金属和合金的腐蚀 金属和合金深海腐蚀试验导则 征求意见稿

2GB/TXXXX-XXXX/ISO23226:2020金属和合金的腐蚀金属和合金深海腐蚀试验导则本文件规定了金属和合金在深海环境中进行海水暴露腐蚀试验的方法导则，包括试验场的选择、试验系统的部件和总成、试样制备、试验程序、试样回收后的处理与评价以及试验报告。本文件适用于金属和合金在深海环境中的一般腐蚀试验和局部腐蚀试验，如应力腐蚀开裂、电偶腐蚀、缝隙腐蚀试验等。其他材料如复合材料、橡胶等在深海中的暴露试验也可以参照本导则进行，但试样回收后的评价方法与金属和合金不同。本文件不包括实际深海环境中牺牲阳极的性能测试，其可采用特殊的测试单元和设备来进行深海暴露试验。然而，本导则仍可对开展牺牲阳极的深海性能测试提供有益的参考。2.规范性引用文件下列文件中的内容通过文中的规范性引用而构成本文件必不可少的条款。其中，注日期的引用文件，仅该日期对应的版本适用于本文件；不注日期的引用文件，其最新版本（包括所有的修改单）适用于本文件。GB/T10123金属和合金的腐蚀术语3.术语和定义GB/T10123以及下列术语和定义适用于本文件。3.1深海deep-seawater指水深在约200米至数千米之间的海水区带。注：深海具有与表层海水差异较大的腐蚀性环境参数，如海水的温度、盐度、溶解氧含量、微生物和生物污损情况等。3.2试验场testsite开展深海暴露腐蚀试验的地点。3.3服役环境serviceenvironment需要获取腐蚀数据的环境。3.4试样框架testrack容纳样品或样品模块的结构框架。3GB/TXXXX-XXXX/ISO23226:20204.试验场的选择深海暴露腐蚀试验场的选择十分重要，因为不同试验场的环境可能存在很大差异。选定的试验场应适于开展深海试验。一般来说，试验场的选择应满足下列要求：a)试验场的环境参数应能代表服役环境。b)试验场海床一般应平坦，应无突出的海底岩石或深坑，且坡度应小于3%。海底的沉积物应当稳定。c)试验场应选在开阔的水域，海水可以自由流动，而不被阻塞在海底山谷或盆地中。d)试验场应选在试验装置不会因船舶航行、拖网捕捞或其他可预见的海上活动而损坏的地方。同样，放置在试验场水域的试验装置也不应影响船舶航行和拖网捕捞等可预见的海上活动的安全。e)试验场的选择应考虑相关法规要求。在开展任何作业之前，应对环境影响和安全风险进行评估。5.试验装置和部件5.1试验装置5.1.1试验装置应至少包含以下功能：a)在深海中能可靠地承载试样；b)能采集试验场与腐蚀相关的关键环境参数；c)能对深海中的试验装置进行定位；d)在试验结束后能回收试验装置。5.1.2试验装置主要由以下部分组成：a)浮体；b)缆绳；c)试样框架；d)释放系统；e)环境参数采集和存储设备；f)水面和水下定位设备；g)锚定系统。5.1.3试验装置的典型总成如图1所示。试验装置可只有一个试样框架，或者将多个试样框架布放在试验装置的不同高度上。这种有多个试样框架的试验装置比只有一个试样框架的试验装置更长、更复杂。5.1.4应精心设计试验装置，使其具有较高的可靠性和安全性，并易于投放和回收。试验装置在深海中应采用锚定系统来固定。试样框架在装置中的位置应根据预定的试样暴露水深来确定。试样框架的尺寸应能容纳所有试样，且保证试样互不干扰。应基于整套试验装置的总重量来设计浮体，以便当试验装置从锚定系统释放时，能提供足够的浮力使其浮至水面。装置应由具有相应资质的人员进行设计。5.1.5最终用户（和有资质的专业人员）负责试验装置的组装、布放和回收。试验装置组装完成后应进行检查。5.2试样框架5.2.1试样框架可采用性能经深海环境验证过的耐蚀材料制造。而当采用碳钢来制造试样框架时，需用涂层和牺牲阳极阴极保护来防止腐蚀，并应合理设计以避免对试样产生干扰。5.2.2试样框架应具有长期深海服役的结构稳定性。试样框架应可适用于要投放的特殊类型的试样。