路径: 主页 > GB/T > 第425页 > GB/T 45879-2025 | 标准编号 | GB/T 45879-2025 (GB/T45879-2025) | | 中文名称 | 金属和合金的腐蚀 应力腐蚀敏感性电化学快速试验方法 | | 英文名称 | Corrosion of metals and alloys - Electrochemical methods for fast test of stress corrosion cracking susceptibility | | 行业 | 国家标准 (推荐) | | 中标分类 | H25 | | 国际标准分类 | 77.060 | | 字数估计 | 18,159 | | 发布日期 | 2025-06-30 | | 实施日期 | 2026-01-01 | | 发布机构 | 国家市场监督管理总局、国家标准化管理委员会 | GB/T 45879-2025: 金属和合金的腐蚀 应力腐蚀敏感性电化学快速试验方法
ICS 77.060
CCSH25
中华人民共和国国家标准
金属和合金的腐蚀
应力腐蚀敏感性电化学快速试验方法
2025-06-30发布
2026-01-01实施
国 家 市 场 监 督 管 理 总 局
国 家 标 准 化 管 理 委 员 会 发 布
目次
前言 Ⅲ
1 范围 1
2 规范性引用文件 1
3 术语和定义 1
4 原理 1
5 试样制备 3
6 试验溶液 3
7 试验装置 3
8 试验步骤 4
9 试验结果处理 5
10 试验报告 5
附录A(资料性) 确定体系下材料各相关系数的确定方法 6
附录B(资料性) 部分典型服役环境模拟溶液 8
附录C(资料性) 试验方法的应用实例---X80管线钢酸性土壤环境SCC敏感性测定 9
参考文献 11
前言
本文件按照GB/T 1.1-2020《标准化工作导则 第1部分:标准化文件的结构和起草规则》的规定
起草。
请注意本文件的某些内容可能涉及专利。本文件的发布机构不承担识别专利的责任。
本文件由中国钢铁工业协会提出。
本文件由全国钢标准化技术委员会(SAT/TC183)归口。
本文件起草单位:北京科技大学、冶金工业信息标准研究院、苏州热工研究院有限公司、中国特种设
备检测研究院、河北省特种设备监督检验研究院、东方电气集团东方锅炉股份有限公司。
本文件主要起草人:刘智勇、侯捷、李晓刚、李成涛、赵博、田子健、杜翠薇、孙占远、李倩、王立贤、
董猛、宋利君、孙梦寒、代文贺、杨淑莉。
金属和合金的腐蚀
应力腐蚀敏感性电化学快速试验方法
1 范围
本文件规定了金属和合金应力腐蚀开裂敏感性的电化学快速试验方法的原理、试样制备、试验溶
液、试验装置、试验步骤、试验结果处理和试验报告。
本文件适用于碳素钢、低合金钢、不锈钢等金属和合金在常温水溶液环境中的应力腐蚀开裂敏感性
快速试验。
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/T 6682 分析实验室用水规格和试验方法
GB/T 10123 金属和合金的腐蚀 术语
3 术语和定义
GB/T 10123界定的以及下列术语和定义适用于本文件。
3.1
快扫速率 fastscanrate
在控电位扫描速率大于50mV/s时的扫描速率。
3.2
慢扫速率 slowscanrate
在控电位扫描速率小于0.5mV/s时的扫描速率。
3.3
在快扫速率(3.1)下极化电流密度。
3.4
在慢扫速率下(3.2)极化电流密度。
4 原理
4.1 不同电极电位条件下的快扫电流密度if和慢扫电流密度is的差异与相互关系可以用来快速测试
应力腐蚀开裂(SCC)敏感性。该方法基于SCC的非稳态电化学理论模型所建立。快扫速率极化曲线
测试时,试样表面电化学状态可达到极限扩散控制的非稳定状态,其可以等效SCC尖端位错开动引起
的极限扩散状态非稳态电化学过程的动力学特性。而慢扫速率极化曲线测试时,电极表面能维持充分
极化状态,可以等效非SCC萌生位点或裂尖区域充分极化金属表面的电化学反应动力学特性。if表征
裂纹的绝对生长速度,(if-is)表征裂纹的相对生长速率;阴极反应发生电位区间内,is可表征阴极充氢
和表面氢浓度时的非裂尖区域的腐蚀速率。以上参数的交互作用关系决定了SCC的敏感性。
4.2 根据快慢扫曲线的相对差异,可将SCC机制分为如下的区间(附录A中图A.1)。
