一种用恒电位电解法测量焊管沟槽腐蚀的方法

摘要

一种用恒电位电解法测量焊管沟槽腐蚀的方法，步骤如下：获得包括焊管内焊缝的大小为10-100mm(垂直焊缝方向)×10-100mm(平行焊缝方向)×2-20mm(焊缝深度方向)的试样，环氧树脂镶封，测试面打磨抛光，Ra值为0-5μm；极化曲线测试；加速电位优选：(Ecorr+40mV)～(Ecorr+200mV)；沟槽腐蚀系数测试；通过金相比图测量或者千分尺直接测量获得焊管产品相应的沟槽腐蚀系数。根据本发明的用恒电位电解法评价焊管沟槽腐蚀敏感性的方法，基于“焊管焊缝材料的腐蚀电位在温度、溶液成分、浸泡时间均确定的情况下是稳定唯一的”这一特性，通过测量焊缝试样的极化曲线，得到其实际腐蚀电位，进而优化加速电位，从而使沟槽腐蚀系数测量的准确性和可靠性极大提高。

说明书

技术领域

本发明涉及一种对材料的耐气候、耐腐蚀、或耐光照性能的测试方法领域，尤其涉及一种采用恒电位电解法测量焊管产品焊缝沟槽腐蚀敏感性的快速、准确测试方法。

背景技术

沟槽腐蚀性能是用户在HFW(高频电阻焊)焊管产品订货和使用中非常关注的重要性能指标。目前，对HFW焊管产品的沟槽腐蚀性能国内外尚无统一的评价标准或规范，大多数生产企业或用户所采用或接受的方法是“在3.5％NaCl溶液中外加电位-550mV/SCE加速腐蚀144h”的方法。由于焊管基材成分和组织等存在差异，使得其腐蚀电位也各不相同，因此，外加统一的-550mV电位不能准确反映产品的真实沟槽腐蚀性能。

现有技术中对焊管沟槽腐蚀敏感性曾提到一种恒电位电解评价方法，恒电位法是指控制被测电极的电位，测定相应不同电位下的电流密度，把测得的一系列不同电位下的电流密度与电位值在平面坐标系中描点并连接成曲线，即得恒电位极化曲线。该方法具体为：

将焊管的焊缝部位加工成20mm×15mm×3mm大小的试样(20mm为垂直焊缝方向)，将试样在3.5％NaCl溶液中外加-550mV/SCE的电位，加速腐蚀144h，然后通过金相观察测定焊缝的腐蚀沟槽深度并计算系数α(α＝1+h₂/h₁，h₂为腐蚀沟槽深度，h₁为试样按失重计算所得平均腐蚀深度)，将α＝1.3作为判定焊缝耐沟槽腐蚀性能的临界值，即α≤1.3为沟槽腐蚀性能合格。因此沟槽腐蚀测试是否准确至关重要，直接决定着焊管产品性能合格与否。

而上述现有技术的测评方法存在以下不足：

1.由于焊管基材本身电化学性质存在着差异，不同基材的腐蚀电位相差较大；

2.外加的统一的-550mV/SCE电位，对不同的基材和焊缝实际起到的加速程度有时相差明显，从而导致所测不同品种焊管的沟槽腐蚀性能不具可比性；

3.有的焊管焊缝区由于腐蚀电位较正，外加-550mV的电位起到相反的阴极保护作用，使热影响区(熔合线)和基材的腐蚀速度受到抑制，因而沟槽腐蚀系数无法准确获得，影响焊管沟槽腐蚀敏感性的测评准确性。

发明内容

为了解决上述问题，针对原有恒电位电解测试焊管沟槽腐蚀性能方法的不足，本发明提供了一种用恒电位电解法测量焊管沟槽腐蚀的方法，所述方法系对焊管产品焊缝沟槽腐蚀敏感性的快速、准确测试方法，所述测试方法系采用恒电位电解法测量焊管产品焊缝沟槽腐蚀敏感性。

本发明的所述方法基于“焊管焊缝材料的腐蚀电位在温度、溶液成分、浸泡时间均确定的情况下是稳定唯一的”这一特性，通过事先测量焊缝试样的极化曲线，得到其腐蚀电位，从而确定适当的沟槽腐蚀系数测量所需的外加电位值，通过优化外加电解电位值，在此外加电位下，进行电解测试。

本发明的用恒电位电解法测量焊管沟槽腐蚀的方法的具体步骤如下：

1试样制备：采用电火花切割，获得包括焊管内焊缝的大小为10-100mm(垂直焊缝方向)×10-100mm(平行焊缝方向)×2-20mm(焊缝深度方向)的试样，在试样外表面焊接导线，用环氧树脂对试样进行镶封，然后将试样的测试面(内表面)打磨抛光，为限制研磨沟槽引起的增强反应，要求Ra值为0-5μm。

