核電行業不銹鋼銅-硫酸銅-硫酸晶間腐蝕試驗國內外標準對比分析
無錫不銹鋼板廠家無錫漢能不銹鋼2019年10月21日訊 目前核電行業中關于不銹鋼晶間腐蝕試驗的標準很多，為使核電行業的試驗人員在使用銅-硫酸銅-硫酸法進行不銹鋼晶間腐蝕試驗時對各標準有更好的了解和把握，本文從敏化制度、腐蝕劑的選擇、對比試樣的必要性、試樣彎曲角度和直徑以及聲響試驗的必要性等方面進行對比和討論，尋找各標準之間的異同，提出思考，供核電行業相關人員參考。
敏化制度 不銹鋼一般在420~850℃范圍內停留時間過長時，會由于碳化鉻的析出而造成晶間貧鉻，增加不銹鋼的晶界腐蝕敏感性。而敏化處理是檢驗不銹鋼晶界腐蝕敏感性時用來衡量奧氏體不銹鋼晶界腐蝕傾向的一種檢測手段。 敏化處理制度通常會在不銹鋼晶間腐蝕敏感性檢驗標準中做出規定，有時也由不銹鋼材料標準或訂貨合同給出規定。對于超低碳級(碳的質量分數不大于0.03％)和含穩定化元素(鈦、鈮等)的奧氏體不銹鋼，因為其使用環境惡劣，各國標準均有敏化要求。RCC-M及NB/T 20004－2014標準則完全針對核電產品，對不銹鋼晶間腐蝕敏感性的要求更高，規定所有試驗均要做敏化處理。各標準對敏化制度的具體要求見表1。 表1 各標準對敏化制度的要求 圖1 RCC-M標準規定的敏化C處理示意圖 腐蝕試劑的選擇 在核電行業中，不銹鋼銅-硫酸銅-硫酸晶間腐蝕試驗使用的腐蝕劑主要分為以下兩種： 目前RCC-M和NB/T 20004－2014標準中保留了不加銅屑的試驗方法，試驗時間為72h；加入銅屑則試驗時間為24h。其他標準均要求加入銅屑，試驗時間為15~25h。 對比試樣的必要性 晶間腐蝕試驗中的對比試樣是指所有處理方式都相同，但不進行腐蝕且取樣位置與晶間腐蝕試樣保持一致或相近的試樣。對比試樣用于鑒別試驗結果，如聲響試驗和彎曲形貌的對比。 然而不是每個標準都規定需要對比試樣，GB/T 4334－2008和ISO 3651-2：1998標準對此未有提及，RCC-M標準則明確規定了對比試樣的必要性，ASTM A262－2015標準對低韌性的材料建議使用對比試樣來確定試驗所需的彎曲角度。 但在實際使用過程中，大量焊接件在彎曲后出現了標準中提及的疑似晶間腐蝕傾向的桔皮皺紋，而經過金相檢驗可以排除晶間腐蝕的結果。為此，筆者對大量未經腐蝕的晶間腐蝕試樣進行彎曲試驗，與各標準進行比較，由此來討論對比試樣的必要性。 1 試樣彎曲的形貌特征 試樣長度L＝70mm，厚度t＝4mm，寬度B＝10mm；支承輥直徑D＝20mm，輥距L0＝D+2.5t，上壓頭直徑d＝4mm。分別對304L，316L不銹鋼板和E308L，E309L不銹鋼焊接件進行彎曲試驗，并觀察其外觀形貌。 圖2 不同試樣彎曲后的宏觀形貌 由圖2可見，不銹鋼焊接件彎曲后的宏觀形貌為桔皮皺紋狀，與鋼板原材料彎曲后的形貌不同。這主要是由于焊接件與原材料的晶粒形貌不一致。不銹鋼原材料是經過固溶及其他方式處理過的，其微觀組織表現為等軸晶；而不銹鋼焊接件的微觀組織主要表現為枝狀晶。 