4.对已确定的金属/介质体系，作金属使 用寿命的估计。 5.确

2、定由于金属腐蚀对介质造成污染的可 能性和污染程度。 2021-5-10西南石油学院储运研究所3 6.在发生腐蚀事故时，查清原因和寻找解 决问题的办法。 7.选择有效的防腐蚀措施，并估计其效果 如何。 8.研制发展新型耐蚀合金。 9.对站场设备、油气预处理厂设备的腐蚀 状态进行间断的或连续的监视性检测，进而控 制腐蚀的发生和发展。 10.进行腐蚀机理与腐蚀规律的研究。 2021-5-10西南石油学院储运研究所4 金属的耐蚀性既受材料因素影响，又受介 质因素影响。此外，还受温度、系统的几何形 状和尺寸、金属与介质的相对运动以及力学因 素等的影响。这些因素的组合与变化，构成了 错综复杂的金属腐蚀条件

3、和表现形式。现实的 腐蚀与腐蚀控制的课题是相当复杂的。因此不 可能有一种通用而万能的试验方法和仪器用于 所有的试验目的。只能根据腐蚀试验的具体目 的和客观条件的可能性，选择现有的或设计新 的腐蚀试验方法、测试技术及相应的仪器装置。 2021-5-10西南石油学院储运研究所5 二、试验方法分类 基于各种各样的金属材料和复杂多变的环 境条件，相对地使试验方法和仪器装置显得复 杂繁多。通过分类，可对其有较清晰的认识。 按金属试样与环境介质的相互关系，可分为实 验室试验、现场试验和实物试验三大类。按试 验方法的性质、可分为物理的、化学的和电化 学的三种。按照试验结果，又可分为定性和定 量测量。按照研究

4、内容、试验手段或腐蚀类型， 还可作其他各种分类。 2021-5-10西南石油学院储运研究所6 第二节第二节 线路土壤腐蚀性的勘察线路土壤腐蚀性的勘察 一、土壤勘察内容一、土壤勘察内容 1.沿线土壤理化性质的勘察 主要项目有 含水量、含氧量、ph值、氧化还原电位及土壤 电阻率测定等。 2.勘察沿线主要地形地貌 主要内容包括 山丘、平地、沼泽地、河滩、水塘、水田、低 洼地带以及两种不同土壤交界地段和地形剧烈 变化地方。 2021-5-10西南石油学院储运研究所7 3.调查管道附近其它金属构筑物 电缆、水和气管线、地铁等金属构筑物的分 布情况。 4.调查沿线可能产生干扰影响的电源 有轨及无轨电车线路

5、、高压输电线及电站等” 电源情况，并说明与线路交叉情况及平行段长 度、运行电压、最大负载电流等参数。 5.可供阴极保护的电源情况。 2021-5-10西南石油学院储运研究所8 二、土壤埋化性质实验室测定二、土壤埋化性质实验室测定 主要测定含水量、氯离子含量、硫酸根、 水溶性总盐量、氧化还原电位、ph值、电极极 化曲线、阴极极化曲线及罐管电解法等。 l.含水量测定 常用烘干法。土壤所含水 分，在1052时即可除去，一般有机质在此 温度下不致分解。因此，在此温度下将土壤烘 干，就可计算出土壤的含水量。 2021-5-10西南石油学院储运研究所9 2.氧化还原电位 测定土壤氧化还原电位， 常采用甘汞

6、电极作参比电极，铂电极作指示电 极。见图6l当两支电极插入土中时，铂电极 和介质之间的界面就有电子转移，形成一个电 位差，这一差值表明了氧化还原体系传出或收 入电子的趋势，氧化还原电位则是这种趋势的 一个定量指标。 2021-5-10西南石油学院储运研究所10 图6l 氧化还原电位测定装置 l-phs-29a酸度计；2-铂电极；3-饱和油汞电极； 4-“读数”开关；5-“零点”电位器 2021-5-10西南石油学院储运研究所11 仪器测得的两极之间的电位差，经过换算后 才能得到氧化还原电位eh。计算公式为： 式中 eh7-ph=7时土壤的氧化还原电位，mv； ep被测定的两极之间的电位差，mv

