關(guān)于晶間腐蝕試驗(yàn)標(biāo)準(zhǔn)的討論

楊 英,范 益,張萬靈

(南京鋼鐵股份有限公司研究院，江蘇 南京 210035)

關(guān)于晶間腐蝕試驗(yàn)標(biāo)準(zhǔn)的討論

楊 英,范 益,張萬靈

(南京鋼鐵股份有限公司研究院，江蘇 南京 210035)

對(duì)比了GB/T 4334—2008,ASTM A262—2013和ISO 3651—2—1998等五種不同晶間腐蝕試驗(yàn)標(biāo)準(zhǔn)在試樣制備、敏化制度、彎曲參數(shù)和試驗(yàn)器皿等方面的差異性。結(jié)果表明，相比于美國標(biāo)準(zhǔn)和歐洲標(biāo)準(zhǔn)而言，國標(biāo)對(duì)試樣表面粗糙度的要求較高，敏化制度也較嚴(yán)苛；在彎曲參數(shù)方面，GB/T 4334—2008最為嚴(yán)苛，往往導(dǎo)致焊接接頭試樣出現(xiàn)冷彎裂紋；在試驗(yàn)器皿方面，建議采用GB/T 15260—1994所推薦的內(nèi)冷式蛇形冷凝器作為沸騰硝酸試驗(yàn)的冷凝器。

晶間腐蝕試驗(yàn) 標(biāo)準(zhǔn) 熱酸浸泡法

晶間腐蝕試驗(yàn)方法主要可分為熱酸浸泡法和電化學(xué)方法兩大類。電化學(xué)方法具有簡單、快速和易適用于現(xiàn)場(chǎng)等優(yōu)點(diǎn)[1]，但同時(shí)具有實(shí)驗(yàn)結(jié)果影響因素眾多和重復(fù)性差等缺點(diǎn)，因此，在晶間腐蝕試驗(yàn)方法中，電化學(xué)方法往往用來做材料和工藝篩選，并不作為結(jié)果判定依據(jù)。熱酸浸泡法主要有硫酸—硫酸鐵試驗(yàn)、沸騰硝酸試驗(yàn)以及硫酸銅—質(zhì)量分?jǐn)?shù)16%硫酸試驗(yàn)等。前兩種方法屬于定量判定方法，適用于由σ相或貧鉻引起的晶間腐蝕；后一種方法屬于定性判定方法，適用于由貧鉻引起的晶間腐蝕[2]；由于前兩種方法是用腐蝕速率來表征晶間腐蝕嚴(yán)重程度，而實(shí)際工程應(yīng)用中設(shè)計(jì)單位又往往難于提供科學(xué)、合理、經(jīng)濟(jì)且符合應(yīng)用需求的腐蝕速率；而后一種方法可以直接給出材料合格與否的判據(jù)，因此，相比于前兩種方法而言，硫酸銅—質(zhì)量分?jǐn)?shù)16%硫酸試驗(yàn)方法應(yīng)用更為普遍。

1 不同標(biāo)準(zhǔn)間的差異性及討論

常用的晶間腐蝕試驗(yàn)標(biāo)準(zhǔn)有GB/T 4334—2008《 金屬和合金的腐蝕不銹鋼晶間腐蝕試驗(yàn)方法》、ASTM A262—2013《奧氏體不銹鋼晶間腐蝕敏感性的檢測(cè)規(guī)程》、ISO 3651—2—1998 《不銹鋼耐晶間腐蝕性的測(cè)定》、GB/T 15260—1994 《鎳基合金晶間腐蝕試驗(yàn)方法》和ASTM G28—2002 《檢測(cè)鍛造高鎳鉻軸承合金晶間腐蝕參數(shù)的試驗(yàn)方法》等，前三個(gè)標(biāo)準(zhǔn)主要針對(duì)不銹鋼晶間腐蝕試驗(yàn)；后兩個(gè)標(biāo)準(zhǔn)主要針對(duì)鎳基合金晶間腐蝕試驗(yàn)。下面針對(duì)三種不同試驗(yàn)方法詳述不同標(biāo)準(zhǔn)間存在的一些差異。

1.1 沸騰硝酸試驗(yàn)