4GB/TXXXX-XXXX/ISO23226:2020适用的各种类型的试样可参见6.1。说明：1—顶部浮体；7—释放系统；2—缆绳；8—释放系统和锚定系统间的连接件；3—环境参数采集和存储设备；9、10—锚定系统；4—缆绳；A—上部试样框架；5—浮体；B—中部试样框架；6—底部浮体；C—下部试样框架。图1典型深海腐蚀试验装置总成示意图5.3其他部件和设备5.3.1环境监测设备环境参数监测设备应固定在试样框架上或靠近试样框架处，所采集的环境因素数据能够代表试样所处的环境条件。可采用市售的设备来测量试验装置在整个试验期间所处位置的环境参数，如海水的溶氧量、温度、电导率、静水压力、海流速度、pH值等。还可以根据试验要求安装用于测量其他参数如SO2和H2S浓度的传感器。设备应耐压、低能耗，可自动存储采集的数据，以便在设备回收后读取。5.3.2释放系统可控的释放系统基于安装在试验装置上的释放器来实现功能，它可以接收来自水面作业船上设备发出的信号。当收到释放命令后，释放系统自动将试样框架和浮体与海底锚定系统分离，浮体牵引试样框架和设备浮至水面。建议采用两个释放器并联的组装方式以提高回收的可靠性。5GB/TXXXX-XXXX/ISO23226:20205.3.3水面定位单元可以在试验装置上安装水面定位设备（如无线电信标），以便当试样框架和设备从锚定系统中释放返回水面后，对其进行定位。5.3.4水下定位单元应当在试验装置上安装水下定位设备（如声呐），以便实现试验装置的现场水下定位。释放系统通常配有声呐。5.3.5浮体浮体应适用于服役环境。市售的玻璃浮球或在塑料基材中嵌入微球构成的复合泡沫体（浮力材料）可用于深海试验。采用塑料罩保护玻璃浮球，以防止机械损伤。5.3.6连接附件连接附件如卸扣、转环、紧固件等应耐深海环境腐蚀，可采用耐蚀材料制造，如钛及其合金。需注意避免连接部位的电偶腐蚀。5.3.7缆绳缆绳应能承受试验装置布放、暴露、回收期间的静载荷和动载荷。使用前应仔细检查，若发现缆绳存在缺陷或破损须立即停用。通常，试验装置采用适当尺寸的高模量合成纤维绳。5.3.8电池安装在试验装置上的仪器和释放器由内置电池供电。电池应具有足够电容量以便在深海暴露试验期间执行要求的操作。5.3.9锚定系统锚定系统用于将试验装置固定在试验地点。可以采用锚或重块（如混凝土块）。锚定系统的重量应适当，并在设计试验装置时予以充分考虑。试验结束时，锚定系统通常留在海床上。6.试样6.1试样的制备6.1.1对于暴露试验用平板试样，推荐尺寸为100mm×200mm。为了避免在试验过程中发生腐蚀穿孔，试样应具有足够的厚度。根据材质和试验周期，试样厚度一般为2mm~6mm。根据实际试验要求，也可以采取其他规格的试样。对于特殊形状的试样，比如螺栓、螺母和管子，应按用户要求或相关标准来制备。当考虑焊接对腐蚀的影响时，应使用焊接试样。6.1.2试样应采用机械加工的方法制备。加工时应当注意避免试样表面过热和不必要的冷加工。试样表面光洁度应与最终使用者的要求一致。试样表面状态应满足试验要求并记录粗糙度，如Ra。通常，试样应进行精磨以获得均一的表面。如果表面残留有蚀坑或凹陷等缺陷，则应在试验开始前进行检查和记录，以免在试验完成时与试验中产生的腐蚀混淆。表面上的油脂和污垢应采用适当的方法清洗。试样制备方法与GB/T5776中规定的表层海水暴露试验用试样制备方法相同。6.1.3在整个试验期间，试样应做好标识。标记方法不应影响试样的腐蚀试验。可使用钻孔、缺口、标签或打码的方式进行标识。在整个试验过程中，标识应清晰可辨，不会因腐蚀或其他因素而消失。6.1.4对于评价局部腐蚀的试验，应使用特定形状规格的试样。现场开展的应力腐蚀开裂试验、电6GB/TXXXX-XXXX/ISO23226:2020偶腐蚀试验和缝隙腐蚀试验的试样要求应遵照GB/T15970.2、GB/T15970.3、GB/T15970.5、GB/T15970.8、GB/T40314、ASTMG71、ASTMG78,以及其他相关标准的指引。