HR3C不銹鋼晶間腐蝕敏感性檢測

周 勇，方 坤，熊金平，劉昱杰

(1.北京化工大學教育部碳纖維及功能高分子材料重點實驗室，北京 100029;2.北京化工大學材料電化學過程與技術(shù)北京市重點實驗室，北京 100029;3.中國特種設(shè)備檢測研究院，北京100013)

引 言

某廠1000MW超臨界鍋爐末級再熱器前側(cè)管屏的左數(shù)第38屏下數(shù)第1根管后側(cè)彎頭處管子是由HR3C不銹鋼材料制造，其管壁厚和外徑分別是6.5mm和63.5mm。管子在最高平均壁溫629℃、蒸汽壓力6.78MPa的情況下運行了6000h后，雖然從外觀上看不到管子的腐蝕，但是廠方仍然擔心管子存在晶間腐蝕。由于晶間腐蝕的發(fā)生可以削弱晶粒之間的結(jié)合力，嚴重時甚至可以使材料的機械強度完全喪失［1］，加之不銹鋼屬于晶間腐蝕敏感性較高的一類材料［2-4］，因此廠方委托對HR3C奧氏體不銹鋼管子進行了晶間腐蝕及其敏感性研究。

1 實驗

1.1 實驗材料

實驗材料為廠方提供的HR3C奧氏體不銹鋼管子，其ASTM標準化學成分［5］見表1所示。

表1 HR3C奧氏體不銹鋼ASTM標準成分

1.2 金相分析

將送檢的HR3C不銹鋼管子加工為1cm×1cm的試樣，然后依次用240#～1500#水砂紙打磨，經(jīng)過拋光機拋光后用無水乙醇和蒸餾水洗凈，在王水中浸蝕30s后在金相顯微鏡上觀察其組織結(jié)構(gòu)。

1.3 10%草酸浸蝕試驗

根據(jù)GB/T4334-2008標準規(guī)定［6］，檢驗奧氏體不銹鋼晶間腐蝕敏感性，首先對其進行10%草酸浸蝕試驗。

將送檢的HR3C不銹鋼管子加工為1cm×1cm的試樣，然后依次用240#～1500#水砂紙打磨，經(jīng)過拋光機拋光后用無水乙醇和蒸餾水洗凈備用，將處理過的HR3C不銹鋼試樣作為陽極，316L不銹鋼板作為陰極，在10%草酸溶液中，θ為20℃，Ja為1 A/cm2電解浸蝕90s，用無水乙醇和蒸餾水洗凈后，在金相顯微鏡下觀察試樣的全部浸蝕表面，參照GB/T4334-2008標準對試驗結(jié)果進行評價。

1.4 硫酸-硫酸銅腐蝕試驗

按照GB/T4334-2008標準［6］，奧氏體不銹鋼進行10%草酸浸蝕試驗后，如出現(xiàn)階梯組織、混合組織或凹坑組織，可以確定其晶間腐蝕敏感性低;如出現(xiàn)溝狀組織，則不能確定材料晶間腐蝕的敏感性，需要通過硫酸-硫酸鐵腐蝕試驗、65%硝酸腐蝕試驗、硝酸-氫氟酸腐蝕試驗或硫酸-硫酸銅腐蝕試驗中的一種進一步檢驗材料的晶間腐蝕敏感性。本研究選用硫酸-硫酸銅腐蝕試驗對送檢的HR3C不銹鋼管子的晶間腐蝕敏感性進行分析和研究。

硫酸-硫酸銅溶液的配制:將100g硫酸銅溶解于700mL去離子水中，再加入100mL硫酸(均為分析純)，用去離子水稀釋至1000mL。

硫酸-硫酸銅腐蝕試驗具體操作為:在燒瓶底部鋪一層w＞99.5%的銅粉，然后放置打磨拋光后的HR3C試樣，試樣與銅粉接觸良好。向燒瓶中加入已配置好的硫酸-硫酸銅溶液，溶液高出試樣20mm以上，將燒瓶放在加熱裝置上并安裝回流冷凝器，通以冷卻水，加熱溶液并使之保持微沸狀態(tài)，試驗連續(xù)進行16h。結(jié)束后將HR3C試樣取出，用無水乙醇和蒸餾水洗凈后在金相顯微鏡下觀察試樣的全部表面，參照GB/T4334-2008標準對試驗結(jié)果進行評價。