2 與標準規定的試驗結果評定的比較 圖3 ASTM A262－2015標準中給出的彎曲后評定試驗結果的標準圖 各標準中關于彎曲后的結果評定的描述大多比較模糊，僅有ASTM A262－2015標準給出了標準圖，如圖3所示。而在上述試驗中，E308L及E309L不銹鋼焊接件在未腐蝕的情況下也出現了可疑結果，即桔皮皺紋狀，如圖2c)和圖2d)所示，但其并未經過腐蝕，不可能產生晶間腐蝕的情況。 根據以上對比可以發現，不銹鋼焊接件在未腐蝕的情況下進行彎曲也會出現標準中桔皮皺紋狀的可疑結果。所以若不制備對比試樣，在實際的試驗中有可能造成誤判，影響試驗的準確性。現有的研究表明，彎曲參數的選擇對試驗結果存在一定的影響，過小的彎曲半徑容易導致誤判，所以筆者認為制備對比試樣是必要的。 試樣彎曲角度及直徑 彎曲法是銅-硫酸銅-硫酸法晶間腐蝕試驗最常用的評判方式，彎曲后的試樣是否發生晶間腐蝕開裂或是存在晶間腐蝕傾向是一個比較直觀、簡單的評判依據。然而不同標準對于彎曲角度及直徑的要求有所不同，見表2。 表2 各標準對試樣彎曲角度及直徑的要求 需要指出的是，晶間腐蝕彎曲法并不是考核材料本身的塑性，而是考核材料的抗晶間腐蝕能力。所以試樣出現斷裂或裂紋，并不代表試驗不合格，而是需要判斷其是否由晶間腐蝕引起，必要時需要對比試樣或是用金相法輔助判斷。 聲響試驗 晶間腐蝕試驗中的聲響試驗是基于金屬材料發生晶間腐蝕后，由于晶粒之間喪失結合力，使金屬音色發生變化的現象，通常將試樣從1m的高處自由落在金屬板上，對比晶間腐蝕前后聲音變化的一種測試方法。現采用的標準中僅有RCC-M以及NB/T 20004－2014中有所規定，其他標準均未提及(部分標準早期版本有，現已取消)。 具體的試驗方法是將試樣從1m的高處自由落在金屬板上，并與對比試樣進行比較，判斷是否聲音清脆，然后再進行彎曲。 筆者在進行了上千組試樣的聲響試驗后，總結如下： (1)未發生晶間腐蝕的試樣，其聲響試驗的結果是清脆響聲。 (2)發生輕微晶間腐蝕的試樣，其聲響試驗的結果也是清脆響聲。 (3)部分已發生晶間腐蝕斷裂的試樣，其聲響試驗的結果也是清脆響聲。 (4)發生很嚴重的晶間腐蝕斷裂的試樣，其聲響試驗的結果存在聲音不清脆的現象。 (5)對于一些存在晶間腐蝕的試樣，其聲響試驗的結果是清脆響聲，與對比試樣進行比較，能發現存在細微的差別；但對于輕微的晶間腐蝕，則判斷不出。 聲響試驗法雖然簡單，但對于晶間腐蝕輕微的試樣，很難依靠耳力聽辨，只有在很嚴重的情況下這種方法才有效。另外，由于每個人聽力的差異以及對清脆聲音的敏感性不同，結果也會存在差異。 結語 (1)NB/T 20004－2014與RCC-M標準在不銹鋼銅-硫酸銅-硫酸晶間腐蝕試驗的方法上不存在技術性差異，其他標準或多或少存在差異，但基本相同。 (2)如缺少對比試樣，在實際的試驗中有可能造成誤判，影響試驗的準確性。 (3)聲響試驗不能作為單獨的方法來驗證晶間腐蝕試驗結果，僅可用作輔助判斷。 選自：《理化檢驗—物理分冊》 Vol.55 2019.9 作者：李曉冬，工程師，上海電氣核電設備有限公司