a) 如果is >if >0,SCC不能萌生和扩展,则无需判定SCC机理及测定SCC敏感性。
b) 如果if >is >0,裂尖新鲜金属表面的腐蚀速率大于非裂尖区域,SCC能够萌生和扩展,其对应
的电位区间范围内SCC机制为阳极溶解(AD)机制。此时,其SCC敏感性可按式(1)定量计
算和描述:
ISCC=ka·if·
if-is
is
÷+I0 (1)
式中:
ISCC---SCC敏感性,%;
ka ---与电流密度、介质以及材料有关的常数;
I0 ---if=is时的名义SCC敏感性。
if越大,SCC敏感性越大;同时,
if-is
is
÷项表征裂尖和非裂尖区域腐蚀速率的差别,是SCC裂
纹相对生长速率系数,其值越大,SCC敏感性也越大。
c) 如果if >0且is< 0,表明SCC裂纹尖端受AD作用扩展,同时非裂尖区域发生阴极反应、仍存
在共轭AD过程且可发生阴极析氢反应,此时其对应的电位区间内SCC受AD和氢脆(HE)
的协同作用控制,其机制为阳极溶解和氢脆的混合机制(AD+HE机制)。该机制下SCC敏感
性遵循AD作用和HE作用的线性叠加模型,其SCC敏感性可按式(2)定量计算和描述:
ISCC=khe· is +kad·if·
if
is-
1 +Iac (2)
式中:
khe ---与材料、介质和电流密度有关的常数,为HE的作用因数;
kad ---与材料、介质和电流密度有关的常数,为AD的作用因数;
Iac ---与HE和AD作用的相关的余项;
ISCC---SCC敏感性,%;
ka ---与电流密度、介质以及材料有关的常数;
I0 ---if=is时的名义SCC敏感性。
is 项表征阴极析氢的作用,越大HE作用越明显,SCC敏感性越大,但须指出,is 项的作用
是否与析氢有关需要根据实际腐蚀体系判定,如果没有析氢反应,该项须忽略,SCC敏感性判
据公式转换为式(1)。
if·
if
is-1
表征裂尖的AD作用,该项越大表示裂尖的AD作用越明显,SCC敏感性也越大。
d) 如果is< 0且if< 0,表明SCC体系完全由阴极电位控制下,此时其对应的电位区间内SCC机
制为HE机制,其SCC敏感性可按式(3)定量计算和描述:
ISCC=kc· is +Ic (3)
式中:
kc---与材料、介质和电流密度有关的常数,ISCC和is同前文;
Ic---is趋近于零时的SCC敏感性当量值。
e) 上述3个公式可写成一个公式形式如式(4):
ISCC=
ka·if·
if-is
is
÷+I0(if >is >0)
khe· is +kad·if·
if
is-
1 +Iac(if >0,is< 0)
kc· is +Ic(if< 0,is< 0)
(4)
4.3 基于上述理论,在确定体系下,只要通过测试获得材料相关的各个系数(ka、khe、kad、kc、I0、Iac和
Ic),就可以在目标材料或结构上通过测试电化学动电位极化曲线(测定is、if)来确定任意电位下的
SCC敏感性ISCC。其测试有效性和测试偏差可通过慢应变速率拉伸法(SSRT)进行验证。系数的值可
由不同SCC机制下的SCC敏感性计算公式和特定电位下采用SSRT方法测定的SCC敏感性标定数
据,经过计算得出,计算过程示例见附录A。
5 试样制备
5.1 对于实验室测试,测试的工作电极为切取待测工件的样品。待测表面加工和研磨过程应避免试样
过热,宜采用冷却液或水冷却湿磨至表面粗糙度小于0.5μm。
5.2 实验室测试试样制备应避免缝隙,不能有尖锐边缘。待测表面形状应规则对称,并准确测量工作
面积,面积测量误差不小于5%。
5.3 对于现场测试,应在工程结构件选定区域内选择位置作为工作电极区域,将工作电极导线电焊到
工作电极区域的边缘,而且使得工作电极导线与工作电极区域处于电流导通状态。
5.4 现场测试首先应在工程结构件上选定区域,其面积应大于工作电极区域,对选定区域进行表面处
理,用砂轮片将待测区域打磨平整,去掉氧化皮露出金属,之后逐级打磨待测区域至表面粗糙度小于
0.5μm,打磨过程宜采用冷却液或水冷却。
5.5 测试前待测表面应进行清洗和脱脂。
6 试验溶液
6.1 试验溶液可采用标准测试溶液、工程结构实际服役的环境水溶液或其模拟溶液。
6.2 若采用标准测试溶液或服役环境模拟溶液,配制试验溶液应采用分析纯试剂和去离子水或符合
