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文檔簡介
T/CSCP
中國腐蝕與防護(hù)學(xué)會(huì)標(biāo)準(zhǔn)
T/CSCP0008—2023
軌道交通動(dòng)態(tài)雜散電流對(duì)埋地鋼質(zhì)管道腐蝕干擾評(píng)
價(jià)方法
Theevaluationmethodforcorrosioninterferenceofrailtransit
dynamicstraycurrentonburiedpipelinesteels
xxxx-xx-xx發(fā)布xxxx-xx-xx實(shí)施
中國腐蝕與防護(hù)學(xué)會(huì)發(fā)布
T/CSCP0007—2023
軌道交通動(dòng)態(tài)雜散電流對(duì)埋地鋼質(zhì)管道腐蝕干擾評(píng)價(jià)方法
1目的與范圍
目的:本標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定了軌道交通致雜散電流對(duì)埋地管道腐蝕的實(shí)驗(yàn)室評(píng)價(jià)方法、試樣制備、
溶液配置、試驗(yàn)裝置、試驗(yàn)流程、結(jié)果評(píng)定和試驗(yàn)報(bào)告。
范圍:適用于評(píng)價(jià)埋地管道在動(dòng)態(tài)雜散電流干擾下的腐蝕行為、耐蝕性、腐蝕影響因素、
腐蝕程度及發(fā)展趨勢(shì)。
2引用文件
下列標(biāo)準(zhǔn)所包含的條文,通過在本標(biāo)準(zhǔn)中引用而構(gòu)成為本標(biāo)準(zhǔn)的條文。所引標(biāo)準(zhǔn)如被修訂,
使用本標(biāo)準(zhǔn)的各方應(yīng)參照所引標(biāo)準(zhǔn)的最新版本。
GB/T21447-2018鋼質(zhì)管道外腐蝕控制規(guī)范;
GB/T19285-2014埋地鋼質(zhì)管道腐蝕防護(hù)工程檢驗(yàn);
GB/T40377-2021金屬和合金的腐蝕交流腐蝕的測定防護(hù)準(zhǔn)則。
3術(shù)語和定義
3.1軌道交通railtransit
在特定軌道上行駛的一類交通工具或運(yùn)輸系統(tǒng),包括地鐵、城鐵、高速鐵路等。
3.2動(dòng)態(tài)雜散電流dynamicstraycurrent
在管道與土壤之間流入或流出的雜散電流,包括直流雜散電流和交流雜散電流,一般指交流雜
散電流。
3.3埋地鋼制管道buriedsteelpipeline
埋入土壤中的鋼質(zhì)油氣管道或其他鋼質(zhì)管道。
3.4腐蝕干擾corrosioninterference
鋼質(zhì)管道在雜散電流干擾下的腐蝕減薄、穿孔或其它腐蝕損傷。
3.5交流電密度alternatingcurrentdensity
交流電在防腐層破損點(diǎn)處單位面積的電流流量。
4試樣制備
4.1用于評(píng)價(jià)交流雜散電流干擾腐蝕的試樣暴露面積應(yīng)在1cm2以上,為避免“趨膚”效應(yīng)引
起的腐蝕不均勻現(xiàn)象,暴露面積一般不超過4cm×4cm,推薦試樣尺寸(15mm~25mm)×
(15mm~25mm)×(2~5mm)。
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T/CSCP0007—2023
4.2采用電火花線切割加工試樣,打磨至表面粗糙度≤3.2μm,或采用600#以上水砂紙打磨。
4.3為采用失重法評(píng)價(jià)腐蝕速率,試驗(yàn)前需要測試試樣尺寸并稱重,采用游標(biāo)卡尺測量并記錄