2极化曲线测试：恒电位/恒电流仪测量焊缝试样的极化曲线。

3加速电位优选：从所测得的极化曲线上得到焊缝试样的腐蚀电位Ecorr，根据电解测试方法的原理确定外加电位的合理范围是(Ecorr+40mV)～(Ecorr+200mV)。

4沟槽腐蚀系数测试：在外加确定的优化加速电位下，在浓度为1％～5％NaCl溶液，测试介质温度范围为15℃～60℃，测试前浸泡时间范围为5min～60min时，加速腐蚀4h-144h；

5.通过金相比图测量或者千分尺直接测量获得焊管产品相应的沟槽腐蚀系数。

根据本发明的用恒电位电解法测量焊管沟槽腐蚀的方法，其特征在于，根据电解测试方法的原理确定外加电位的合理范围是(Ecorr+50mV)～(Ecorr+100mV)。

根据本发明的用恒电位电解法测量焊管沟槽腐蚀的方法，其特征在于，测试介质采用浓度为3％～3.5％NaCl溶液，测试介质温度范围为20℃～30℃，测试前浸泡时间范围为10min～15min。

根据本发明的用用恒电位电解法测量焊管沟槽腐蚀的方法，其特征在于，极化电位扫描范围为-1.5V～0.5V。

根据本发明的用恒电位电解法测量焊管沟槽腐蚀的方法，其特征在于，扫描速率范围为0.05mV/s～1mV/s。

根据本发明的用恒电位电解法测量焊管沟槽腐蚀的方法，其特征在于，极化电位扫描范围为-0.9V～-0.3V。

根据本发明的用恒电位电解法测量焊管沟槽腐蚀的方法，其特征在于，扫描速率范围为0.1mV/s～0.2mV/s。

根据本发明的用恒电位电解法测量焊管沟槽腐蚀的方法，其特征在于，获得试样的焊管内焊缝的大小为：垂直焊缝方向×平行焊缝方向×焊缝深度方向：20-30mm×10-20mm×2-5mm。

根据本发明的用恒电位电解法测量焊管沟槽腐蚀的方法，所述金相比图法测量沟槽腐蚀系数，主要步骤是“通过磨制样品的金相截面，并用金相图标尺来测量样品表面腐蚀沟槽的深度h₂(见图4)”。金相比图法中样品的平均腐蚀深度h₁是通过称量腐蚀前后样品的失重，换算成厚度得到的。

具体步骤如下：

(1)加速试验前的测量：将整个试样连同树脂、导线一起干燥称重，精确至0.001g。

(2)将试样按图1连接，外接恒电位仪，在-550mV/SCE条件下加速腐蚀144h。

(3)试样试验后的测量：选择最深沟槽位置，磨制金相截面，在金相显微镜下测量出沟槽深度h₂，表征方式见图4。

(4)沟槽腐蚀系数计算：α＝1+h₂/h₁，h₁由平均腐蚀失重计算得到。

根据本发明的用恒电位电解法测量焊管沟槽腐蚀的方法，所述千分尺法则不需磨制样品金相截面，可以利用改造过的装置来测量样品的整体腐蚀深度和样品表面腐蚀沟槽的深度。

具体步骤如下：

(1)加速试验前的测量：用千分尺测量样品连同树脂的原始厚度a，见图5。

(2)将试样按图1连接，外接恒电位仪，在-550mV/SCE条件下加速腐蚀144h。

(3)试样试验后的测量：用千分尺测量腐蚀后的样品表面与引导线侧树脂之间的厚度b，测量最深沟槽处的深度c，见图5。

(4)沟槽腐蚀系数计算：α＝1+c/(a-b)。

根据本发明的用恒电位电解法测量焊管沟槽腐蚀的方法，基于“焊管焊缝材料的腐蚀电位在温度、溶液成分、浸泡时间均确定的情况下是稳定唯一的”这一特性，通过测量焊缝试样的极化曲线，得到其实际腐蚀电位，进而优化加速电位，从而使沟槽腐蚀系数测量的准确性和可靠性极大提高。

附图说明

图1为本发明的焊管沟槽腐蚀敏感性测试特制电解池示意图。

图2为X52钢HFW焊管焊缝样品极化曲线图。

图3为X52钢HFW焊管在不同外加电位条件下的腐蚀沟槽截面图。

图4为某种HFW焊管产品腐蚀沟槽截面金相照片。

图5为沟槽腐蚀深度测量装置。

图中，1-带绝缘层的硬质导线；2-排气孔；3-接线柱；4-拧紧螺栓；5-溶液注入口；6-树脂；7-试样；8-溶液排出开口；9-胶皮软管；10-夹具；11-饱和甘汞电极；12-石蜡；13-防滑套；14-鲁金毛细管插口；15-有机玻璃外盖；16-有机玻璃容器；17-704密封胶；18-片状石墨电极；19-鲁金毛细管；20-电解液。

