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耐蝕合金具有極高的抗點(diǎn)蝕、縫隙腐蝕、應(yīng)力腐蝕和均勻腐蝕的能力，被廣泛地運(yùn)用于海洋石油工業(yè)。

 

耐蝕合金在焊接過程中，一是復(fù)雜的相變過程會形成不均勻組織，二是焊接接頭產(chǎn)生的熱應(yīng)力和形變會導(dǎo)致焊接接頭的耐蝕性能降低。海上石油平臺由于所處的海洋環(huán)境具有極強(qiáng)而且復(fù)雜的腐蝕性，尤其是富含離子半徑小、穿透能力強(qiáng)的Cl-，長期服役暴露在Cl-環(huán)境中耐蝕合金焊接接頭會最先產(chǎn)生點(diǎn)蝕，嚴(yán)重時(shí)甚至?xí)l(fā)生穿孔現(xiàn)象，導(dǎo)致管線泄漏，對海上石油平臺安全運(yùn)行造成極大的威脅。因此，耐蝕合金焊接接頭的耐點(diǎn)蝕性能是一項(xiàng)重要的檢測指標(biāo)。通常采用ASTM G48-11 Standard Test Methods for Pitting and Crevice Corrosion Resistance of Stainless Steels and Related Alloys by Use of Ferric Chloride Solution中的方法A三氯化鐵點(diǎn)蝕試驗(yàn)方法來進(jìn)行檢測，常用試驗(yàn)結(jié)果評估方法主要為單位面積失重法和試樣表面形貌檢查法。

 

本文將對ASTM G48－11中三氯化鐵點(diǎn)蝕試驗(yàn)進(jìn)行分析解讀，重點(diǎn)闡述溶液配制、試樣表面處理和試樣制備應(yīng)注意的一些技術(shù)要點(diǎn)。 

 

試驗(yàn)設(shè)備

三氯化鐵點(diǎn)蝕試驗(yàn)儀器主要由溶液配置設(shè)備、試驗(yàn)容器及附屬設(shè)備和試驗(yàn)結(jié)果評估設(shè)備等3部分組成。

 

溶液配制設(shè)備

主要有測量精度為0.1mL的移液管、測量精度為0.001g的電子天平、1000mL的錐形容量瓶、250mL的量筒、洗耳球等。

上述帶有測量刻度的儀器均需鑒定合格，并在鑒定周期內(nèi)使用。

 

試驗(yàn)容器及附屬設(shè)備

試驗(yàn)容器推薦采用瓶口直徑為40mm，容量為1000mL的廣口錐形瓶；附屬設(shè)備包括恒溫水浴槽以及防止溶液蒸發(fā)的附屬裝置。

 

試驗(yàn)結(jié)果評估設(shè)備

在試驗(yàn)結(jié)果評估前需要按照ASTM G48－11要求對試樣表面進(jìn)行清理，一般清洗設(shè)備為超聲波清洗儀和硬質(zhì)尼龍毛刷。

試驗(yàn)結(jié)果評估設(shè)備主要有：低倍顯微鏡(20×)進(jìn)行試樣外觀形貌檢查，精度為0.001g的電子天平進(jìn)行試驗(yàn)前后兩次試樣質(zhì)量稱量，精度為0.02mm的游標(biāo)卡尺用于試驗(yàn)前試樣尺寸測量。

 

試驗(yàn)溶液

FeCl3溶液配制要求相對比較簡單，試驗(yàn)溶液的配制在ASTM G48－11中也有明確規(guī)定：將100g優(yōu)級純FeCl3·6H2O溶于900mL蒸餾水或去離子水中(即得到質(zhì)量分?jǐn)?shù)為6％的三氯化鐵溶液)，若存在不溶解的顆粒，則需用玻璃棉或?yàn)V紙過濾去除。

 

試樣制備

 

取樣要求

焊接接頭取樣主要包含兩部分：一是在焊縫中心位置平行于焊縫取全焊縫三氯化鐵點(diǎn)蝕試樣，如圖1a)所示；二是垂直于焊縫取焊接接頭(含焊縫、熱影響區(qū)和母材)三氯化鐵點(diǎn)蝕試樣，如圖1b)所示。

圖1 三氯化鐵點(diǎn)蝕試驗(yàn)取樣示意圖

 

試樣加工

推薦機(jī)械加工方法：線切割加工方法

推薦試樣尺寸：25mm×50mm，試樣厚度推薦采用2mm。當(dāng)試料無法滿足標(biāo)準(zhǔn)推薦的取樣尺寸時(shí)，可根據(jù)實(shí)際情況加工小尺寸試樣。

 

表面處理

試樣線切割成型后，首先用磨床對試樣表面進(jìn)行打磨處理，研磨時(shí)注意磨床的進(jìn)給量，避免試樣過熱。最后采用ASTM G48－11推薦的A120號研磨砂紙進(jìn)行濕法拋光處理。

 

由于試樣端面無法在磨床上進(jìn)行打磨，且線切割產(chǎn)生的端面紋理對點(diǎn)蝕具有較強(qiáng)的敏感性，因此需要采用砂紙手工研磨試樣端面，再采用A120號研磨砂紙進(jìn)行濕法拋光處理。

 