試樣尺寸(精確到0.02mm)。試樣清洗后,經(jīng)無水乙醇或丙酮除油,吹風(fēng)機(jī)吹干后備用。
4.4試樣采用銅導(dǎo)線焊接至試樣背面,其余面和連接部位用硅膠或環(huán)氧樹脂等密封,如圖1(a)
所示,或者在試樣背面加工直徑2-3mm的螺孔,通過帶螺紋的導(dǎo)線擰入試樣背面,如圖1(b),
除試樣暴露面之外,其余表面和螺紋導(dǎo)線均須密封。
圖1試樣實(shí)物圖
4.5在進(jìn)行試樣尺寸及重量測量時(shí),必須帶干凈的橡膠手套,并使用干凈無油污的測量工具。
4.6試驗(yàn)前,用天平(天平精度不應(yīng)低于0.0001克)測量試樣原始重量并記錄。
4.7所有試驗(yàn)都必須采用相同制備方法和具有相同形狀、尺寸和表面粗糙度的試樣來進(jìn)行,試
驗(yàn)平行試樣應(yīng)不少于3個(gè)。
4.8為了限定試樣的暴露面積,使非工作表面與溶液隔絕,須對(duì)試樣的非工作面進(jìn)行封樣處理,
封樣方法須保證試驗(yàn)過程中密封良好。
5溶液介質(zhì)
5.1配制模擬溶液的化學(xué)藥品等級(jí)為分析純或化學(xué)純,溶劑為去離子水。
5.2將現(xiàn)場實(shí)土經(jīng)自然干燥、粉碎、過篩(20目),然后烘干(105°C、24h)后與去離子水
按1:1混合攪拌均勻,靜置24h后提取浸出液,采用離子色譜儀測試離子種類和濃度,并采用
pH計(jì)測試浸出液pH值。根據(jù)現(xiàn)場實(shí)土的化學(xué)分析結(jié)果,配置相對(duì)應(yīng)的土壤模擬溶液。模擬
溶液配制應(yīng)遵循以下原則:
5.2.1遵循電荷守恒、陰陽離子的物質(zhì)的量守恒。在陰陽離子物質(zhì)的量相當(dāng)時(shí),以物質(zhì)的
量較多的離子計(jì)算(既可保證模擬溶液與環(huán)境腐蝕性相近,又可加速試驗(yàn),且方便計(jì)算)。
5.2.2選用常見化學(xué)試劑。
5.2.3為確保含量較少離子濃度的模擬精度,按離子物質(zhì)的量由少到多依次配制。
5.2.4如需調(diào)節(jié)溶液pH,采用質(zhì)量分?jǐn)?shù)5%的氫氧化鈉、鹽酸或醋酸等調(diào)節(jié),pH調(diào)節(jié)過
程盡量不引入體系之外的離子。
5.3如無特殊要求,試驗(yàn)溫度可選擇為25℃±1℃。
6試驗(yàn)裝置
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T/CSCP0007—2023
6.1電化學(xué)測試裝置
6.1.1交流干擾下的電化學(xué)測試裝置如圖2所示,包括交流干擾和電化學(xué)測試兩個(gè)回路。采
用電化學(xué)工作站進(jìn)行電化學(xué)測試,WE表示工作電極;RE表示參比電極;CE表示輔助電極。
交流干擾部分由信號(hào)發(fā)生器提供交流信號(hào),施加在工作電極跟對(duì)電極2(石墨棒、鉑片等)之
間,使試樣表面產(chǎn)生交流雜散電流干擾。
6.1.2電流測量儀器:采用萬用表或其它交流電流計(jì)測試或顯示交流回路中施加的交流電
流。電流表的測試精度應(yīng)不大于0.1mA。
6.1.3電容:為阻止兩個(gè)回路的相互干擾及過濾交流回路中可能存在的直流分量,交流回
路須串聯(lián)一個(gè)電容(470μF左右),避免電化學(xué)測試系統(tǒng)對(duì)交流回路產(chǎn)生干擾;
6.1.4電感:電化學(xué)測試回路須串聯(lián)一個(gè)足夠大的電感(25H左右)防止交流電對(duì)電化學(xué)
