摘 要:晶間腐蝕敏感性是不銹鋼的重要檢驗(yàn)項(xiàng)目之一。GB/T4334—2020現(xiàn)已發(fā)布實(shí)施,針 對(duì)標(biāo)準(zhǔn)更新內(nèi)容進(jìn)行解讀和分析。新標(biāo)準(zhǔn)在名稱、取樣和制備以及敏化制度等方面進(jìn)行了一系列 改動(dòng);在試驗(yàn)方法上進(jìn)行了較大更新,廢除了硝酸-氫氟酸法,新增銅-硫酸銅-35%(質(zhì)量分?jǐn)?shù),下同) 硫酸法和40%硫酸-硫酸鐵法;明確了各類試驗(yàn)方法的使用條件和適用范圍;對(duì)彎曲評(píng)定法的試驗(yàn) 參數(shù)進(jìn)行了變更。 

關(guān)鍵詞:不銹鋼;晶間腐蝕;標(biāo)準(zhǔn);解讀 

中圖分類號(hào):TG115                                               文獻(xiàn)標(biāo)志碼:A                                             文章編號(hào):1001-4012(2022)05-0074-04

從20世紀(jì)20年代起,科學(xué)界開始對(duì)不銹鋼晶間 腐蝕產(chǎn)生原因和不銹鋼晶間腐蝕敏感性檢驗(yàn)技術(shù)進(jìn) 行研究。1943年美國(guó)首先發(fā)布了奧氏體不銹鋼晶間 腐蝕檢驗(yàn)方法標(biāo)準(zhǔn) ASTM A262StandardPractics forDetectingSusceptibilitytoIntergranularAttackin AusteniticAtainlessSteels,1979年又發(fā)布了鐵素體不 銹鋼晶間腐蝕檢驗(yàn)方法標(biāo)準(zhǔn) ASTM A763Standard PracticsforDetectingSusceptibilitytoIntergranular AttackinFerriticStainlessSteels,此后各主要工業(yè)國(guó) 家和組織也制定了檢驗(yàn)標(biāo)準(zhǔn)[1]。近年來歐盟標(biāo)準(zhǔn)都 采用了ISO3651-(1~2):1998,日本、美國(guó)標(biāo)準(zhǔn)中的 一些內(nèi)容也逐步向ISO 靠攏。國(guó)內(nèi)現(xiàn)已形成了較為 獨(dú)立、完善的試驗(yàn)標(biāo)準(zhǔn)系列。截至2020年11月,國(guó) 內(nèi)晶間腐蝕試驗(yàn)標(biāo)準(zhǔn)通用版本為 GB/T4334—2008 《金屬和合金的腐蝕 不銹鋼晶間腐蝕試驗(yàn)方法》,其 主要內(nèi)容與上述國(guó)家或組織的標(biāo)準(zhǔn)基本一致,僅在試 驗(yàn)方法、適用范圍和敏化制度的選擇上有所差別。 

新標(biāo) 準(zhǔn) GB/T4334—2020 結(jié) 合 ISO 3651-1: 1998《不銹鋼耐晶間腐蝕的測(cè)定 第1部分:奧氏體 及鐵素體-奧氏體(雙相)不銹鋼 含硝酸介質(zhì)中的腐 蝕試驗(yàn)》和ISO3651-2:1998《不銹鋼耐晶間腐蝕的測(cè)定 第 2 部分:鐵素體、奧氏 體 及 鐵 素 體-奧 氏 體 (雙相)不銹鋼 含硫酸介質(zhì)中的腐蝕試驗(yàn)》進(jìn)行了重 新起草,在結(jié)構(gòu)和內(nèi)容上對(duì) GB/T4334—2008進(jìn)行 修整,主要包括標(biāo)準(zhǔn)名稱、取樣及制備、敏化制度和 試驗(yàn)方法等4個(gè)方面。