試樣表面處理很大程度上影響試驗(yàn)結(jié)果，試樣表面研磨后不能代表截取試樣的實(shí)際工件的情況。因此，ASTM G48－11中規(guī)定：試樣在加工研磨以后，在空氣中放置24h進(jìn)行鈍化，保證試樣表面與實(shí)際工況的差別最小化。如有必要，可采用與現(xiàn)場同種酸洗處理工藝進(jìn)行試樣表面酸洗處理。

 

試驗(yàn)方法

三氯化鐵點(diǎn)蝕試驗(yàn)主要包含試驗(yàn)前準(zhǔn)備、溶液配制、試驗(yàn)、試驗(yàn)結(jié)果評判4個(gè)步驟，在試驗(yàn)過程中應(yīng)注意以下幾個(gè)方面。

 

試驗(yàn)前準(zhǔn)備

用精度為0.02mm的游標(biāo)卡尺測量試樣的長、寬、高，計(jì)算試樣6個(gè)腐蝕面的總面積S0，并做好原始數(shù)據(jù)記錄。

將試樣表面清洗后，用丙酮或無水乙醇除油，然后存放于干燥器內(nèi)。待試樣充分干燥后，用精度為0.001g的電子天平稱量試樣初始質(zhì)量m0，并做好原始數(shù)據(jù)記錄。待上述準(zhǔn)備工作完成后，將試樣在干燥器中存放24h以上進(jìn)行鈍化。

 

溶液配制

將100g優(yōu)級純FeCl3·6H2O溶于900mL蒸餾水或去離子水中，配置成6％(質(zhì)量分?jǐn)?shù))的FeCl3溶液。

 

試驗(yàn)

取600mL配制好的FeCl3溶液倒入1000mL的廣口錐形瓶中，若采用大于標(biāo)準(zhǔn)的試樣，試驗(yàn)溶液量應(yīng)保證每平方厘米試樣表面積所需的試驗(yàn)溶液量大于5mL。

 

將盛有試驗(yàn)溶液的廣口錐形瓶放入恒溫水浴槽中，加熱至規(guī)定的試驗(yàn)溫度。待試驗(yàn)溶液達(dá)到所需溫度后，將試樣支架和試樣浸沒于試驗(yàn)溶液中。試樣放入后開始計(jì)時(shí)，在恒溫的溶液中連續(xù)浸泡72h。試驗(yàn)過程中，在試驗(yàn)容器上蓋上玻璃蓋[試驗(yàn)溫度：(22±2)℃]或冷凝器[試驗(yàn)溫度：(50±2)℃]以減少試驗(yàn)溶液的蒸發(fā)。

 

試驗(yàn)結(jié)果評判

試驗(yàn)結(jié)束后，取出試樣。先在流水下用尼龍硬毛刷擦洗試樣表面，再用超聲波清洗儀進(jìn)行清洗，充分地清除試樣上的腐蝕產(chǎn)物。去除腐蝕產(chǎn)物后，浸放于丙酮或無水乙醇中清洗，然后放置于干燥器中干燥。待試樣充分干燥后，用精度為0.001g的電子天平稱量腐蝕后試樣質(zhì)量m1。

 

通過公式計(jì)算試樣單位面積的質(zhì)量損失，計(jì)算公式如下

單位面積質(zhì)量損失＝（m0－m1）/S0    (1)

 

單位面積失重法適用于點(diǎn)蝕嚴(yán)重、均勻腐蝕不明顯的材料，其點(diǎn)蝕程度與單位面積的質(zhì)量損失成正比。試驗(yàn)結(jié)果的評判依據(jù)以技術(shù)規(guī)格書或合同為準(zhǔn)，一般要求不超過4g·m-2，將試驗(yàn)后單位面積質(zhì)量損失的計(jì)算值換算成與技術(shù)規(guī)格書或合同要求的單位后來進(jìn)行比較評判。

 

在20倍低倍顯微鏡下檢查試樣表面有無點(diǎn)蝕坑，一般要求試樣表面無明顯的點(diǎn)蝕坑。試樣邊緣點(diǎn)蝕一般可以忽略，除非技術(shù)規(guī)格書中有特殊要求(如評估試樣端部紋理點(diǎn)蝕敏感度)。

 

結(jié)束語

通過解讀分析發(fā)現(xiàn)，ASTM G48－11中的三氯化鐵點(diǎn)蝕試驗(yàn)相對簡單，實(shí)施和操作也相對容易。但在進(jìn)行耐蝕合金焊接接頭三氯化鐵點(diǎn)蝕試驗(yàn)時(shí)，在溶液配制、試樣表面處理、試樣放置時(shí)間節(jié)點(diǎn)等細(xì)節(jié)上可能會存在一定的誤區(qū)，這也將影響試驗(yàn)結(jié)果的準(zhǔn)確性。在日常檢驗(yàn)工作中，應(yīng)強(qiáng)化試驗(yàn)細(xì)節(jié)的合規(guī)性，不斷提高試驗(yàn)結(jié)果的準(zhǔn)確性，為企業(yè)生產(chǎn)提供可靠有效的試驗(yàn)數(shù)據(jù)。

 

作者：張三艷，高級工程師，海洋石油工程股份有限公司