电偶腐蚀采用特定设备进行测试，该设备可以将一个试样与另一个试样通过电接触而偶合。但需要注意的是，耦合试样的面积比对电偶腐蚀有很大的影响。对于深海现场暴露的应力腐蚀开裂试验，可以采用弯梁试样、U型弯曲试样、C型环试样。6.1.5试样的数量应根据腐蚀试验的类型、试验材料或具体标准的要求确定。通常，平行试样不应少于3个以保证得到可靠的试验结果。6.1.6应以所需的精度称量试样，以确定试验后的质量损失。通常，试样的质量应精确到±1mg。对于试样尺寸的测量，通常长度和宽度应精确到0.05mm，厚度应精确到0.02mm。6.1.7在某些情况下，要使用对比试样。例如，通过对未偶联的对比试样进行试验，获得单一金属或合金的腐蚀速率，来表征电偶腐蚀效应。可通过对无应力或应变的对比试样进行暴露试验，来评价应力对材料腐蚀性能的影响。6.1.8应保存暴露试验前对试样的检查和测量记录。记录内容应包括试验材料，每个试样的尺寸、质量和外观。由此可确定试样经深海暴露试验后的外观变化和腐蚀损失。6.2试样的安装6.2.1为了便于运输和安装，建议将试样固定在单元模块中。在试验装置布放之前将单元模块安装到试样框架中。对于特定试验中特殊形状的试样或特殊安装结构的试样，有必要设计一种合适的方法将其固定在试样框架中。6.2.2试样应由绝缘套管隔离，避免相互之间或与试样框架之间产生电接触。绝缘套管可由尼龙、聚四氟乙烯（PTFE）或其他合适的材料制成。6.2.3安装好的试样间留有适当间距对试验来说是很重要的。试件表面之间最好有足够的空间，以保证有充足的海水流过，并确保累积的污损生物和腐蚀产物不会因长时间暴露而堵塞该空间。试件表面之间的距离一般为20mm~50mm。平板试样可按照图2所示的方式串联固定。说明：1—试样；2—绝缘套管；3—试样固定杆。图2安装在两平行试样固定杆上的平板试样7GB/TXXXX-XXXX/ISO23226:20206.2.4安装好的试样应垂直放置在悬浮的试样框架中，并能受到海水的充分作用，由此可将试样表面的淤泥和杂质的沉积减至最低程度。试样框架中的试样之间应无电接触。6.2.5应该注意的是，试样腐蚀产生的金属离子会对附近的其他试样造成影响。例如，从铜合金试样中释放出的铜离子会通过铜沉积在铝表面而加速附近铝试样的腐蚀。因此，铜试样应尽可能远离试样框架中的铝试样。如有必要，应采取防护措施。6.2.6应制作试样框架图表，注明所有试样的位置和暴露试验数据。6.3试样的包装和运输6.3.1应小心处理试样，以避免在包装和运输至试验场的过程中造成损坏或污染。6.3.2应在运输和储存过程中避免潮湿空气、飞溅海水和其它腐蚀性介质对试样的影响。在不改变试样表面状态的前提下，应对试样采取适当的保护措施。例如，用塑料膜包裹试样和单元模块，以防止大气和飞溅海水造成的腐蚀。同时，可在单元模块中放置干燥剂除湿。7.试验程序7.1到达试验场后，应检查所有部件和设备，确保其处于良好状态，无机械损伤和故障。然后将所有部件和设备装配成一套完整的试验装置，并再次仔细检查试验装置，特别是连接部件和接头处。测量海水参数的设备应设置在所需的数据采集频率下工作。拆除试样表面的覆盖物。在试验装置布放之前不能遗留任何问题。7.2使用作业船上的吊机将试验装置布放到海中。使用安装在试验装置上的定位设备和作业船上的信号发射器来监控装置的深度和状态。当试验装置落至海床上时，应确定试样框架的最终深度和位置。7.3深海试验的建议周期为0.5年、1年和2年。对于应力腐蚀开裂试验，可适当缩短暴露时间。由于试验受海况和天气的影响较大，因此可以根据实际情况调整周期。由于释放器和其他设备一般由电池供电，因此试验周期应在电池的寿命范围内。7.4当达到计划的试验周期时，终止试验。如果在试验期间进行的检测显示回收系统的电能消耗过快，则应在计划时间之前终止试验。7.5回收操作通常是通过向释放系统发送信号来触发的，从而使装置组件与锚定系统分离。浮体将装置组件提升到水面。