1 標(biāo)準(zhǔn)名稱 

由于雙相不銹鋼的應(yīng)用普及較晚,尚無與其相 關(guān)的晶間腐蝕試驗(yàn)標(biāo)準(zhǔn)。目前,德、法、英等歐洲國(guó) 家的晶間腐蝕試驗(yàn)標(biāo)準(zhǔn)已經(jīng)完全等效采用了標(biāo)準(zhǔn) ISO3651。標(biāo)準(zhǔn)ISO3651-1:1998中明確規(guī)定其適 用范圍為奧氏體及鐵素體-奧氏體雙相不銹鋼。標(biāo) 準(zhǔn)ISO3651-2:1998中明確規(guī)定其適用范圍為鐵素 體不銹鋼、奧氏體不銹鋼及鐵素體-奧氏體雙相不 銹鋼。

國(guó)內(nèi)標(biāo)準(zhǔn) GB/T4334—2008試驗(yàn)方法也大都 適用于奧氏體不銹鋼,僅 E 法明確地指出了其適用 于奧氏體、鐵素體-奧氏體雙相不銹鋼。對(duì)于鐵素體 不銹鋼,近年國(guó)內(nèi)相繼發(fā)布了鐵素體不銹鋼的晶間 腐蝕標(biāo)準(zhǔn) GB/T31935—2015 《金屬和合金的腐蝕 低鉻 鐵 素 體 不 銹 鋼 晶 間 腐 蝕 試 驗(yàn) 方 法》和 GB/T 32571—2016《金屬和合金的腐蝕 高鉻鐵素體不銹 鋼晶間腐蝕試驗(yàn)方法》。新標(biāo)準(zhǔn) GB/T4334—2020 將名稱變更為 《金屬和合金的腐蝕 奧氏體及鐵素 體-奧氏體(雙相)不銹鋼晶間腐蝕試驗(yàn)方法》,明確 了雙相不銹鋼的適用范圍,便于使用和實(shí)施,符合行 業(yè)發(fā)展需求。至此,國(guó)內(nèi)已建立了針對(duì)不同類型不 銹鋼晶間腐蝕試驗(yàn)方法的相應(yīng)標(biāo)準(zhǔn)體系(見表1)。

2 取樣及制備 

鐵 素 體 不 銹 鋼 晶 間 腐 蝕 試 驗(yàn) 標(biāo) 準(zhǔn) GB/T 31935—2015 和 GB/T 32571—2016 在 GB/T 4334—2008的基礎(chǔ)上,對(duì)取樣及制備方法進(jìn)行了改 進(jìn),涉 及 了 試 樣 尺 寸 和 試 驗(yàn) 報(bào) 告。新 標(biāo) 準(zhǔn) GB/T 4334—2020與鐵素體不銹鋼晶間腐蝕試驗(yàn)標(biāo)準(zhǔn)作 了適當(dāng)?shù)牡韧?使不同類型不銹鋼晶間腐蝕試驗(yàn)在 取樣及制備要求上得到了統(tǒng)一。此外,對(duì)于彎曲法 取樣要求附加了備注:因試樣尺寸有限無法對(duì)同一 試樣的兩個(gè)被檢驗(yàn)面進(jìn)行彎曲,則可取兩個(gè)試樣,分 別彎曲兩個(gè)試樣的不同檢驗(yàn)面,作為代替試驗(yàn)。同 時(shí),取樣時(shí)標(biāo)記出兩個(gè)試樣的檢驗(yàn)面。這種取樣要 求體現(xiàn)了制樣的靈活性和標(biāo)準(zhǔn)的科學(xué)性、合理性。