測試系統(tǒng)產(chǎn)生干擾。
6.1.5定值電阻:交流回路中可串聯(lián)一個(gè)電阻(10~100Ω),防止試樣表面阻抗變化引起
交流電流密度的較大波動(dòng)。
圖2交流干擾下電化學(xué)裝置示意圖
6.2浸泡腐蝕試驗(yàn)
6.2.1交流干擾下的浸泡腐蝕試驗(yàn)如圖3所示,試驗(yàn)裝置包括浸泡容器、交流信號(hào)發(fā)生器、
石墨棒等惰性輔助電極以及電流測量儀器。
6.2.2采用玻璃燒杯或有機(jī)玻璃容器等作為試驗(yàn)容器,試樣通過銅導(dǎo)線或帶螺紋鋼棒連接,
并固定于試驗(yàn)容器中,使暴露面完全浸沒于溶液介質(zhì)中。除工作區(qū)域外,其余部分均須絕緣密
封。
6.2.3采用多個(gè)平行樣時(shí),可將多個(gè)平行樣進(jìn)行串聯(lián),分別浸泡于不同試驗(yàn)容器中,保證
每個(gè)容器中試樣工作面與石墨輔助電極平行相對(duì),且間距盡量保持一致。
6.2.4如對(duì)溫度有特殊要求,可將試驗(yàn)容器置于恒溫槽(如水浴鍋),在設(shè)定的恒定溫度
下進(jìn)行試驗(yàn)。
6.2.5電路連接完畢,調(diào)整輸出電壓/電流和頻率,電流大小和頻率參數(shù)設(shè)置參考現(xiàn)場監(jiān)測
值,測試特定交流雜散電流干擾下的腐蝕行為。試驗(yàn)結(jié)束后觀察腐蝕形貌、并按照本標(biāo)準(zhǔn)第9
條的公式計(jì)算平均腐蝕速率,以定量評(píng)價(jià)交流干擾下的腐蝕情況。
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圖3交流干擾下的浸泡腐蝕裝置示意圖
7試驗(yàn)流程
7.1土壤理化性質(zhì)分析
7.1.1在軌道交通附近待評(píng)估管道或構(gòu)件周圍2米以內(nèi),與管道相同埋深的位置取實(shí)土
1~2kg,采用自封袋裝袋密封,帶回實(shí)驗(yàn)室進(jìn)行相關(guān)理化分析。
7.1.2取0.5~1kg左右的實(shí)土,稱重后采用烘干機(jī)烘干24h,然后稱量所剩干土的重量,
計(jì)算實(shí)土含水量。
7.1.3另取一部分實(shí)土,對(duì)土壤中的離子種類和濃度分析,具體方法詳見5.2。
7.2現(xiàn)場動(dòng)態(tài)雜散電壓、電流信號(hào)采集
7.2.1在軌道交通附近待評(píng)估管道或構(gòu)件周圍進(jìn)行動(dòng)態(tài)雜散電流的監(jiān)測和檢測,測試動(dòng)態(tài)
干擾電壓和動(dòng)態(tài)雜散電流的頻率、電流大小及特征,為隨后的電化學(xué)測試及腐蝕評(píng)估提供參數(shù)
依據(jù),詳細(xì)測試方法參見GB/T19285-2014。
7.2.2直流干擾管地電位測試。在管道正上方地面布置CSE參比電極,使用數(shù)字萬用表、
便攜式自動(dòng)平衡記錄儀記錄管地電位相對(duì)自然腐蝕電位的偏移值。
7.2.3交流干擾電壓測量。在管道正上方地面布置CSE參比電極或者直徑不小于15mm的
鋼棒,使用交流電壓表測量管道與CSE參比電極或者鋼棒之間的電壓。
7.2.4交流干擾電流密度測試。在管道附近土壤內(nèi)插入裸露面積為1cm2便攜式棒狀探頭,
使用交流電流表測試電流數(shù)值,把電流數(shù)據(jù)除以1cm2得到交流電流密度
7.3電化學(xué)阻抗測試
7.3.1試樣浸入溶液后,按照?qǐng)D2連接好電路。首先在-1.2V極化約60s以去除制樣過程