1.1.1 試驗(yàn)器皿

ASTM A262—2013所推薦的試驗(yàn)器皿見圖1。

圖1 ASTM A262方法C所用試驗(yàn)器皿

GB/T 4334推薦采用回流冷凝器，但并未規(guī)定是球型或蛇形；GB/T 15260—1994標(biāo)準(zhǔn)推薦采用內(nèi)冷式蛇形冷凝器。從實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)來看，采用如圖1所示的冷凝器，冷卻效果不理想。在試驗(yàn)過程中沸騰的硝酸易從錐形燒瓶和冷凝器結(jié)合面逸出，造成硝酸質(zhì)量分?jǐn)?shù)發(fā)生變化，影響試驗(yàn)結(jié)果。試驗(yàn)過程中也可聞到硝酸的刺鼻氣味，證明硝酸有逸出。若將錐形燒瓶和冷凝器結(jié)合面采用磨口設(shè)計(jì)，則由于冷凝器冷卻能力不足，來不及冷卻的硝酸氣體在燒瓶中不斷累積，內(nèi)部氣壓不斷增大，極有可能導(dǎo)致試驗(yàn)器皿炸裂。相比于ASTM A262—2013標(biāo)準(zhǔn)而言，中國的國家標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定較為合理，不容易導(dǎo)致試驗(yàn)過程中溶液的揮發(fā)，其中GB/T 15260—1994推薦采用內(nèi)冷式蛇形冷凝器更為科學(xué)，因?yàn)橄跛釗]發(fā)性較強(qiáng)，內(nèi)冷式的蛇形冷凝器相比于其他冷凝器而言冷卻能力更強(qiáng)，能更好地保證溶液濃度的一致性。

1.1.2 硝酸質(zhì)量分?jǐn)?shù)

各標(biāo)準(zhǔn)均規(guī)定試驗(yàn)溶液的質(zhì)量分?jǐn)?shù)為(65±0.2)%，而實(shí)際上從市場(chǎng)上購買的硝酸試劑的質(zhì)量分?jǐn)?shù)為65%～68%，比標(biāo)準(zhǔn)要求的質(zhì)量分?jǐn)?shù)范圍要寬。若嚴(yán)格按照標(biāo)準(zhǔn)執(zhí)行，則需對(duì)購買的硝酸試劑進(jìn)行滴定，確定其實(shí)際質(zhì)量分?jǐn)?shù)后再配置成符合標(biāo)準(zhǔn)要求的硝酸溶液，這勢(shì)必會(huì)大大增加試驗(yàn)工作量。正因如此，目前行業(yè)內(nèi)的普遍做法也是直接采用質(zhì)量分?jǐn)?shù)為65%～68%硝酸試劑作為試驗(yàn)溶液。這種做法對(duì)于常規(guī)檢測(cè)來說是可取的，可以有效地減少試驗(yàn)工作量。然而，當(dāng)試驗(yàn)結(jié)果可疑，需要進(jìn)行仲裁試驗(yàn)時(shí)，則需嚴(yán)格按照標(biāo)準(zhǔn)執(zhí)行，配置質(zhì)量分?jǐn)?shù)為(65±0.2)%硝酸溶液作為試驗(yàn)溶液。

1.2 硫酸鐵—硫酸試驗(yàn)

1.2.1 試樣表面粗糙度

GB/T 15260—1994及GB/T 4334—2008對(duì)試樣表面粗糙度要求較高，粗糙度不超過0.8 μm，ASTM A262—2013及ASTM G28—2002對(duì)試樣表面粗糙度要求比較低，只需要采用80號(hào)或120號(hào)砂紙打磨即可。在沸騰硝酸試驗(yàn)中，同樣也是國標(biāo)要求高于美標(biāo)。試樣表面越粗糙，表面不均勻性增加，腐蝕速率會(huì)有所增加，從這個(gè)角度來說，美標(biāo)要求更苛刻一些；從試驗(yàn)工作量的角度來說，采用較粗的砂紙打磨試樣可以極大地減少工作量，更適用于企業(yè)的常規(guī)檢測(cè)。

1.2.2 敏化制度

GB/T 15260—1994及ASTM G28—2002對(duì)敏化制度無明確規(guī)定，由供需雙方協(xié)商；GB/T 4334—2008推薦的敏化制度為650 ℃，2 h;ASTM A262—2013推薦的敏化制度為675 ℃，1 h。從這個(gè)角度來說，GB/T 4334—2008標(biāo)準(zhǔn)最苛刻。

1.2.3 試驗(yàn)時(shí)間

GB/T 15260—1994及ASTM G28—2002試驗(yàn)時(shí)間規(guī)定類似，根據(jù)材料的化學(xué)成分分為24 h和120 h兩種。GB/T 4334—2008及ASTM A262—2013則統(tǒng)一按照120 h進(jìn)行試驗(yàn)。

1.3 硫酸銅—16%硫酸試驗(yàn)