3 敏化制度 

某研究院試驗(yàn)分析表明,8mm 厚度的18-8鋼 板的正常焊條電弧焊試樣的晶間腐蝕敏化程度不超 過鋼板試樣經(jīng)650 ℃敏化15min的晶間腐蝕敏化 程度,因而認(rèn)為1h的敏化時(shí)間,對(duì)焊接構(gòu)件而言留 有較大余地[2]。GB/T4334—2008敏化制度規(guī)定, 超低碳鋼(碳的質(zhì)量分?jǐn)?shù)不大于0.03%)和穩(wěn)定化 鋼種(添加鈦或鈮)的敏化處理溫度為650 ℃,壓力加工試樣保溫2h,鑄件保溫1h,空冷,無供需雙方 協(xié)商條款。這一規(guī)定導(dǎo)致試驗(yàn)敏化制度沒有任何調(diào) 整空間。實(shí)際上,對(duì)于不同牌號(hào)、不同合金含量的不 銹鋼,其第二相析出的敏感溫度是有差異的,將敏化 溫度限定在一個(gè)固定溫度顯然不合理[3]。大量試驗(yàn) 研究表明[2,4],使用 GB/T4334—2008標(biāo)準(zhǔn)的敏化 制度往往會(huì)造成試驗(yàn)過程中試樣的非晶間腐蝕開 裂,從而增加了評(píng)定工作量。ASTM A262要求敏 化溫度為650~675℃,對(duì)敏化時(shí)間和冷卻方式不作 強(qiáng)制要 求,但 是 推 薦 了 一 種 常 用 的 敏 化 制 度,即 675 ℃,保溫1h,同時(shí)也允許供需雙方協(xié)商敏化時(shí) 間及冷卻方式。ASTM262中的 E 法特別提到,除 非需方聲明,否則可以使用ISO 3651-2中的 A 法 替代該試驗(yàn),以及使用ISO 3651-2 推薦的敏化制 度,說明 ASTM A262對(duì)ISO3651的敏化制度也是 認(rèn)可的。 

新標(biāo) 準(zhǔn) GB/T4334—2020 對(duì) 于 奧 氏 體 不 銹 鋼,采用 GB/T4334—2008 的 敏 化 制 度。對(duì) 于 鐵 素體-奧氏體雙相不銹鋼,推薦使用ISO3651-2的 敏化制度。對(duì)于其他不銹鋼試樣是否需要敏化處 理以及敏化 處 理 制 度 的 選 擇,由 產(chǎn) 品 標(biāo) 準(zhǔn) 或 供 需 雙方協(xié)商確定。表2為標(biāo)準(zhǔn) GB4334—2020推薦 的敏化制度。 

4 試驗(yàn)方法

4.1 C法(65%硝酸法)硝酸溶液

關(guān)于 C法溶液的配制,標(biāo)準(zhǔn)要求將符合 GB/T 626《化學(xué)試劑 硝酸》的優(yōu)級(jí)純硝酸用蒸餾水或去 離子水配制成(65.0±0.2)%(質(zhì)量分?jǐn)?shù),下同)的硝 酸溶液。該配制方法較為繁瑣,需要對(duì)硝酸試劑進(jìn) 行滴定,確定其實(shí)際質(zhì)量分?jǐn)?shù)后再配制符合標(biāo)準(zhǔn)要 求的硝酸溶液,大大增加了工作量。有研究表明,硝 酸質(zhì)量分?jǐn)?shù)對(duì)不銹鋼腐蝕速率的影響較大[5]。C法 規(guī)定試驗(yàn)需進(jìn)行5個(gè)周期,每個(gè)周期48h,且每個(gè)周 期使用新配制的試液。硝酸在滴定過程中會(huì)產(chǎn)生誤 差,影響試樣的腐蝕速率。經(jīng)過多次周期、長(zhǎng)時(shí)間試 驗(yàn),誤差不斷累積,對(duì)試驗(yàn)結(jié)果影響較大。

新標(biāo)準(zhǔn) GB/T4334—2020在硝酸法溶液配制 方法后備注ρ20 =1.40g/mL(ρ20 為 20 ℃ 下 的 密 度),表示可以采用比重法間接測(cè)定所配試液濃度是 否符合要求,提升了試驗(yàn)的可操作性和便捷性,減小 了試驗(yàn)誤差。

