奧氏體不銹鋼管晶間腐蝕試驗要求探討

摘要:對比了奧氏休不銹鋼管在ASTM A262,NB/T 20004和GB/T 4334三個(ge)晶間腐(fu)蝕(shi)試驗標準中酸一(yi)酸銅法的要求(qiu)差異，并從試樣制備、敏化熱(re)處理制度、腐(fu)蝕(shi)試驗和腐(fu)蝕(shi)結(jie)果評定四個方面進行了對比分析。結(jie)果表明:這(zhe)三個標準問均存(cun)在(zai)(zai)明顯差異，之問沒有存(cun)在(zai)(zai)必然(ran)的代替性。因此不(bu)同材料(liao)體(ti)系中的奧氏體(ti)不銹鋼管(guan)在進(jin)行晶間腐蝕試驗時應按(an)照相應的(de)標準進(jin)行(xing)。

    在核電(dian)機組建造(zao)中(zhong)，奧(ao)氏體不銹(xiu)鋼(gang)管(guan)因其具有良好的耐腐蝕性，被廣泛應用。奧氏體(ti)不銹鋼管在軋制完成后，一般均需要進行晶(jing)間腐蝕試驗，以(yi)驗證其在安裝和后續(xu)加工、焊(han)接過程中，是否可(ke)能(neng)發生敏化(hua)并導(dao)致晶(jing)間腐蝕失(shi)效。目前，根據核電(dian)機組設計堆型(xing)不(bu)同(tong)，所使用(yong)的材料體系包(bao)括ASME規范(fan)體系、RCC-M規范體系和GB標準體(ti)系，不(bu)同規(gui)范(fan)體(ti)系所要求(qiu)的(de)試(shi)驗標準不(bu)同，這將導致(zhi)相同材料在(zai)執行晶間腐蝕試(shi)驗中(zhong)的(de)要求(qiu)存在(zai)差(cha)異。ASME規范(fan)體(ti)系中晶(jing)間腐蝕試驗所適(shi)用的(de)標準是ASTM A262, RCC-M體系中晶間腐蝕試驗的試驗標準是RCC-M MC 1310或(huo)NB/T 20004(NB/T 20004-20一中(zhong)第一7章為晶間腐蝕試(shi)驗(yan)，是在RCC-M MC 1310篇的基礎上編制(zhi)而成，在這兩個(ge)標(biao)準(zhun)中，均僅包括酸一酸銅晶(jing)間腐蝕試驗),GB標準(zhun)體(ti)系材(cai)料的(de)晶間腐蝕試驗標準是GB/T 4334.

    根據ASTM A262和GB/T4334中的規定，腐蝕試(shi)驗方法包括A法(草酸(suan)浸蝕試驗法),B法(酸一酸鐵(tie)腐蝕試驗法(fa)),C法(酸腐蝕試驗法),D法(酸一(yi)氫氟(fu)酸腐蝕試驗(yan)法)和E法(酸一酸銅腐蝕試驗法)。對(dui)于(yu)奧氏體、奧氏體一鐵(tie)素(su)體不銹鋼(gang)，為了(le)檢(jian)查(cha)其抗晶間腐蝕性能，最常用的是(shi)酸一酸銅晶間腐蝕試驗(E法)。

    根據不(bu)同的試驗標準(zhun)，酸(suan)一酸(suan)銅晶間(jian)腐(fu)(fu)蝕試驗過程(cheng)的試樣制備、敏(min)化(hua)熱(re)處理、腐(fu)(fu)蝕過程(cheng)及結果評(ping)定都可能存(cun)在不(bu)同。本文從上述4個方面對不(bu)同材料體系下的酸(suan)(suan)一酸(suan)(suan)銅晶間腐蝕(shi)試驗(yan)方法進行對比(bi)分析，以期(qi)比(bi)較(jiao)不同標(biao)準(zhun)的(de)腐蝕(shi)試驗(yan)要求，并(bing)通過對比(bi)分析，總(zong)結各(ge)個標(biao)準(zhun)的(de)特點，從(cong)而為核(he)電站(zhan)用奧氏體不銹鋼管的(de)試驗過程和選材(cai)過程提供理論(lun)分析(xi)支(zhi)持(chi)。

1標(biao)準要求對(dui)比分析

1,1試樣制(zhi)備對比分析

    腐蝕(shi)試驗(yan)一般至少需要2塊試(shi)樣，一塊做腐蝕試(shi)驗;另一塊(kuai)做(zuo)對比觀察，不進行腐(fu)蝕(shi)試驗。表1是(shi)ASTM A262-2013,NB/T 20004-2011和(he)G B/T4334-2008中規(gui)定的板材用試(shi)樣要(yao)求。通過表1可看出，截取全厚(hou)度(du)試(shi)樣的臨(lin)界(jie)尺寸，三個(ge)標(biao)準不盡相同(tong)，ASTM A262為5 nom，NB/T 20004和GB/T 4334均為4 mm.

