摘 要:采用实验室加速全浸、间浸腐蚀试验方法模拟了高锰钢在海水中的腐蚀行为,并对相同 材料进行了实海环境暴露试验。采用宏观观察、扫描电镜分析,X 射线衍射分析及金相检验等方 法,对实海环境暴露试验与实验室加速腐蚀试验结果进行了对比分析。结果表明:试样分别经实验 室加速腐蚀和实海环境暴露后,均表现为全面腐蚀+局部点腐蚀形貌;实验室加速腐蚀试验可代替 实海环境暴露试验。可采用降低试验温度和氯离子浓度的方法,来提高实验室加速腐蚀试验与实 海环境暴露试验数据在腐蚀速率和局部腐蚀深度方面的相关性。

关键词:腐蚀性能;高锰钢;实海环境暴露试验;实验室加速腐蚀试验

中图分类号:TG142 文献标志码:A 文章编号:1001-4012(2022)09-0005-06

高锰奥氏体钢(25Mn)的低温塑韧性优异,用其 代替9Ni钢来制造大容量 LNG(液化天然气)储罐 可大幅降低制造成本[1]。LNG 作为清洁能源,本身 没有腐蚀性[2],但 LNG 储罐通常建在海边,有接触 海水及海洋大气的风险,并且 LNG 储罐在投入使 用前通常会进行海水试压,储罐内侧与海水直接接 触,存在腐蚀破坏的可能性,进而对储罐的安全服役 产生不利影响,因此,有必要研究高锰钢的耐海水腐 蚀性能。目前,国内外研究人员对高锰钢的研究主要 集中在其低温韧性和焊接性能上[3-4],很少关注高锰 钢的耐海水腐蚀性能。材料的耐海水腐蚀性能测试包括实验室加速腐蚀和实海环境暴露两种方法[5-7], 实验室加速腐蚀可在较短时间内得到腐蚀数据,实海 环境暴露则需要数月甚至数年的时间,大大制约了材 料的应用研究进程,然而实海环境暴露数据能真实地 反映材料的服役情况。相关文献进行了大量的实海 环境暴露试验以确保材料最终服役的安全性[8-10]。 因此,采用实海环境暴露试验的方法,验证实验室加 速腐蚀数据的准确性具有十分重要的意义。

以高锰钢为研究对象,笔者采用实验室全浸、间 浸腐蚀试验方法研究了高锰钢在模拟海水(质量分 数为3.5%,pH 为6.4~7.2的 NaCl溶液)中的腐蚀 行为,同时,在某海域的全浸区和潮差区进行实海环 境暴露 试 验。采 用 宏 观 观 察、扫 描 电 镜 (SEM)分 析,X射线衍射(XRD)分析及金相检验等方法,对 实海环境暴露与实验室加速全浸、间浸腐蚀试验的 结果进行对比分析,为高锰钢在 LNG 领域的应用 提供了理论基础。

1 试验材料及方法

1.1 试验材料

试验材料为某钢厂生产的30mm 厚高锰钢板, 状态为交货态(固溶态),其化学成分如表1所示。

1.2 试验方法

实海环境暴露试验在某海洋环境实验站的天然 海水暴露实验场进行,其海水温度最高为33.5 ℃, 最低 为 19 ℃,全 年 平 均 为 27 ℃。 海 水 盐 度 为 3.2%~3.5%(质量分数),溶解氧体积浓度年均为 5.37ml/L,pH 年均为 8.11,海生物(含细菌)一年 四季生长旺盛,将试样投放于实验场的全浸、潮差实 验区。

参照 GB/T19746-2005 《金属和合金的腐蚀 盐溶液周浸实验》,采用间浸腐蚀试验模拟高锰钢在 海洋潮差区的腐蚀行为,试验在贝尔提拉式间腐蚀 试验装置上进行;参照JB/T7901—2001 《金属材 料实验室均匀腐蚀全浸实验方法》,采用动态全浸试 验模拟高锰钢在海洋全浸区的腐蚀行为,试验在全 浸腐蚀试验机上进行。所有试验均采用3个平行试 样,具体试验条件如表2所示。

收集试验后试样表面产生的腐蚀产物,在 D8 ADVANCE 型 X 射线衍射仪上对腐蚀产物进行分 析,辐射材料为 Cu靶,试验电压为40kV,试验电流 为40mA,扫描速率为3°/min。试验前后对试样称 重,用试样的质量变化及暴露面积计算其腐蚀速率, 酸洗液为500mLHCl+500mLH2O+3.5g六次甲 基四铵。将试样沿垂直变形方向切开,对断面进行磨 制、抛光,采用LeicaDMILM 型光学显微镜观察试样 的表面腐蚀形貌,并测量其最大局部腐蚀深度。采用 Quanta650型环境扫描电镜观察腐蚀产物形貌和清 洗腐蚀产物后试样的表面形貌,加速电压为20kV。

2 试验结果

2.1 腐蚀形貌观察

2.1.1 宏观观察

图1为实验室加速腐蚀试样清洗腐蚀产物后的宏观形貌,由图1可见:QS试样表面呈棕色,发生 全面不均匀腐蚀;JS试样表面呈灰色,发生全面腐 蚀+点蚀。

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