1.3.1 試驗(yàn)表面粗糙度

GB/T 15260—1994及GB/T 4334—2008均要求表面粗糙度不超過0.8 μm，ASTM A262—2013,ASTM G28—2002以及ISO 3651—2—1998則采取120號(hào)砂紙打磨即可。ASTM A262—2013、ASTM G28—2002以及ISO 3651—2—1998這么規(guī)定主要是出于減小試驗(yàn)工作量的目的。但若試樣表面太過粗糙，則會(huì)對(duì)彎曲后試樣表面裂紋評(píng)定產(chǎn)生干擾。因此，試驗(yàn)時(shí)應(yīng)盡量保證受拉面的光潔度，減少對(duì)彎曲后試樣表面裂紋誤判的幾率。從這個(gè)角度來說，國標(biāo)比歐標(biāo)和美標(biāo)更為合理一些。

1.3.2 試驗(yàn)時(shí)間

GB/T 4334—2008規(guī)定的試驗(yàn)時(shí)間為16 h；ASTM A262—2013規(guī)定的試驗(yàn)時(shí)間至少為15 h；GB/T 15260—1994規(guī)定的試驗(yàn)時(shí)間為24 h或者72 h；ISO 3651—2—1998規(guī)定的試驗(yàn)時(shí)間為20 h。盡管各國標(biāo)準(zhǔn)中的試驗(yàn)時(shí)間規(guī)定不一致，原則上講試驗(yàn)時(shí)間長可使試驗(yàn)更苛刻，但實(shí)際上在各標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定的試驗(yàn)時(shí)間下的試驗(yàn)結(jié)果很少存在明顯差異[3]。

1.3.3 彎曲參數(shù)

在眾多關(guān)于國家標(biāo)準(zhǔn)的探討中，彎曲參數(shù)的爭議最大。行業(yè)內(nèi)普遍認(rèn)為[4-7]，現(xiàn)行國家標(biāo)準(zhǔn)中關(guān)于彎曲參數(shù)的規(guī)定(壓頭直徑5 mm，彎曲角度180°)過于嚴(yán)苛，母材往往能通過測(cè)試，而焊接接頭則經(jīng)常發(fā)生冷彎斷裂現(xiàn)象。根據(jù)國標(biāo)GB/T 4334—2008的規(guī)定，試樣受壓面的纖維延伸率至少要在37.5%以上才有可能通過彎曲試驗(yàn)，而焊材熔敷金屬的延伸率比較低，且焊縫組織與母材不同。對(duì)于奧氏體不銹鋼而言，母材一般為單相的奧氏體組織，焊縫組織為柱狀?yuàn)W氏體基體上分布著少量樹枝狀鐵素體組織，熱影響區(qū)為較粗大的奧氏體。由于金相組織的差異性，決定了母材的單相奧氏體的塑性明顯要高于焊縫和熱影響區(qū)。

南京某鋼鐵公司生產(chǎn)的Q370qD+316L復(fù)合板覆層焊接接頭經(jīng)晶間腐蝕試驗(yàn)后的彎曲外貌見圖2。由圖2可知，試樣表面產(chǎn)生了裂紋，但并不是典型的晶間腐蝕裂紋，而是由于焊接接頭塑性不足導(dǎo)致的。對(duì)晶間腐蝕后的試樣進(jìn)行金相觀察，結(jié)果如圖3所示。由圖3可知，試樣經(jīng)晶間腐蝕試驗(yàn)后，母材未浸蝕出組織，焊縫表現(xiàn)為奧氏體+高溫鐵素體組織，熱影響區(qū)為粗大的奧氏體組織，但晶界線條粗細(xì)均勻，無晶粒脫落現(xiàn)象，未見典型的晶間腐蝕刻蝕形貌[8-9]。

圖2 316L覆層晶間腐蝕后外貌

圖3 316L覆層晶腐后的顯微組織

在晶間腐蝕試驗(yàn)中，用彎曲方法來評(píng)定晶間腐蝕試驗(yàn)的傾向性，是用適量的變形加速晶間腐蝕裂紋的暴露，但不應(yīng)超過試樣允許的塑性變形量。如果試樣存在晶間腐蝕，則晶粒間的結(jié)合力已大大減弱，材料的塑性也大為降低，施加較小的變形量即可觀察到裂紋，沒有必要進(jìn)行大變形量的冷彎試驗(yàn)。實(shí)踐可知，GB/T 4334—2008彎曲參數(shù)過于嚴(yán)苛，往往導(dǎo)致試樣，尤其是焊接接頭試樣出現(xiàn)冷彎裂紋。雖然試驗(yàn)者可以用金相等輔助方法來判定其是否屬于晶間腐蝕裂紋，但也在某種程度上增加了試驗(yàn)工作量，造成了不必要的人力和物力的浪費(fèi)。從這個(gè)角度來說，歐標(biāo)ISO 3651—2—1998(彎曲直徑為2倍的試樣厚度，彎曲角度為90°)比國標(biāo)更為合理一些。對(duì)于試驗(yàn)者而言，當(dāng)按照GB/T 4334—2008方法E進(jìn)行試驗(yàn)時(shí)，試樣尤其是焊接接頭試樣在晶間腐蝕試驗(yàn)后出現(xiàn)裂紋，一定要謹(jǐn)慎對(duì)待，須采用金相法進(jìn)行輔助判定。