中表面生成的氧化膜;然后在開路下浸泡約15min,使電極表面達(dá)到穩(wěn)定狀態(tài)(一般開路電位
上下波動(dòng)幅度在10min內(nèi)不超過10mV即可認(rèn)為其處于穩(wěn)態(tài));
7.3.2待體系穩(wěn)定后,即可進(jìn)行電化學(xué)阻抗測試。測試頻率范圍一般為100kHz到0.01Hz,
采用幅值為10mV的正弦波。
7.3.3記錄不同頻率下的擾動(dòng)電壓-電流響應(yīng),得到電化學(xué)阻抗譜的Nyquist圖和Bode圖。
7.4動(dòng)電位極化測試
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7.4.1動(dòng)電位極化曲線測試的試驗(yàn)裝置如圖2所示。
7.4.2從某一初始電位開始動(dòng)電位掃描至終止電位,并記錄電流隨時(shí)間的變化。測試掃描
速度為0.5mV/s,掃描范圍宜相對(duì)開路電位-0.5~1.0V。
7.4.3繪制電位-電流密度曲線,采用塔菲爾外推法得到腐蝕電流密度。
7.5浸泡腐蝕實(shí)驗(yàn)
7.5.1按照4.2和4.4制備試樣,每組試樣至少三塊平行試樣。
7.5.2用分析純?cè)噭┖腿ルx子水配置模擬溶液,并調(diào)整pH。
7.5.3溶液注入試驗(yàn)容器中,應(yīng)保證溶液體積與試樣表面積的比值在200ml/cm2以上。如對(duì)
溫度有需求,需將試驗(yàn)容器置于恒溫槽中,加熱到規(guī)定溫度。
7.5.4試驗(yàn)溶液達(dá)到規(guī)定溫度后,將試樣固定于試驗(yàn)容器中,按圖3接好線路,在給定的交
流干擾條件下進(jìn)行連續(xù)浸泡腐蝕試驗(yàn),試驗(yàn)時(shí)間應(yīng)不少于48h。
7.5.5如采用圖1(b)所示的試樣進(jìn)行交流電流下的腐蝕評(píng)定時(shí),首先按照本標(biāo)準(zhǔn)的第4條進(jìn)
行制樣,然后稱量待測方塊試樣的原始重量M0(精確到0.0001g),采用游標(biāo)卡尺測量其暴露
面尺寸(精確到0.02μm)。
7.5.6將帶螺紋的鋼棒擰入試樣背面,采用704硅膠將試樣背面和側(cè)面以及鋼棒浸入溶液部
分密封,只保留待測暴露面,待硅膠干燥后進(jìn)行浸泡腐蝕試驗(yàn)。試驗(yàn)結(jié)束后首先采用金相電鏡
或掃描電鏡觀察腐蝕產(chǎn)物形貌,然后將試樣表面的密封硅膠等密封材料剝離干凈,擰下鋼棒,
采用除銹液(50%鹽酸+3-10g六次甲基四胺)除掉表面腐蝕產(chǎn)物后,采用分析天平稱量除銹后
的試樣重量M,并通過9.2中的公式計(jì)算腐蝕速率。
8試驗(yàn)結(jié)果
8.1電化學(xué)阻抗譜應(yīng)選擇合適的等效電路進(jìn)行擬合,得到電荷轉(zhuǎn)移電阻或極化電阻等參數(shù),以
此表征材料在交流干擾下的電化學(xué)阻抗或耐蝕性大小。
8.2根據(jù)極化曲線的形狀特征,分析腐蝕機(jī)理和腐蝕類型,通過擬合得到的自腐蝕電流密度評(píng)
價(jià)材料的耐蝕性大小,初步評(píng)估腐蝕速率。
8.3浸泡試驗(yàn)結(jié)束后,分別采用光學(xué)顯微鏡和掃描電鏡對(duì)金屬表面的腐蝕形貌進(jìn)行觀察。宜對(duì)
腐蝕產(chǎn)物宏觀形貌進(jìn)行拍照,以便與清除腐蝕產(chǎn)物后的基體表面作對(duì)比。
8.4如需要對(duì)腐蝕產(chǎn)物進(jìn)行成分分析,可采用能譜(EDS)、X射線衍射(XRD)、X射線光
電子能譜(XPS)、拉曼光譜(Ramanspectra)等方法。
8.5試驗(yàn)結(jié)束后,一般需采用除銹液除掉表面腐蝕產(chǎn)物,然后依次采用去離子水清洗、酒精或