7、； er饱和甘汞电极对标准氢电极的电位 ，见表6-l； eph为比较方便，一般换算成ph=7时 的电位值eh。当ph值小于或大于7 时，变化1ph单位就减少或增加60mv。 2021-5-10西南石油学院储运研究所12 表6-l 饱和甘汞电极在不同温度下的电位值相对标准氢电极 2021-5-10西南石油学院储运研究所13 3.土壤容重的测定与孔隙度的计算 土壤容 重与孔隙度的大小，是评价土壤松紧度的指标。 土壤的容重越大，孔隙度越小，其结构越紧实， 如表62所示。 表6-2 土壤松紧度与容重、孔隙度的关系 2021-5-10西南石油学院储运研究所14 a.土壤容重按下式计算： 式中 rs土壤容

8、重，g/cm3； w1容积取土器内湿土质量，g； v容积取土器的容积，cm3； w2土壤含水量，%。 b.土壤孔隙度计算： 式中 s土壤密度，一般取s =2.65g/ cm3。 2021-5-10西南石油学院储运研究所15 4.电极极化曲线测定 测定装置如图62所 示。在需要测试的土壤中放入两块形状和大小 相同、材质相同管材用钢作电极，将其上10厘 米2的面积用0号砂纸打光，其它部分及接头先 用漆酚树腊涂封，然后再用石蜡和松香（l:1） 涂封。两电极间距为5mm，在沿管道每隔2km左 右，插入地面下1020cm土壤中测试。测试方 法是借可变电阻来调节外加电流的大小，可测 出腐蚀电池在不同的外加

9、电流密度下，电极极 化趋于稳定时两极间的电位差、画出曲线如图6 3。 2021-5-10西南石油学院储运研究所16 图62 极化曲线法装置示意图 2021-5-10西南石油学院储运研究所17 图63 不同土壤中的电极极化曲线 2021-5-10西南石油学院储运研究所18 可用在同样的极化电位差情况下，不同土壤 中通过的电极电流密度值来比较判断土壤的腐 蚀性。土壤含水量为20%。电位差为500mv，电 流密度大于0.3ma/cm2时，腐蚀性严重；同样 条件下，电流密度小于0.05ma/cm2时，腐蚀性 较弱。 5.阴极极化曲线测定 这个方法也是根据电 极通过不同电流密度值来判断土壤腐蚀性，它 不

10、考虑阳极，只反映腐蚀电池的阴极过程。 2021-5-10西南石油学院储运研究所19 实验用辅助阳极为铂电极、参比电极为甘汞 电极，试验的材料是管材用钢，用o号砂纸打 光的试验面积为10cm2。试验土样取自管道沿 线，每间隔510km取样一次，约2kg。加蒸馏 水至饱和，在室温条件下测定，当阴极的电极 电位为-0.85v相对硫酸用电极）时的阴极电流 密度。测试装置如图64。 2021-5-10西南石油学院储运研究所20 图6-4 阴极化曲线测试装置 a饱和甘汞极；b一试验阴极； c-辅助阳极；p-ut-9直流高阻电位差计 2021-5-10西南石油学院储运研究所21 6.管罐电解法 取自管道沿线

11、的土壤、装在 铁罐中，试验用管经酸洗除锈、水洗、烘干衡 重，插入罐内土中，如图65。钢管接6伏电 池正极，铁笼接负极，连续通电24小时，钢管 产生电解腐蚀。取出钢管除锈、称重。计算失 重，根据失重多少，判断土壤的腐蚀性。 可利用上述各测定结果进行综合分析来划分 土壤腐蚀性等级，其综合标准见表63。 2021-5-10西南石油学院储运研究所22 图6-5 管缆电解法测试装置 l-0.5公升白铁罐；2-所研究的土壤； 3-c19的用管度；4-像皮塞；5-6伏特电他 2021-5-10西南石油学院储运研究所23 表6-3 土壤腐蚀性等级综合分类 2021-5-10西南石油学院储运研究所24 综合评价