    根據ASTM A262中的要求，當鋼板(ban)厚(hou)度大于5mm、時，應(ying)從(cong)一個(ge)表面(mian)(mian)(mian)進(jin)行機加工，并保留一個(ge)材料的(de)原(yuan)始表面(mian)(mian)(mian)，且該(gai)表面(mian)(mian)(mian)為彎曲后(hou)的(de)外(wai)表面(mian)(mian)(mian)，對于(yu)冷(leng)軋條鋼或薄(bo)板可(ke)在交貨厚度下進(jin)行試驗。

    根據NB/T 20004,試樣(yang)中心線與軋制方向平行，當鋼(gang)板厚度大于4mm時(shi)，應從一個(ge)(ge)表面進行(xing)機加工，并保留一個(ge)(ge)材料的原始表面。

    根(gen)據GB/T4334,試樣(yang)中心線與軋制方(fang)向平行，當鋼板(ban)厚度大于(yu)4mm時，應制備兩(liang)組試樣，一(yi)組試樣從一(yi)面(mian)加工到規(gui)定厚度(du)，另一(yi)組試樣從另一(yi)面(mian)加工到規(gui)定厚度(du)。

    另外，試樣的取樣方(fang)向，ASTM A262未作(zuo)明確規定，NB/T 20004和(he)GB/T4334均明確試樣方向(xiang)與軋(ya)制方向(xiang)平行。GB/T4334要求對兩個表面均進行彎曲試驗，而ASTMA262和NB/T20004無此(ci)明確規定(一般(ban)僅(jin)要(yao)求與流體接觸的(de)表面進行彎(wan)曲(qu)試驗)。

1.2敏化熱處理(li)制度對(dui)比分析

    奧(ao)氏體(ti)不銹鋼管，在交(jiao)貨前一般均需進行固溶熱處(chu)理(一般為1050-1150 ℃ )，以保證鋼板具有優良的(de)(de)(de)力學性能(neng)和抗腐蝕性。根據相關研究，晶(jing)(jing)間(jian)(jian)(jian)腐蝕試驗的(de)(de)(de)目(mu)的(de)(de)(de)是為了研究奧氏體不銹鋼在一定溫(wen)度(du)區間(jian)(jian)(jian)保溫(wen)一定時間(jian)(jian)(jian)后，隨著(zhu)晶(jing)(jing)間(jian)(jian)(jian)富鉻(ge)碳化(hua)物的(de)(de)(de)析出，導致(zhi)晶(jing)(jing)界(jie)貧鉻(ge)，使得(de)晶(jing)(jing)界(jie)電(dian)極電(dian)位偏低或(huo)晶(jing)(jing)界(jie)形成不了連續致(zhi)密的(de)(de)(de)鈍化(hua)膜，導致(zhi)晶(jing)(jing)界(jie)被腐蝕。因此，奧氏體不銹鋼管在(zai)晶間腐蝕(shi)試驗前，一般需要進行敏化熱處理，以(yi)保證(zheng)在(zai)該(gai)溫度區間富鉻碳化物沿晶(jing)間(jian)最大(da)程度的(de)析出。

    根(gen)據(ju)ASTM A262的要求，所(suo)有(you)奧(ao)氏體不銹鋼均應在交(jiao)貨(huo)狀(zhuang)態(即固(gu)溶熱處理后)在沸騰的腐蝕溶液(ye)中進行試驗。另外，對于(yu)碳含(han)量(liang)規定(ding)最大值為0.03%的超低碳不(bu)銹鋼和經(jing)穩定(ding)化處(chu)理的不(bu)銹鋼(如含Ti和Nb)，應在650-675℃之間進行敏化熱處理(li)，最常(chang)用的敏化熱處理(li)制度是675 ℃，敏化熱處理(li)時間為1h.

    根據(ju)NB/T 20004,敏化熱(re)處理制(zhi)度包括兩種，A處理(li)和B處理。A處理為:不含Mo鋼(gang)的敏(min)化熱處理(li)溫度為650℃±10 ℃，含Mo鋼的敏化熱處(chu)理溫度為675 ℃ 110 ℃，保(bao)溫(wen)時間(jian)為10 min;B處理為:不含(han)Mo鋼的敏化熱處理溫度為700℃±10 ℃，含Mo鋼的敏化熱(re)處理(li)溫度為725℃±10℃，保溫時間為(wei)30 min,敏(min)化熱處理制度的選擇在(zai)材料(liao)采購技術條件中規定，目前(qian)執行的標準(zhun)包括RCC-M材料標準和基于(yu)RCC-M轉換(huan)的NB/T材料標準。譬(pi)如，根據奧氏體不銹(xiu)鋼管采購技術條件RCC-M M3307中的要求(qiu):當0,.-0.03%(超低碳)和C}蕊  0.035%(超低碳控氮)時，不需要進行(xing)晶間腐蝕試驗(yan);當鋼(gang)進行穩定(ding)化處理后，如Z6CNb 18-11  (Nb穩定化)和Z8CNT18-11(Ti穩定化)，敏化熱處(chu)理制度為B處理;當Cr,a ; 0.06%且(qie)不(bu)含Mo(Z5CN18-10)時(shi)，敏(min)化熱處理制(zhi)度選擇A處理。