丙酮除油、脫水、冷風(fēng)吹干,采用分析天平進(jìn)行稱重,并通過光學(xué)顯微鏡或掃描電鏡進(jìn)行腐蝕
形貌觀察分析。
8.6若腐蝕形貌表現(xiàn)為點(diǎn)蝕或蝕坑,需要對(duì)點(diǎn)蝕坑的大小、深度等信息進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析,可采用
體式顯微鏡、激光共聚焦顯微鏡、輪廓儀等對(duì)局部腐蝕特征進(jìn)行檢測分析。如試驗(yàn)設(shè)備受限,
也可按GB/T18590測量點(diǎn)蝕深度。
9腐蝕評(píng)定
鋼制管道在交流雜散電流干擾下的腐蝕形態(tài)往往存在均勻腐蝕與點(diǎn)蝕兩種形式,試驗(yàn)結(jié)果
應(yīng)該采用以上兩種方法同時(shí)評(píng)定,具體方法滿足本標(biāo)準(zhǔn)體系第8、10部分的要求,也必須滿足
相關(guān)國家標(biāo)準(zhǔn)的規(guī)定。
5
T/CSCP0007—2023
9.1試驗(yàn)結(jié)束后,首先根據(jù)宏觀腐蝕形貌,初步判斷腐蝕類型。若為均勻腐蝕,則通過失重法
計(jì)算平均腐蝕速率;若存在局部腐蝕形態(tài)(如點(diǎn)蝕等),則通過蝕坑大小、深度等來評(píng)價(jià)局部
腐蝕損傷程度。
9.2試驗(yàn)材料在交流干擾下的腐蝕程度、腐蝕快慢等可用平均腐蝕速率來評(píng)定,單位取mm/a。
平均腐蝕速率計(jì)算公式如下:
式中:K——腐蝕速度,g/m2.h;
S——試樣工作面積,m2;
t——試驗(yàn)時(shí)間,h;
M0——試驗(yàn)前試片的重量,g;
M——清除腐蝕產(chǎn)物后試片的重量,g;
R——年腐蝕深度,mm/a;
ρ——試驗(yàn)金屬的密度,g/cm3;
如有特殊需要,試驗(yàn)結(jié)果也可按照其它腐蝕速率單位表示,但需要在報(bào)告中說明。
9.3平均腐蝕速率取至少3個(gè)平行試樣的平均值,當(dāng)某個(gè)平行式樣的腐蝕速率與平均值相對(duì)偏
差超過30%時(shí),應(yīng)舍棄該數(shù)值。計(jì)算結(jié)果按GB/T8170進(jìn)行數(shù)值修約,修約到小數(shù)點(diǎn)后二位。
9.4應(yīng)采用平均腐蝕速率和點(diǎn)蝕深度作為交流雜散電流干擾下的腐蝕評(píng)價(jià)方法。
9.5以較大的5-10個(gè)點(diǎn)蝕坑的平均深度作為平均點(diǎn)蝕深度,試樣表面存在的最大點(diǎn)蝕深度作
為該試驗(yàn)條件下的最大點(diǎn)蝕深度,以這兩個(gè)指標(biāo)作為評(píng)定點(diǎn)蝕程度的評(píng)價(jià)指標(biāo)。對(duì)點(diǎn)蝕程度的
評(píng)價(jià)可參考T/CSCP0021—2017《低合金結(jié)構(gòu)鋼點(diǎn)蝕試驗(yàn)方法》,也可按照國標(biāo)GB/T18590
給出的標(biāo)準(zhǔn)圖(以密度、大小和平均深度為參考指標(biāo))對(duì)點(diǎn)蝕程度進(jìn)行評(píng)級(jí)(見附錄)。
10試驗(yàn)報(bào)告
10.1每個(gè)試驗(yàn)都應(yīng)寫入報(bào)告。
10.2試驗(yàn)報(bào)告中應(yīng)根據(jù)標(biāo)準(zhǔn)簡要說明試驗(yàn)結(jié)果。
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