GB/T 6682规定的一级水配制。部分典型腐蚀环境模拟溶液见附录B。
6.3 若采用实际服役环境的水溶液,测试前应对介质流态、压力、温度等进行测定,并对水溶液进行必
要的取样、处理、保存和成分分析等复验,以确认实际服役环境的水溶液是否适用。
7 试验装置
7.1 装置组成
电化学试验装置由电化学工作站、电解池组成,必要时配备法拉第屏蔽箱。
7.2 电化学工作站
电化学工作站采用台式或便携式均可,在线测试宜使用便携式电化学工作站。其电位和电流范围
满足动电位极化曲线测试要求。电压范围为-2000mV~2000mV,电位分辨率为1.0μV;电流范围
为1.0nA~1A,电流分辨率为1.0pA。电化学工作站可设置的最大电位扫描速率应不低于100mV/s。
动电位极化测试时,电位慢扫速率应不大于0.5mV/s;电位快扫速率宜不低于50mV/s、不高于
300mV/s,高于300mV/s可能导致设备损坏。
7.3 电解池
电解池包括盛装实验溶液的容器、工作电极、辅助电极和参比电极,容器宜用透明绝缘材料制成。
工作电极为第5章制备的试样,辅助电极宜使用铂金属电极,参比电极根据实际工况可使用饱和甘汞电
极、银/氯化银电极等。
辅助电极应平行放置于工作电极表面的正对位置,以保证试样表面电流分布均匀。辅助电极表面
积宜不小于工作电极表面积。
溶液体积与试样表面积的比值宜不小于100mL/cm2。对于在线电化学测试,电解池可做成吸盘
式或带有装卡结构,以便其与待测试样牢固结合。
测试前如测试区有较多附着气泡,应用塑料吸管或脱脂棉签等非污染性工具将气泡消除。
7.4 法拉第屏蔽箱
测试时宜配备法拉第屏蔽箱将电解池笼罩,为电化学测试提供无干扰的测试环境。
8 试验步骤
8.1 测试装置见图1。将工作电极、辅助电极、参比电极置于电解池中,加入溶液。
8.2 试验应分别进行快扫和慢扫极化曲线测试,每次试验应使用新试样。
8.3 应对试样进行阴极极化以去除表面氧化膜,阴极极化宜相对于开路电位-0.7V。
8.4 对于扫描速率的选择,慢扫速率宜为0.2mV/s~0.5mV/s,快扫速率宜比慢扫速率高100倍~
500倍。
8.5 慢扫测试开始前,记录开路电位随时间的变化,待开路电位达到稳定值时(10min波动范围在
10mV以内),开始动电位极化测试。极化曲线宜从相对于开路电位-0.7V开始向阳极方向进行电位
扫描,记录电流随电位的变化。电位扫描范围和速率的确定取决于试验体系。扫描范围以完整体现出
快慢扫极化曲线中SCC机制区间为原则。
8.6 快扫极化曲线选择与慢扫相同的电位范围。快速扫描应在8.3阴极极化之后立即开始,宜从相对
于开路电位-0.7V开始向阳极方向进行电位扫描,记录电流随电位的变化。
8.7 可选择不同速率进行两次以上测试,直至获得重合度较高的两次快扫曲线。
a) 实验室小试样测试示意图
图1 SCC敏感性电化学试验装置示意图
b) 现场工程结构试样测试示意图
标引序号说明:
1---待测工件;
2---电解池;
3---辅助电极;
4---参比电极;
5---导线;
6---笔记本电脑;
7---电化学工作站。
图1 SCC敏感性电化学试验装置示意图 (续)
9 试验结果处理
在确定体系下,根据不同SCC机制下的敏感性计算,结合快慢扫电流所指示的SCC机制电位区
间,可以通过式(4)计算出该机制下任意电位下的ISCC。具体SCC敏感性快速试验过程示例见附录C。
10 试验报告
试验报告应包括以下内容:
a) 本文件编号;
b) 试验日期、测试人员;
c) 试验材料的完整描述,包括试样来源、成分、热处理状态、产品类型等;
d) 试样加工方法和表面处理细节;
e) 溶液组成、pH、温度和溶解氧控制条件等;
f) 电化学测试前浸入溶液时间;
g) 试样表面去除氧化物层、开路电位记录及稳定情况;
h) 电位扫描范围、扫描速率和起始扫描电位;
i) 绘制快扫和慢扫速率下的极化曲线;
j) 计算目标电位下的应力腐蚀开裂敏感性测试值;
k) 或标定得到应力腐蚀开裂敏感性预测公式常数及验证情况。
附 录 A
(资料性)
确定体系下材料各相关系数的确定方法
A.1 本附录中确定的系数为式(4)中的ka、khe、kad、kc、I0、Iac和Ic。
A.2 根据第8章动电位极化曲线测试方法,对待测试样进行电化学快慢扫测试。
A.3 根据第4章原理对得到的电化学快慢扫曲线进行区间划分。
