奧氏體不銹鋼管晶間腐蝕試驗(yàn)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 4334三個晶間腐蝕試驗(yàn)標(biāo)準(zhǔn)中酸一酸銅法的要求差異，并從試樣制備、敏化熱處理制度、腐蝕試驗(yàn)和腐蝕結(jié)果評定四個方面進(jìn)行了對比分析。結(jié)果表明:這三個標(biāo)準(zhǔn)問均存在明顯差異，之問沒有存在必然的代替性。因此不同材料體系中的奧氏體不銹鋼管在進(jìn)行晶間腐蝕試驗(yàn)時應(yīng)按照相應(yīng)的標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行。

    在核電機(jī)組建造中，奧氏體不銹鋼管因其具有良好的耐腐蝕性，被廣泛應(yīng)用。奧氏體不銹鋼管在軋制完成后，一般均需要進(jìn)行晶間腐蝕試驗(yàn)，以驗(yàn)證其在安裝和后續(xù)加工、焊接過程中，是否可能發(fā)生敏化并導(dǎo)致晶間腐蝕失效。目前，根據(jù)核電機(jī)組設(shè)計(jì)堆型不同，所使用的材料體系包括ASME規(guī)范體系、RCC-M規(guī)范體系和GB標(biāo)準(zhǔn)體系，不同規(guī)范體系所要求的試驗(yàn)標(biāo)準(zhǔn)不同，這將導(dǎo)致相同材料在執(zhí)行晶間腐蝕試驗(yàn)中的要求存在差異。ASME規(guī)范體系中晶間腐蝕試驗(yàn)所適用的標(biāo)準(zhǔn)是ASTM A262, RCC-M體系中晶間腐蝕試驗(yàn)的試驗(yàn)標(biāo)準(zhǔn)是RCC-M MC 1310或NB/T 20004(NB/T 20004-20一中第一7章為晶間腐蝕試驗(yàn)，是在RCC-M MC 1310篇的基礎(chǔ)上編制而成，在這兩個標(biāo)準(zhǔn)中，均僅包括酸一酸銅晶間腐蝕試驗(yàn)),GB標(biāo)準(zhǔn)體系材料的晶間腐蝕試驗(yàn)標(biāo)準(zhǔn)是GB/T 4334.

    根據(jù)ASTM A262和GB/T4334中的規(guī)定，腐蝕試驗(yàn)方法包括A法(草酸浸蝕試驗(yàn)法),B法(酸一酸鐵腐蝕試驗(yàn)法),C法(酸腐蝕試驗(yàn)法),D法(酸一氫氟酸腐蝕試驗(yàn)法)和E法(酸一酸銅腐蝕試驗(yàn)法)。對于奧氏體、奧氏體一鐵素體不銹鋼，為了檢查其抗晶間腐蝕性能，最常用的是酸一酸銅晶間腐蝕試驗(yàn)(E法)。

    根據(jù)不同的試驗(yàn)標(biāo)準(zhǔn)，酸一酸銅晶間腐蝕試驗(yàn)過程的試樣制備、敏化熱處理、腐蝕過程及結(jié)果評定都可能存在不同。本文從上述4個方面對不同材料體系下的酸一酸銅晶間腐蝕試驗(yàn)方法進(jìn)行對比分析，以期比較不同標(biāo)準(zhǔn)的腐蝕試驗(yàn)要求，并通過對比分析，總結(jié)各個標(biāo)準(zhǔn)的特點(diǎn)，從而為核電站用奧氏體不銹鋼管的試驗(yàn)過程和選材過程提供理論分析支持。

1標(biāo)準(zhǔn)要求對比分析

1,1試樣制備對比分析

    腐蝕試驗(yàn)一般至少需要2塊試樣，一塊做腐蝕試驗(yàn);另一塊做對比觀察，不進(jìn)行腐蝕試驗(yàn)。表1是ASTM A262-2013,NB/T 20004-2011和G B/T4334-2008中規(guī)定的板材用試樣要求。通過表1可看出，截取全厚度試樣的臨界尺寸，三個標(biāo)準(zhǔn)不盡相同，ASTM A262為5 nom，NB/T 20004和GB/T 4334均為4 mm.