4.2 廢除 D法(10%硝酸+3%氫氟酸法) 

硝酸-氫氟酸法最早于1984年修改采用自日本 標(biāo)準(zhǔn)JISG0574—1980《不銹鋼硝酸-氫氟酸腐蝕試 驗(yàn)方法》。ASTM A262早期版本中也包含 D法,并 特別指明適用于測(cè)定316/316L不銹鋼中僅是由于 碳化鉻而非σ相引起的晶間腐蝕,但在發(fā)布 ASTM A262-1998時(shí)廢除了此法。當(dāng)前其他各國(guó)和組織 的試驗(yàn)標(biāo)準(zhǔn)中已無此方法。從適用性來講,硝酸-氫 氟酸法僅適用于非穩(wěn)定化的含鉬奧氏體不銹鋼,不 適用于雙相不銹鋼,有其局限性。從試驗(yàn)方法來講, 試樣在此溶液中的腐蝕電位處在活化-鈍化區(qū),均勻 腐蝕速率較高,所以必須采用參照試樣,借助腐蝕速 率比值的評(píng)定方法來排除均勻腐蝕的干擾影響。此 外,該方法試驗(yàn)溫度為70 ℃,既非室溫,又未達(dá)沸 點(diǎn),控制相對(duì)不方便。試驗(yàn)溶液含有劇毒的氫氟酸, 不能使用常規(guī)的玻璃容器,而需采用耐硝酸和氫氟 酸腐蝕的特制塑料容器,試驗(yàn)過程產(chǎn)生的水汽對(duì)人 員健康 也 不 利,導(dǎo) 致 該 方 法 一 直 未 被 廣 泛 使 用。 GB/T4334—2008雖然還保留了硝酸-氫氟酸法(D 法),但從 GB/T21433—2008 《不銹鋼壓力容器晶間腐蝕敏感性檢驗(yàn)》開始對(duì)壓力容器晶間腐蝕試驗(yàn) 已經(jīng)不推薦使用該方法。

4.3 修改 E法(銅-硫酸銅-16%硫酸)彎曲參數(shù)

在眾多關(guān)于晶間腐蝕試驗(yàn)標(biāo)準(zhǔn)的探討中,對(duì)于 彎曲參 數(shù) 的 爭(zhēng) 議 最 大。 行 業(yè) 內(nèi) 普 遍 認(rèn) 為,GB/T 4334—2008中關(guān)于彎曲參數(shù)的規(guī)定過于嚴(yán)苛,母材 往往能通過測(cè)試,而焊接件經(jīng)常會(huì)發(fā)生冷彎斷裂,導(dǎo) 致使用 E 法時(shí)往往會(huì)增加很多金相檢驗(yàn)的工作[6]。 為此,相關(guān)單位進(jìn)行了大量的試驗(yàn)研究,多篇報(bào)道建 議修改彎曲試驗(yàn)參數(shù)[6-8]。

新標(biāo)準(zhǔn) GB/T4334—2020關(guān)于彎曲參數(shù)保留 了壓力加工件試樣彎曲角度為180°,對(duì)于焊管和焊 接件規(guī)定彎曲角度由原來的180°改為不小于90°, 主要是考慮到焊接件塑性較差,即使不經(jīng)過晶間腐 蝕試驗(yàn),彎曲到180°后也會(huì)由于冷變形而超過其塑 性,導(dǎo)致開裂。對(duì)于鑄鋼件的彎曲角度從90°改為 不小于90°,兼容了此前版本的要求。對(duì)于低韌性 材料參照了 ASTM A262,無須彎曲180°,而是采用 一個(gè)未經(jīng)過腐蝕環(huán)境侵蝕的試樣來確定該材料不產(chǎn) 生冷彎裂紋的最大彎曲角度,以此作為彎曲試驗(yàn)的 彎曲角度。