12、指标。所谓综合评价指标，就是 选择某些对金属腐蚀影响比较严重的土壤理化 性质进行综合考虑，得出的评价指标。目前国 内外经常引用的是w贝克曼与w施文克（w.bae ckman,wschwenk）介绍的综合评价指标。这一 指标的评价方法是，先把土壤有关因素分项作 出评价，并给出评价指数，然后将这些评价指 数累计起来，再给出一个腐蚀性评价等级。见 表6-4和表6-5。 2021-5-10西南石油学院储运研究所25 表64 土壤腐蚀性的评价 2021-5-10西南石油学院储运研究所26 表65 土壤对钢铁的鹰油影响因素及评价格扭 2021-5-10西南石油学院储运研究所27 第三节第三节 管道运行腐蚀

13、状态检测管道运行腐蚀状态检测 检测目的是为了判断管道的腐蚀情况，对于估 计腐蚀严重的管段再进行挖掘检查；判断杂散电 流的来源、方向和大小；鉴定涂层、阴极保护的 效果，或为待设计的设施测取原始数据。 一、管地电位差的测量 测定管地电位差的常用仪器有高内阻的晶体 管伏特计或20000/v的万用表，量程范围0 2.ov。测量方法见图66。 2021-5-10西南石油学院储运研究所28 图6-6 管道电位测量示意图 2021-5-10西南石油学院储运研究所29 测量土壤介质一般用饱和硫酸铜电极作参比电 极。测量管地电位时，饱和硫酸铜电极放在与金属 管道垂直的地面上，以减少因土壤压降而引起的误 差。为了

14、接触良好，应先将土壤湿润后再安放电极。 要及时更换饱和硫酸铜电极，以免影响测量的准确 性。 二、管道保护电流密度的测定 在现场测定管道的保护电流，较简单的方法见 图6-7，在管道沿线取a、b、c、d四点，根据钢的 电阻率，管径、ab及cd的距离、管麦厚度计算ab管 段和cd管段的电阻rab和rcd，并用仪器加以校核。 2021-5-10西南石油学院储运研究所30 6-7 管道电流密度测定示意图 2021-5-10西南石油学院储运研究所31 然后测出所取四点的管地电位va、vb、 vc、vd，求得通过ab管段和cd管段的电流 平均值。 bc段的平均电流电 2021-5-10西南石油学院储运研究所

15、32 三、绝缘层的电阻的测定 绝缘层电阻测定有两种方法，拭布法和临 时阴极站法。拭布法是在金属管道沿线每隔 一定距离测定约1米2绝缘层面积的导电性， 它所测出的数据仅代表管道上某点的绝缘层 电阻率。用临时阴极保护站测定绝缘层电阻 率是由测量某一段管道的电流和管地电位差， 间接换算得到的，它代表某一段管道绝缘电 阻率的平均值。 2021-5-10西南石油学院储运研究所33 1.试布法 测定方法见图68，先用高岭土 糊在预先用水洗过的绝缘层表面，再将预先在 盐溶液中浸过的法兰绒拭布在高岭土上缠两三 圈，在拭布上放一特殊的压紧箍，使林布和管 道完全压紧，在拭布附近的管道上，安装一个 特殊的螺钉，其尖

16、端嵌入管道金属中，以保证 可靠的连接，使压紧箍与管道间形成电流回路。 在电路中连接电源，并接上电压表、电流表。 根据测出的电流、电压值可以计算出涂有高岭 土糊的这一块防用绝缘层的电阻及单位面积的 电阻率。 2021-5-10西南石油学院储运研究所34 图68 拭布法测量绝缘层导电性示意图 2021-5-10西南石油学院储运研究所35 图69 用临时阴极保护站测绝缘层电区 2.临时阴极保护站法 设置临时的阴极保护 站或利用已有的阴极保护站测定绝缘层电阻 的方法见图69。 2021-5-10西南石油学院储运研究所36 绝缘层的绝缘情况一般都用电导表示，故 也可写成 按前述测定管道电流的方法测出b.