    根據(jù)ASTM A262中的要求，當(dāng)鋼板厚度大于5mm、時，應(yīng)從一個表面進(jìn)行機(jī)加工，并保留一個材料的原始表面，且該表面為彎曲后的外表面，對于冷軋條鋼或薄板可在交貨厚度下進(jìn)行試驗(yàn)。

    根據(jù)NB/T 20004,試樣中心線與軋制方向平行，當(dāng)鋼板厚度大于4mm時，應(yīng)從一個表面進(jìn)行機(jī)加工，并保留一個材料的原始表面。

    根據(jù)GB/T4334,試樣中心線與軋制方向平行，當(dāng)鋼板厚度大于4mm時，應(yīng)制備兩組試樣，一組試樣從一面加工到規(guī)定厚度，另一組試樣從另一面加工到規(guī)定厚度。

    另外，試樣的取樣方向，ASTM A262未作明確規(guī)定，NB/T 20004和GB/T4334均明確試樣方向與軋制方向平行。GB/T4334要求對兩個表面均進(jìn)行彎曲試驗(yàn)，而ASTMA262和NB/T20004無此明確規(guī)定(一般僅要求與流體接觸的表面進(jìn)行彎曲試驗(yàn))。

1.2敏化熱處理制度對比分析

    奧氏體不銹鋼管，在交貨前一般均需進(jìn)行固溶熱處理(一般為1050-1150 ℃ )，以保證鋼板具有優(yōu)良的力學(xué)性能和抗腐蝕性。根據(jù)相關(guān)研究，晶間腐蝕試驗(yàn)的目的是為了研究奧氏體不銹鋼在一定溫度區(qū)間保溫一定時間后，隨著晶間富鉻碳化物的析出，導(dǎo)致晶界貧鉻，使得晶界電極電位偏低或晶界形成不了連續(xù)致密的鈍化膜，導(dǎo)致晶界被腐蝕。因此，奧氏體不銹鋼管在晶間腐蝕試驗(yàn)前，一般需要進(jìn)行敏化熱處理，以保證在該溫度區(qū)間富鉻碳化物沿晶間最大程度的析出。

    根據(jù)ASTM A262的要求，所有奧氏體不銹鋼均應(yīng)在交貨狀態(tài)(即固溶熱處理后)在沸騰的腐蝕溶液中進(jìn)行試驗(yàn)。另外，對于碳含量規(guī)定最大值為0.03%的超低碳不銹鋼和經(jīng)穩(wěn)定化處理的不銹鋼(如含Ti和Nb)，應(yīng)在650-675℃之間進(jìn)行敏化熱處理，最常用的敏化熱處理制度是675 ℃，敏化熱處理時間為1h.

    根據(jù)NB/T 20004,敏化熱處理制度包括兩種，A處理和B處理。A處理為:不含Mo鋼的敏化熱處理溫度為650℃±10 ℃，含Mo鋼的敏化熱處理溫度為675 ℃ 110 ℃，保溫時間為10 min;B處理為:不含Mo鋼的敏化熱處理溫度為700℃±10 ℃，含Mo鋼的敏化熱處理溫度為725℃±10℃，保溫時間為30 min,敏化熱處理制度的選擇在材料采購技術(shù)條件中規(guī)定，目前執(zhí)行的標(biāo)準(zhǔn)包括RCC-M材料標(biāo)準(zhǔn)和基于RCC-M轉(zhuǎn)換的NB/T材料標(biāo)準(zhǔn)。譬如，根據(jù)奧氏體不銹鋼管采購技術(shù)條件RCC-M M3307中的要求:當(dāng)0,.-0.03%(超低碳)和C}蕊  0.035%(超低碳控氮)時，不需要進(jìn)行晶間腐蝕試驗(yàn);當(dāng)鋼進(jìn)行穩(wěn)定化處理后，如Z6CNb 18-11  (Nb穩(wěn)定化)和Z8CNT18-11(Ti穩(wěn)定化)，敏化熱處理制度為B處理;當(dāng)Cr,a ; 0.06%且不含Mo(Z5CN18-10)時，敏化熱處理制度選擇A處理。