近年來,無論是理論計(jì)算還是試驗(yàn)研究都表明 壓頭直徑對(duì)于彎曲試驗(yàn)結(jié)果有很大的影響[6,9]。對(duì) 此,新標(biāo)準(zhǔn) GB/T4334—2020對(duì)壓頭直徑也進(jìn)行了 修正,對(duì)于壓力加工件,彎曲試驗(yàn)用的壓頭直徑應(yīng)不 大于試樣厚度的2倍;對(duì)于鑄鋼件、焊管和焊接件, 彎曲試驗(yàn)用的壓頭直徑應(yīng)不大于試樣厚度的4倍, 這與ISO3651-2是等同的。相比于 ASTM A262, 其優(yōu)點(diǎn)在于不需要針對(duì)每個(gè)厚度采用不同直徑的壓 頭。在新標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定下,對(duì)于壓力加工件而言,原先的 5mm 壓頭適用于厚度不小于2.5mm 的試樣,對(duì)于 鑄件、焊接件等低塑性工件,其適用于厚度不小于 1.25mm 的試樣。 

4.4 新增F法(銅-硫酸銅-35%硫酸)和 G 法(40% 硫酸-硫酸鐵) 

GB/T4334—2008規(guī)定的晶間 腐 蝕 試 驗(yàn) 方 法 多適用于奧氏體不銹鋼,僅有 E 法明確地指出了其 適用于雙相不銹鋼,這對(duì)于雙相不銹鋼晶間腐蝕試 驗(yàn)方法的選擇過于單一。有文獻(xiàn)表明[10],對(duì)高鉻鉬 的奧氏體不銹鋼和雙相不銹鋼,采用 16% 硫酸-硫 酸銅法檢驗(yàn)晶間腐蝕的結(jié)果往往與工程實(shí)際不相 符。ISO3651:1998首次列出了35%硫酸-硫酸銅銅屑試驗(yàn) 法 和 40% 硫 酸-硫 酸 鐵 試 驗(yàn) 法,但 GB/T 4334—2008并未納入,導(dǎo)致國(guó)內(nèi)部分不銹鋼產(chǎn)品在 晶間腐蝕檢驗(yàn)時(shí)面臨無相關(guān)國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)可依的困境, 只能引用ISO 標(biāo)準(zhǔn),如標(biāo)準(zhǔn) GB/T21433—2008中 引用了標(biāo)準(zhǔn)ISO3651-(1~2)。

新 標(biāo) 準(zhǔn) GB/T 4334—2020 在 GB/T 4334— 2008的基礎(chǔ)上增加 F法(銅-硫酸銅-35%硫酸)和 G 法(40% 硫 酸-硫 酸 鐵),并 給 出 了 適 用 范 圍 (見 表 3)。新增試驗(yàn)方法符合當(dāng)前檢驗(yàn)需求,有助于指導(dǎo) 和規(guī)范高鉻高鉬奧氏體不銹鋼及鐵素體-奧氏體雙 相不銹鋼的生產(chǎn)和驗(yàn)收。

5 結(jié)語 

GB/T4334—2020將標(biāo)準(zhǔn)名稱變更為《金屬和 合金的腐蝕 奧氏體及鐵素體-奧氏體(雙相)不銹鋼 晶間腐蝕試驗(yàn)方法》,同時(shí)明確了各類試驗(yàn)方法的使 用條件和適用范圍。新標(biāo)準(zhǔn)的修改提高了不銹鋼晶 間腐蝕試驗(yàn)方法標(biāo)準(zhǔn)的科學(xué)性、經(jīng)濟(jì)性和實(shí)用性,有 助于指導(dǎo)和規(guī)范高鉻高鉬奧氏體不銹鋼及鐵素體奧氏體雙相不銹鋼的生產(chǎn)和驗(yàn)收,有助于提高國(guó)內(nèi) 不銹鋼產(chǎn)品的性能和安全可靠性。 

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<文章來源>材料與測(cè)試網(wǎng) > 期刊論文 > 理化檢驗(yàn)－物理分冊(cè) > 58卷 > 5期 (pp:74-77)>