17、c两处的 电流ib和ic以及管地电位eb和ic以及管地电位 eb和ec。ib-ic方为bc段落内由土壤经绝缘层 流入管道的电流，取bc段管道的平均电位为 (eb+ec)/2，则bc的绝缘层电阻为 2021-5-10西南石油学院储运研究所37 四、排流保护参数的测量 为了测定排流保护的工作参数，可采用截 面积为90mm2的连接电缆、500a的刀形开关。 500a的电流表和电压表等组成实验装置。实 验装置接通后，测量排流回路中的电流值和 排流点的管地电位差。一般每隔1020分钟 测量一次，应同时记下电流表和电压表的指 示值，测量应连续进行一昼夜。 2021-5-10西南石油学院储运研究所38 第四

18、节第四节 生产设备腐蚀监控方法生产设备腐蚀监控方法 进行监控的目的是为了掌握设备在生产过 程中的腐蚀规律，测定腐蚀速度，估计使用 寿命，预防事故发生。为了降低腐蚀速度， 以便及时调整各操作参数。 一、现场腐蚀测试方法 腐蚀测试方法很多，表66列出几种常用 的方法。 2021-5-10西南石油学院储运研究所39 表66 腐蚀测试方法 2021-5-10西南石油学院储运研究所40 二、生产装置腐蚀监控方法 常用监控方法有工业硅片、电阻探针、氢探 针、测径规、声发射和腐蚀介质、腐蚀产物分 析等。 1.电阻探针 电阻探针是利用金属试片在腐 蚀过程中截面积减小，电阻增大的基本原理制 成的一种腐蚀测定仪器

19、。 电阻探针测量时不必清除试件表面的腐蚀 产物，不需把试片的介质中取出来，因而可以 在生产过程中连续测定指定部位的腐蚀率，并 直接由仪表读出腐蚀速度。 2021-5-10西南石油学院储运研究所41 灵敏度较高，经过 5 小 时 即 可 测 出 0.1mm/a这样微小的 腐蚀速度。为了便 于由电阻计算腐蚀 率，一般采用带状 试片，如厚0.1mm、 宽1.15mm的钢带或 直径为0.lmm的钢丝。 电阻探针结构示意 图610。 图6-10电阻探针结构示意图 1-暴露的测量电极；2-电极密封；3-保护的参比 电极；4-探针密封；5-表盘指示；6-放大器 2021-5-10西南石油学院储运研究所42

20、在均匀腐蚀情况下，腐蚀深度h可按 下式计算。 对于带状试片： （6 69 9） 式中 h腐蚀深度，mm； a，b试片的原始宽度和厚度，mm； ro 试片的初始电阻值，； rx 试片腐蚀后阻值，。 2021-5-10西南石油学院储运研究所43 对于钢丝试片： 式中 rx 试片腐蚀后阻值，mm。 上两式中腐蚀深度换算为年腐蚀率： 式中 c腐蚀速度，mm/a； t试验时间，h； 87601年小时数。 2021-5-10西南石油学院储运研究所44 2.氢探针 金属在h2s溶液中腐蚀后产生 的原子氢渗入钢材内部、使钢材发生氢鼓泡、 氢脆和硫化物应力腐蚀破裂。因此，测定氢渗 入钢材的速度，可表示上述三种腐