    根據GB/T4334，只對超低碳(碳含量不(bu)大于0.03%)和穩定(ding)化(添(tian)加Ti和Nb )奧氏體不銹鋼進行敏(min)化(hua)熱處(chu)理，敏(min)化(hua)熱處(chu)理溫度為(wei)650 ℃，保溫時間為(wei)2 h。

    表2為不同標準中晶間(jian)腐(fu)蝕敏化熱處(chu)理制度(du)要(yao)求。可(ke)看出，ASTM和GB的要(yao)求比較接近(jin)，都是要(yao)求對超低(di)碳和穩定化的奧氏體不銹(xiu)鋼管進行敏(min)化熱處(chu)理，然后(hou)進行腐蝕(shi)試驗。在(zai)RCC-M中，由于材(cai)料的敏化熱(re)處(chu)理制度是在材(cai)料采購(gou)技(ji)術條件中規定(ding)的，在RCC-M體系中的(de)(de)材(cai)料采購技術要求(qiu)中，對(dui)于超低(di)碳(tan)和穩定化奧氏體不(bu)銹(xiu)鋼，不(bu)要求(qiu)進(jin)行(xing)晶間腐蝕試驗。其他類型奧氏體不(bu)銹(xiu)鋼根據碳(tan)含量(liang)的(de)(de)不(bu)同(tong)(tong)，選擇(ze)不(bu)同(tong)(tong)溫(wen)度(du)的(de)(de)敏化熱處理制度(du)。鑒于ASTM和(he)GB標準(zhun)以及我國的實(shi)際清況，在相(xiang)應的NB體系材料標(biao)準中，要(yao)求超低碳和穩定(ding)化奧氏(shi)體不銹鋼需要(yao)按(an)B處理(li)進行敏化;對于碳含量(liang)規(gui)定最大值為(wei)0.06%的奧氏(shi)體(ti)不銹鋼，則要求采用(yong)A處理(li);其他(ta)碳含量(liang)更高(gao)的，則不需要進行(xing)(xing)敏化熱處理，直接進行(xing)(xing)腐蝕(shi)試驗。

    通過上(shang)述比(bi)較，可發(fa)現，NB體系材料(liao)標準中(zhong)由于對碳含(han)量規定最大值為0.06%的奧氏體不銹鋼也(ye)要進行敏化(hua)熱(re)處理，而ASTM A262和GB/r4334中無此要求，據此可看(kan)出(chu)，NB體(ti)系材料標準中的要求(qiu)最為(wei)嚴格。

1.3腐(fu)蝕試驗(yan)對比(bi)分析

    腐蝕(shi)試(shi)驗對比分析，主(zhu)要(yao)從(cong)腐蝕(shi)儀器、腐蝕(shi)溶液、沸騰時間(jian)、腐蝕(shi)過程來進行(xing)說明。

    腐蝕(shi)試驗用儀(yi)器和設備包括容量為(wei)1L帶回流冷凝器(qi)的磨(mo)口錐形燒瓶和使溶液能保持微沸狀(zhuang)態的加熱裝置(zhi)。在(zai)試驗過程中，試樣不能與瓶底接觸，且(qie)試樣之(zhi)間不能相(xiang)互接觸。

1.4腐蝕結果評定要(yao)求(qiu)對比分析

    腐蝕(shi)后的試(shi)樣，通過(guo)彎曲試(shi)驗(yan)，以(yi)檢杳被檢驗(yan)表面(對(dui)應試驗后(hou)的外表面)是否(fou)存在裂紋或龜裂。

    根據ASTM A262，結(jie)果判定包括彎曲(qu)試(shi)(shi)驗和金相檢(jian)驗。在彎曲(qu)試(shi)(shi)驗中，彎曲(qu)，芯棒直(zhi)徑應(ying)等于待彎曲(qu)試(shi)(shi)樣的(de)厚(hou)度，彎曲(qu)角度為180°彎曲試驗后(hou)，通過5-120倍放大(da)倍數(shu)下(xia)觀察外(wai)彎曲部(bu)位(wei)是否出現裂紋或龜裂來確定是否存(cun)在晶(jing)間(jian)腐(fu)蝕。如果存在疑問(wen)時，應(ying)進行金相檢驗(yan)(即在100-250倍(bei)(bei)放大倍(bei)(bei)數(shu)下通(tong)過觀察彎曲(qu)試樣外(wai)半(ban)徑縱截面(mian)的金相(xiang)組(zu)織來確定)。