A.4 选择至少7个AD~HE区间的电位进行SSRT试验获得ISCC,其中AD区间至少选择2个电位,
HE区间至少选择2个电位,AD+HE区间至少选择3个电位。
A.5 将不同电位区间的ISCC与对应电位下的is和if分别代入式(4)中,分别计算得到ka、khe、kad、kc、
I0、Iac和Ic。
A.6 下面以管线钢X70在酸性土壤模拟液中的试验公式的系数确定过程进行举例说明。
a) 对待测材料进行电化学快慢扫测试,并绘制快慢扫曲线,示例见图A.1。
图A.1 管线钢X70在酸性土壤模拟液中的快慢扫极化曲线
b) 根据快慢扫曲线进行区间划分。图A.1快、慢扫描曲线的相对差异可以分为4个电位区间。
SCC不扩展、AD、AD+HE、HE。
c) 根据A.4,在AD区间选择-650mV、-700mV;在AD+HE区间选择-750mV、-850mV、
-980mV;在HE区间选择-1050mV、-1200mV。在上述电位下分别通过SSRT测量实测
ISCC,见表A.1。
表A.1 实测ISCC与快慢扫电流
电位/mV if/(μA·cm-2) is/(μA·cm-2) 实测ISCC/%
-650 211.51 18.62 18.20
-700 197.15 0.41 23.24
-750 186.17 3.38 33.64
-850 168.88 11.99 51.43
表A.1 实测ISCC与快慢扫电流 (续)
电位/mV if/(μA·cm-2) is/(μA·cm-2) 实测ISCC/%
-980 49.69 55.94 72.88
-1050 117.11 157.15 37.22
-1200 694.26 810.77 40.24
d) 将实测ISCC与快慢扫电流值代入式(4)对应的区间,以AD区间为例。
18.20=ka·211.51·
211.51-18.62
18.62
÷+I0
23.24=ka·197.15·
197.15-0.41
0.41
÷+I0
(A.1)
计算得出ka=4.03×10-4,I0=17.546。
e) 同理计算得出AD、AD+HE和HE电位区间SCC敏感性与电流的关系,见式(A.2)。
ISCC=
4.03×10-4·if·
if-is
is
÷+17.546(if >is >0)
1.21· is -1.411×10-3·if·
if
is-
1 +40.043(if >0,is< 0)
4.68×10-3· is +36.435(if< 0,is< 0)
(A.2)
注1:ISCC仅适用于用断面收缩率计算的SCC敏感性。因为断面收缩率在SCC发生时能够最敏感地反映SCC裂纹
的扩展的影响。
注2:当is或if趋近于零电位电流时,需用实际的阴极或阳极电流密度计算,而不能从极化曲线数据上直接读取。
注3:在实际服役条件下,服役环境可能会受到温度、湿度、辐照度、氯离子浓度、污染物等因素影响而发生变化,此
时可能需要重新对SCC敏感性公式适用性进行评估,并做出修正。
注4:公式标定材料的状态和实际快速试验材料状态应保持一致。
附 录 B
(资料性)
部分典型服役环境模拟溶液
材料典型服役环境模拟溶液见表B.1。
表B.1 部分典型服役环境模拟溶液
典型环境 化学成分 参考文献 pH调节试剂
海水
0.4197mol/LNaCl+0.0546mol/LMgCl2+0.0288mol/L
Na2SO4+0.0105mol/LCaCl2+0.0093mol/L
KCl+0.0024mol/LNaHCO3+0.0008mol/L
KBr+0.0004mol/LH3BO3+0.0001mol/L
SrCl2+0.00007g/LNaF,pH=8.2
[2]、[3] 0.1mol/LNaOH
海洋大气
0.8555mol/LNaCl+0.0045mol/L
CaCl2+0.0035mol/LNa2SO4,pH=4
[8] 0.1mol/LCH3COOH
工业大气 0.01mol/LNaHSO3,pH=4 [4] 0.1mol/LCH3COOH
典型中性土壤
0.0058mol/LNaHCO3+0.0016mol/L
KCl+0.0012mol/LCaCl2+0.0005mol/LMgSO4
[5] -
典型碱性土壤
0.1mol/LNaHCO3+0.05mol/LNa2CO3+0.1mol/L