2 結(jié) 語

針對(duì)硫酸鐵—硫酸試驗(yàn)、沸騰硝酸試驗(yàn)及硫酸銅—質(zhì)量分?jǐn)?shù)16%硫酸試驗(yàn)這三種常見的晶間腐蝕試驗(yàn)方法，對(duì)比了不同標(biāo)準(zhǔn)在試驗(yàn)器皿、表面粗糙度、敏化制度和彎曲參數(shù)等方面的差異性，主要結(jié)論如下：

(1)在彎曲參數(shù)方面，GB/T 4334—2008最為嚴(yán)苛，往往導(dǎo)致試樣，尤其是焊接接頭試樣出現(xiàn)冷彎裂紋，試驗(yàn)時(shí)應(yīng)謹(jǐn)慎對(duì)待，用金相法進(jìn)行輔助判定；

(2)在試樣表面粗糙度方面，應(yīng)從試驗(yàn)?zāi)康摹⒃囼?yàn)工作量和對(duì)試樣結(jié)果的影響程度等方面進(jìn)行綜合考慮；

(3)在試驗(yàn)器皿方面，對(duì)于沸騰硝酸試驗(yàn)，建議采用內(nèi)冷式蛇形冷凝器作為冷卻器皿。

[1] 秦麗雁.不銹鋼應(yīng)用中的幾個(gè)腐蝕問題研究[D].天津大學(xué)，2006.

[2] 于曉飛.304、316不銹鋼晶間腐蝕的實(shí)驗(yàn)與理論研究[D].山東大學(xué)，2010.

[3] 黃嘉琥.關(guān)于奧氏體不銹鋼晶間腐蝕敏感性試驗(yàn)的各種標(biāo)準(zhǔn)中一些問題的探討[J].壓力容器，2013,30(1):54-59.

[4] 蔡琍君.關(guān)于奧氏體不銹鋼晶間腐蝕評(píng)定方法的修改建議[J].壓力容器，1998,15(5):1-6.

[5] 徐在林.關(guān)于奧氏體不銹鋼晶間腐蝕試驗(yàn)的幾點(diǎn)體會(huì)[J].焊接，2000(6):39-40.

[6] 王慶田，羅英.奧氏體不銹鋼焊接接頭晶間腐蝕試驗(yàn)的理解與爭議—探討統(tǒng)一相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)要求的可能性[J].壓力容器，2012,29(11):47-51.

[7] 李平瑾.關(guān)于奧氏體不銹鋼焊接接頭晶間腐蝕試驗(yàn)標(biāo)準(zhǔn)中彎曲試驗(yàn)參數(shù)的選取[J].壓力容器，2013,30(10):24-35.

[8] 麻春英.奧氏體不銹鋼的焊接缺陷分析及防治措施[J].熱加工工藝，2015,44(17):243-246.

[9] 秦麗雁，張壽祿，宋詩哲.典型不銹鋼晶間腐蝕敏化溫度的研究[J].中國腐蝕與防護(hù)學(xué)報(bào)，2006,26(1):1-5.

(編輯 張向陽)

Discussion on the Standard of Intergranular Corrosion Test

YangYing,FanYi,ZhangWanling

(ResearchInstituteofNanjingIronandSteelCo.,Ltd.,Nanjing210035,China)

Five different intergranular corrosion test standards, such as GB/T 4334, ASTM A262, ISO 3651, etc., are compared in the aspects of specimen preparation, sensitization system, bending parameters and test vessel. The results reveal that compared with American and European standards, Chinese standards are more strict with respect to surface roughness and sensitization treatment of specimens; GB/T 4334—2008 is the most stringent in terms of bending parameters, which often lead to the appearance of cold bending crack in the welded joint specimen; in the case of test vessel, coiled oval condenser mentioned in GB/T 15260 standard is proposed to be applied in the nitric acid intergranular corrosion test.

intergranular corrosion test, standard, dipping in hot acid

2016-06-25；修改稿日期：2016-08-17。

楊英(1983-)，工程師,博士，主要從事鋼鐵腐蝕與防護(hù)研究。E-mail：yangying@njsteel.com.cn