    根(gen)據NB/T 20004，結果(guo)的判定(ding)包括聲(sheng)響試(shi)驗(yan)、彎(wan)(wan)曲(qu)(qu)試(shi)驗(yan)和(he)金(jin)相(xiang)檢驗(yan)。如果(guo)聲(sheng)響試(shi)驗(yan)和(he)彎(wan)(wan)曲(qu)(qu)試(shi)驗(yan)存在(zai)疑(yi)問時，應進行(xing)金(jin)相(xiang)檢驗(yan)。在(zai)聲(sheng)響試(shi)驗(yan)中，如果(guo)試(shi)樣(yang)(yang)跌落在(zai)金(jin)屬檢驗(yan)平(ping)臺上能發出清(qing)脆金(jin)屬聲(sheng)，則表明無(wu)晶(jing)間(jian)腐蝕。在(zai)彎(wan)(wan)曲(qu)(qu)試(shi)驗(yan)中，彎(wan)(wan)曲(qu)(qu)芯棒直徑(jing)應等于待彎(wan)(wan)試(shi)樣(yang)(yang)厚(hou)度的2倍，彎曲角度為90°。

    根據GB/T4334，結果的(de)判(pan)定包括彎(wan)曲試驗(yan)和(he)金相檢驗(yan)。如果彎(wan)曲試驗(yan)存在疑問(wen)時，則(ze)在100--500倍放大(da)倍數下(xia)進行金(jin)相(xiang)檢驗來確定(ding)。在彎曲試驗中(zhong)，當試樣(yang)厚度不大(da)于1 nom時，彎曲芯棒(bang)直徑(jing)為1 mm;當試樣厚度大于1 mm時，彎曲芯棒直徑為5mm:彎曲角(jiao)度為180°。

    表3為(wei)不(bu)同(tong)標(biao)準中的彎曲(qu)試(shi)驗要(yao)求。可看出，在(zai)(zai)不(bu)同(tong)的標(biao)準中彎曲(qu)試(shi)驗要(yao)求存在(zai)(zai)明顯差(cha)異，相(xiang)互之間無比較性(xing)。

2結(jie)論

    通(tong)過(guo)對比不同晶間腐蝕標準ASTM A262,NB/T 20004和(he)GB/T4334在試樣(yang)制備、敏化(hua)熱處理(li)制度、腐蝕試驗過程、結果(guo)評定四(si)個方面(mian)的要(yao)求，可得出(chu)如下結論:

    (1)在(zai)試樣(yang)制備中，三(san)個標(biao)準對截(jie)取的試樣(yang)類型和試樣(yang)尺寸的要(yao)求不(bu)盡相同。另外，GB/T4334明確對兩個表面均(jun)進行彎曲(qu)試驗(yan)，因此(ci)相對于(yu)ASTMA262和NB/T 20004的要求(qiu)更(geng)為(wei)嚴格。

    (2)敏化(hua)熱處理制度，ASTM A262和GB/T4334要求(qiu)比(bi)較(jiao)接近，均要求(qiu)對(dui)超低(di)碳和穩定化奧氏體不(bu)(bu)銹(xiu)鋼進行敏化熱處(chu)理(li)，但敏化熱處(chu)理(li)溫度和保(bao)溫時間不(bu)(bu)盡(jin)相(xiang)同。根據NB體系材(cai)料標(biao)準的要求，超低碳(tan)和穩定化奧氏(shi)體不銹鋼需要進(jin)行B處(chu)理的敏化熱處(chu)理制度，對碳含量最大(da)要求值為(wei)0.06%的，要求(qiu)進行A處理，而對其他(ta)碳含量更高(gao)的，要求在固溶(rong)熱處理狀態(tai)直接進行晶間腐(fu)蝕(shi)試驗。

    (3)腐(fu)蝕(shi)試驗要求，包括腐(fu)蝕(shi)儀器的選(xuan)擇(ze)、腐(fu)蝕(shi)溶(rong)液的配比以及是(shi)否加(jia)銅、沸(fei)騰浸泡時問亦存(cun)在(zai)差異。

    (4)評定試(shi)驗要求，ASTM A262包(bao)括彎曲試驗和金相檢驗，NB/T 20004包括聲響試(shi)驗、彎(wan)曲試(shi)驗和金相檢驗,GB/T4334包(bao)括彎(wan)曲(qu)(qu)試(shi)驗和金相檢驗，且不同(tong)標準的彎(wan)曲(qu)(qu)芯(xin)棒直徑和彎(wan)曲(qu)(qu)角度的要求都不盡相同(tong)。