这一过程可能需要一些时间，这取决于布放的深度和装置组件的浮力。7.6搜索漂浮在海上的装置组件，并打捞回收试样框架、设备和其他部件。试样或单元模块应浸泡在淡水中清洗，并自然干燥。应注意避免破坏腐蚀试样的表面状态。拆卸和检查装置部件。对下次可再次使用的连接件、缆绳、浮体、释放系统和其他设备，应进行清洁和存放。最终用户应有可溯源的清洁程序，可决定这些部件和设备如何处置，或者在允许重复使用的条件下（如果在长期暴露期间没有损坏）存放在何处。7.7试样框架，包括试样，应在受控条件下储存，直到实验室分析时为止，以防止进一步腐蚀。对于不同的材料，可采用不同的存储条件。强烈建议将试样储存在干燥/惰性环境中，直到对其进行实验室检测，并在运输过程中，尽可能减少深海试验后任何可能影响数据可靠性和试样表面状况的大气暴露效应。在任何情况下，都不应将其存放在靠近大海的露天环境或滨海大气环境中。8.试样评价8.1使用摄像机或照相机记录试样框架和试样的外观和状态。8.2如果试样表面有生物污损，需利用塑料或木制刮刀刮去污损生物，但不要划伤下面的基体。8GB/TXXXX-XXXX/ISO23226:20208.3参照GB/T16545推荐的方法清除腐蚀产物。称量试样质量至适宜的精度。对于某些试验，需要预留腐蚀产物进行实验室评价与分析。可对清除腐蚀产物前后的试样进行拍照记录。8.4对于质量损失评价试样，需要确定每个试样在深海暴露前和深海暴露后的质量。利用这些数据可计算每个试样的腐蚀速率。8.5在某些情况下，质量损失测量数据可能没有意义或无法得到。例如，发生点蚀和缝隙腐蚀等局部腐蚀的试样质量损失很低，其结果可能会产生误导。在这种情况下，试样腐蚀的评价必须采用可视化评估、厚度损失测量或其他技术。8.6对于点蚀试样，可根据GB/T18590进行评估。其他技术，如轮廓术也可以用于点蚀测量。对于缝隙腐蚀试样，可对腐蚀深度进行测量，并详细描述腐蚀形貌，特别是边缘和表面的变化。此外，还可以通过拉伸试验测量，以比较暴露试样和未暴露的对比样品之间的差别。为了确定脱合金成分腐蚀深度，有必要对试样横截面进行金相检查。8.7对于电偶腐蚀试验，应将耦合试样的腐蚀行为与未耦合的对比试样进行比较。电偶腐蚀加速因子可以通过耦合试样与对比试样腐蚀速率的比值来确定，参见ASTMG71。8.8对于应力腐蚀开裂试验，采用受力试样暴露在深海中后产生裂纹所需的时间或不产生裂纹的门槛应力用来评估被试材料的抗应力腐蚀开裂性能。参照GB/T15970.2、GB/T15970.3、GB/T15970.5、GB/T15970.8，通过目测观察和金相检测来评估应力腐蚀开裂损伤。建议在相同条件下对不受力的试样进行相同时间的暴露试验，并与受力试样进行比较，从而评估应力对腐蚀的影响。9.试验报告9.1试验报告应至少包括以下信息：a)对本文件的引用，以及与试验程序的任何偏差；b)暴露试验环境条件；c)试样的详细描述；d)试样运输和回收后的储存条件；e)试验装置及其部件的检查记录；f)腐蚀评价结果。9.2暴露试验条件的详细情况，包括试验场位置、水深、日期和试验周期。现场记录的环境参数也应包括在内。9.3试样的数据，包括尺寸、表面处理、化学成分和冶金工艺等信息。应提供代表每种材料或产品的参试试样的数量。还应包括暴露前除油和暴露后清除腐蚀产物的方法。9.4试验结果以腐蚀速率来进行表述，如单位时间的腐蚀深度或暴露试验周期内的厚度损失，或绘制单位面积质量损失与暴露时间的关系图。按质量损失计算的腐蚀速率应为试件表面和边缘的平均值。9.5应记录试验过程中试样外观的任何变化，以及清除腐蚀产物前后的腐蚀形貌。如果测量了试验后试样的拉伸性能，则应参照GB/T5776报告拉伸强度的损失。9.6对于电偶腐蚀试验，应在报告中提供对比试样和耦合试样的结果。还应提供由于电偶效应引起的腐蚀速率的变化，其形式为对比试样和耦合试样之间的差异，或耦合试样的腐蚀速率除以对比试样的腐蚀速率（电偶腐蚀加速因子）。9.7对于点蚀和缝隙腐蚀，应分别按照GB/