NaCl,pH=9.5
[6] 0.1mol/LNaOH
典型酸性土壤
0.0020mol/LCaCl2+0.016mol/L
NaCl+0.002mol/LNa2SO4+0.0016mol/L
MgSO4+0.0058mol/LKNO3+0.0036mol/LNaHCO3
[7] -
附 录 C
(资料性)
试验方法的应用实例---X80管线钢酸性土壤环境SCC敏感性测定
C.1 测试材料为管线钢X80,试验溶液为表B.1中的典型酸性土壤溶液。
C.2 电化学测试的样品尺寸为10mm×10mm×4mm,用导线焊接后以环氧树脂封装,预留1cm2的
工作面积。测试之前先用碳化硅砂纸打磨至3000#,用去离子水和酒精冲洗吹干。测试在普林斯顿3f
电化学工作站上进行,用三电极体系进行测试。管线钢作为工作电极,铂片作为对电极,饱和甘汞电极
(SCE)作为参比电极。用慢速和快速扫描两种动电位极化测试,快扫速率为50mV/s,慢扫速率为
0.5mV/s。扫描区间-1300mV~400mVvsSCE。
C.3 管线钢X80快速与慢速扫描动电位极化曲线如图C.1所示。
图C.1 管线钢X80在酸性土壤模拟液中的快慢扫极化曲线
C.4 根据快慢扫极化曲线区别可将分为3个区域,AD、AD+HE、HE,如图C.1所示。其中 HE区域
选取3个电位:-1200mV、-1100mV和-950mV,AD+HE区域选取4个电位:-924mV、-830mV、
-750mV和-702mV(开路电位)。这些电位作为标定电位,在上述电位下分别通过SSRT测量ISCC
以标定式(4)中各项常数参数。
C.5 SSRT试验的试样尺寸见GB/T 15970.7。试验前先将拉伸试样用SiC砂纸打磨至3000#,按照
拉应力方向进行打磨,精确测量试样横截面积,然后用酒精超声清洗后冷风吹风吹干备用。进行拉伸试
验时先在外加电位或开路状态下预腐蚀24h,预腐蚀时不施加拉伸载荷。外加电位通过商用恒电位仪
施加,SSRT试验在商用SSRT试验机上进行,应变速率为1×10-6/s。样品断裂后立即拆除装置取下
试样用去离子水和酒精清洗后吹干,测定断裂后断口处断面收缩率。
C.6 应力腐蚀开裂敏感性计算公式按式(C.1)计算。
ISCC= 1-
Ψs
Ψ0
÷×100% (C.1)
式中:
ISCC---以断面收缩率为指标的SCC敏感性;
Ψs ---在溶液中断面收缩率;
Ψ0 ---空气中断面收缩率。选取电位的ISCC如表C.1所示。
表C.1 X80钢在酸性土壤模拟液不同电位下的ISCC和快慢扫电流
电位/mV if/(μA·cm-2) is/(μA·cm-2) 实测ISCC/%
-702 75.68 11.80 25.26
-750 62.95 13.15 30.75
-830 37.93 17.06 36.64
-924 15.17 29.85 41.85
-950 75.85 35.73 22.02
-1100 109.90 95.28 34.86
-1200 208.45 174.58 50.36
C.7 对X80钢在酸性土壤模拟液中的不同电位区间SCC敏感性与电流的关系进行标定,将实测ISCC
与快慢扫电流值代入式(4)对应的区间,以HE区间为例获得相应标定方程组[式(C.2)]:
50.36=kc·95.28+Ic
34.86=kc·174.58+Ic{ (C.2)
计算得出kc=0.221,Ic=17.74。以此类推获得全部标定常数。
C.8 同理计算得出AD+HE和HE电位区间SCC敏感性与电流的关系,见式(C.3)。
ISCC=
0.936· is -8.72×10-3·if·
if
is-
1 +18.32(if >0,is< 0)
0.221· is +17.74(if< 0,is< 0)
ïï
ïï
(C.3)
C.9 如果现场的测得阴极电位为-800mV,其位于特征电位范围的 AD+HE机制电位区间,故将
-800mV下的快慢扫电流值带入式(C.3)得到该现场条件下的SCC敏感性指数ISCC-800mV,结果见
表C.2。
表C.2 -800mV下管线钢X80在酸性土壤模拟液中的ISCC
电位/mV if/(μA·cm-2) is/(μA·c......
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