2 結(jié)果與討論

2.1 晶間腐蝕狀況

圖1 為在金相顯微鏡下觀察的HR3C金相組織照片。圖1(a)是HR3C不銹鋼的標準金相組織［7］，圖1(b)是送檢的HR3C不銹鋼試樣在王水中浸蝕30s后的金相組織。

圖1 HR3C的金相組織照片

通過對比圖1(a)和圖1(b)發(fā)現(xiàn)，送檢樣的金相組織正常，晶粒未出現(xiàn)變形，也未見其他組織、夾雜物或析出相的存在，說明送檢的HR3C不銹鋼試樣沒有出現(xiàn)晶間腐蝕問題。

2.2 晶間腐蝕敏感性

為了檢驗HR3C不銹鋼晶間腐蝕敏感性，先進行了10%草酸浸蝕試驗，結(jié)果如圖2所示。圖2(a)是GB/T4334-2008標準給出的HR3C不銹鋼進行10%草酸浸蝕試驗后所得的標準溝狀組織，圖2(b)是對送檢的HR3C不銹鋼進行10%草酸浸蝕試驗后在金相顯微鏡下觀察到的金相組織。

圖2 10%草酸浸蝕試驗后的金相組織

從圖2(b)中可以看出，送檢的HR3C不銹鋼進行10%草酸浸蝕試驗后，其金相組織也呈溝狀。按照GB/T4334-2008標準中的規(guī)定，HR3C不銹鋼進行10%草酸浸蝕試驗后，如果出現(xiàn)溝狀組織，則不能確定HR3C不銹鋼晶間腐蝕的敏感性，應進一步通過硫酸-硫酸銅腐蝕試驗檢驗其晶間腐蝕敏感性。為此又對送檢的HR3C不銹鋼進行硫酸-硫酸銅腐蝕試驗，試驗結(jié)果如圖3所示。

圖3 硫酸-硫酸銅腐蝕試驗后的金相組織照片(100×)

由圖3的HR3C不銹鋼的金相組織可以看出，送檢的HR3C不銹鋼沒有發(fā)生晶間腐蝕的跡象，因此可以得出結(jié)論，HR3C不銹鋼不容易發(fā)生晶間腐蝕，即其晶間腐蝕敏感性低。

3 結(jié)論

送檢的HR3C不銹鋼金相組織正常，無晶間腐蝕存在;對其進行10%草酸浸蝕試驗和硫酸-硫酸銅腐蝕試驗后發(fā)現(xiàn)，HR3C不銹鋼晶間腐蝕敏感性低，是耐晶間腐蝕的鋼種。

［1］魏保民.金屬腐蝕理論及應用［M］.北京:化學工業(yè)出版社，1984:156-158.

［2］掌聲韓，邊娜，史艷玲，等.奧氏體不銹鋼晶間腐蝕研究狀況［J］.江蘇化工，2008，(3):45-47.

［3］李慶海，趙恒慶，孫國豪，等.乙二醇蒸發(fā)塔的晶間腐蝕［J］.石油化工腐蝕與防護，2006，(1):24-26.

［4］黨政軍，張鴻儉，隋支承，等.草酸法檢測鐵素體不銹鋼對晶間腐蝕的敏感性［J］.沈陽工業(yè)學院學報，2000，(4):41-46.

［5］于鴻垚，董建新，謝錫善.新型奧氏體耐熱鋼HR3C的研究進展［J］.世界鋼鐵，2010，(2):42-49.

［6］GB/T4334-2008.金屬和合金的腐蝕不銹鋼晶間腐蝕實驗方法［S］.

［7］李炯輝.金屬材料金相圖譜［M］.北京:機械工業(yè)出版社，2006:831-843.