21、蚀的趋势。 图611是氢探针简图它是利用薄壁金属 管测量氢渗透程度的仪器，探头是一个厚 0.65mm，直径10mm的薄壁碳钢管，中间插入金 属回棒以减小管内贮氢体积增加仪器灵敏度。 金属管侧面是放泄阀，金属管后端连接玻璃管 液体压力计或压力表。 2021-5-10西南石油学院储运研究所45 图611 压力型氢探针结构示意图 2021-5-10西南石油学院储运研究所46 氢探针可用于气体集输管线和贮罐。其使 用压力最高可达70mpa。测量结果用下式计算： 式中 vh单位时间、单位面积渗入钢材的氢 气体积，cm3-cm-2n-1 v由压力表读数换算后渗入氢的体积， cm3； s外壳在腐蚀介质中的暴

22、露面积，cm2； t试验时间，h。 2021-5-10西南石油学院储运研究所47 第五节第五节 线性极化测量技术线性极化测量技术 一、基本原理 1957年，stem和geary根据现代腐蚀电化学的 混合电位理论、分析了腐蚀金属电极的极化曲 线，从理论上证实：当一个可逆电极的极化电 位对可逆电位只有微小偏离时，其极化电位是 外加电流的线性函数。这种线性关系对腐蚀金 属电极也是实用的。 2021-5-10西南石油学院储运研究所48 stem-geary方程式，即线性极化方程式： 2021-5-10西南石油学院储运研究所49 二、线性极化方程式的适用条件 根据腐蚀电化学的混合电位理论，当腐蚀体 系满

23、足下列条件时，才可应用线性极化方程式。 1.腐蚀体系必须属于电化学腐蚀类型。金属 在电解质溶液，潮湿气体和土壤中的腐蚀属于 这种类型。 2.腐蚀电位并不紧靠两个局部反应中的任一 可逆反应，亦即腐蚀电位离局部阳极和局部阴 极的可逆电位较远。 2021-5-10西南石油学院储运研究所50 3.所研究的腐蚀反应是腐蚀体系中主要的 氧化还原反应。没有二次电化学反应产生。 4.整个金属同时起阴极和阳极作用，而不 是分离的阴极区和阳极区的镶嵌，即线性极 化方程式不能预示局部腐蚀速度。 5.极化电位e中不应包括介质电阻和金属 表面膜电阻引起的ir降成分。 2021-5-10西南石油学院储运研究所51 从上述

24、条件可知，当采用具有介质电阻补 偿器的恒电位仪或腐蚀速度测试仪来测量极 化电阻时，可消除介质电阻的ir降。因此， 当采用具有介质电阻补偿器的仪表，来测定 水分饱和或接近饱和的电解质溶液、大气腐 蚀和土壤腐蚀金属电极和极化电阻时，可以 根据线性极化方程式来预示金属的腐蚀速度。 2021-5-10西南石油学院储运研究所52 线性极化技术广泛应用于石油、化工、海水、 及手术移植等腐蚀问题的研究与监控。能在几分 钟内快速测出腐蚀速度，其精度大于失量法。它 能精确地测定低腐蚀速度（0.0025mm/a）如地 下金属构筑物的腐蚀研究。 2021-5-10西南石油学院储运研究所53 三、线性极化技术中的常数

25、 运用线性极化方程式时，极化电阻可以实 验测定，但还必须知道塔菲尔常数a和c， 才能由rp计算得icorr，进而根据法拉第电解 定律求得腐蚀速度。 确定常数的方法有极化曲线测定法和挂片 失重法两种常用方法。 l.极化曲线测定法 对同一腐蚀体系测定完 整的阳极和阴极极化曲线，直接从塔菲尔线 性段求得a和c。 2021-5-10西南石油学院储运研究所54 2.挂片失重法 这是一种测定总常数b的方 法(b=ac/2.3(a+c)。在试验时对工 作电极进行失重测定，由法拉第定律求得相 应的腐蚀电流icorr(a/cm2)根据同一试验周 期中测定的rp值时间间的变化，按下式计算 得积分平均极化电阻豆rp(cm2)： 2021-5-10西南石油学院储运研究所55 式中 rpn时间tn的极化电阻，； s工作电极暴露面积，cm2。 由此式可以求得总常数b（mv）： 四、金属腐蚀测试仪 近年来利用线性极化原理制造的仪器很多， 国