具体实施方式

以下，参照附图，以具体实施例说明本发明。

实施例1

在本实施例中，为进一步说明本方法的用恒电位电解法测量焊管沟槽腐蚀的方法的具体试验过程和显示实施效果，以X52钢HFW焊管为例，详细介绍本发明的方法。

具体试验步骤如下：

试样制备：采用电火花切割，获得包括焊管内焊缝的大小为20mm(垂直焊缝方向)×15mm(平行焊缝方向)×3mm(焊缝深度方向)的试样，在试样外表面焊接导线，用环氧树脂对试样进行镶封，然后将试样的测试面(内表面)打磨抛光，Ra值为1μm。

采用焊管沟槽腐蚀敏感性测试特制电解池测量极化曲线

测试电介质采用25℃、3.5％NaCl溶液，在电解池中注入溶液，将工作电极(试样)、参比电极和辅助电极按图1安装到位，将试样在溶液中浸泡15min，开启电化学设备，进行极化曲线测试。

极化曲线测量的电位扫描速率选用0.167mV/s，极化电位范围选用-0.9V～-0.3V，测试结果如图2所示，由此得到X52钢HFW焊管焊缝试样的腐蚀电位为-540mV/SCE。

加速电位优选：从所测得的极化曲线上得到焊缝试样的腐蚀电位Ecorr，根据电解测试方法的原理确定外加电位的合理范围是(Ecorr+40mV)～(Ecorr+200mV)。

沟槽腐蚀系数测试：在外加确定的优化加速电位下，在25℃、3.5％NaCl溶液中，加速腐蚀144h。

通过金相比图测量或者千分尺直接测量获得焊管产品相应的沟槽腐蚀系数。

不同加速电位测量结果比较

图3是相同工艺条件X52钢HFW焊管内管试样在不同外加电位条件(-550mV_SCE、-490mV_SCE、-440mV_SCE)下的沟槽腐蚀测试后试样截面金相图。

表1为不同外加电位对X52钢HFW焊管试样沟槽腐蚀系数测试结果的影响。

实施例2

除了以下不同之处外，其他如同实施例1，用恒电位电解法评价焊管沟槽腐蚀敏感性。

试样制备采用电火花切割，获得包括焊管内焊缝的大小为15mm(垂直焊缝方向)×12mm(平行焊缝方向)×2.5mm(焊缝深度方向)的试样。

所述扫描速率范围为0.1mV/s～0.2mV/s。极化电位扫描范围为-1.5V～0.5V。

实施例3

除了以下不同之处外，其他如同实施例1，用恒电位电解法评价焊管沟槽腐蚀敏感性。

测试介质采用浓度为4％～4.5％NaCl溶液，测试介质温度范围为30℃～40℃，测试前浸泡时间范围为20min。加速腐蚀时间14h。

实施例4

除了以下不同之处外，其他如同实施例2，用恒电位电解法评价焊管沟槽腐蚀敏感性。

试样焊管内焊缝的大小为25mm(垂直焊缝方向)×10mm(平行焊缝方向)×3.5mm(焊缝深度方向)的试样。将试样的测试面(内表面)打磨抛光，Ra值为0.8μm。

极化曲线测试：恒电位/恒电流仪测量焊缝试样的极化曲线。

加速电位优选：从所测得的极化曲线上得到焊缝试样的腐蚀电位Ecorr，根据电解测试方法的原理确定外加电位的合理范围是(Ecorr+40mV)～(Ecorr+200mV)。

在浓度为1.5％NaCl溶液，测试介质温度范围为20℃～30℃，测试前浸泡时间范围为45min～50min时，加速腐蚀110h。

表1

根据X52钢HFW焊管内管试样6个月的长期模拟浸泡腐蚀试验结果得出α＝1.07，其较为真实地反映出该产品沟槽腐蚀性能。由结果可见，当外加电位为-490mV(E_corr+50mV)或-440mV(E_corr+100mV)时，所测的结果与长期浸泡腐蚀试验结果非常接近；而按照常规的评价方法外加-550mV的电位时，结果相差很大，此时沟槽腐蚀系数超出了临界值，导致产品沟槽腐蚀性能误判。

根据本发明的用恒电位电解法测量焊管沟槽腐蚀的方法，基于“焊管焊缝材料的腐蚀电位在温度、溶液成分、浸泡时间均确定的情况下是稳定唯一的”这一特性，通过测量焊缝试样的极化曲线，得到其实际腐蚀电位，进而优化加速电位，从而使沟槽腐蚀系数测量的准确性和可靠性极大提高。