    根據(jù)GB/T4334，只對超低碳(碳含量不大于0.03%)和穩(wěn)定化(添加Ti和Nb )奧氏體不銹鋼進(jìn)行敏化熱處理，敏化熱處理溫度為650 ℃，保溫時間為2 h。

    表2為不同標(biāo)準(zhǔn)中晶間腐蝕敏化熱處理制度要求?？煽闯?，ASTM和GB的要求比較接近，都是要求對超低碳和穩(wěn)定化的奧氏體不銹鋼管進(jìn)行敏化熱處理，然后進(jìn)行腐蝕試驗(yàn)。在RCC-M中，由于材料的敏化熱處理制度是在材料采購技術(shù)條件中規(guī)定的，在RCC-M體系中的材料采購技術(shù)要求中，對于超低碳和穩(wěn)定化奧氏體不銹鋼，不要求進(jìn)行晶間腐蝕試驗(yàn)。其他類型奧氏體不銹鋼根據(jù)碳含量的不同，選擇不同溫度的敏化熱處理制度。鑒于ASTM和GB標(biāo)準(zhǔn)以及我國的實(shí)際清況，在相應(yīng)的NB體系材料標(biāo)準(zhǔn)中，要求超低碳和穩(wěn)定化奧氏體不銹鋼需要按B處理進(jìn)行敏化;對于碳含量規(guī)定最大值為0.06%的奧氏體不銹鋼，則要求采用A處理;其他碳含量更高的，則不需要進(jìn)行敏化熱處理，直接進(jìn)行腐蝕試驗(yàn)。

    通過上述比較，可發(fā)現(xiàn)，NB體系材料標(biāo)準(zhǔn)中由于對碳含量規(guī)定最大值為0.06%的奧氏體不銹鋼也要進(jìn)行敏化熱處理，而ASTM A262和GB/r4334中無此要求，據(jù)此可看出，NB體系材料標(biāo)準(zhǔn)中的要求最為嚴(yán)格。

1.3腐蝕試驗(yàn)對比分析

    腐蝕試驗(yàn)對比分析，主要從腐蝕儀器、腐蝕溶液、沸騰時間、腐蝕過程來進(jìn)行說明。

    腐蝕試驗(yàn)用儀器和設(shè)備包括容量為1L帶回流冷凝器的磨口錐形燒瓶和使溶液能保持微沸狀態(tài)的加熱裝置。在試驗(yàn)過程中，試樣不能與瓶底接觸，且試樣之間不能相互接觸。

1.4腐蝕結(jié)果評定要求對比分析

    腐蝕后的試樣，通過彎曲試驗(yàn)，以檢杳被檢驗(yàn)表面(對應(yīng)試驗(yàn)后的外表面)是否存在裂紋或龜裂。

    根據(jù)ASTM A262，結(jié)果判定包括彎曲試驗(yàn)和金相檢驗(yàn)。在彎曲試驗(yàn)中，彎曲，芯棒直徑應(yīng)等于待彎曲試樣的厚度，彎曲角度為180°彎曲試驗(yàn)后，通過5-120倍放大倍數(shù)下觀察外彎曲部位是否出現(xiàn)裂紋或龜裂來確定是否存在晶間腐蝕。如果存在疑問時，應(yīng)進(jìn)行金相檢驗(yàn)(即在100-250倍放大倍數(shù)下通過觀察彎曲試樣外半徑縱截面的金相組織來確定)。

    根據(jù)NB/T 20004，結(jié)果的判定包括聲響試驗(yàn)、彎曲試驗(yàn)和金相檢驗(yàn)。如果聲響試驗(yàn)和彎曲試驗(yàn)存在疑問時，應(yīng)進(jìn)行金相檢驗(yàn)。在聲響試驗(yàn)中，如果試樣跌落在金屬檢驗(yàn)平臺上能發(fā)出清脆金屬聲，則表明無晶間腐蝕。在彎曲試驗(yàn)中，彎曲芯棒直徑應(yīng)等于待彎試樣厚度的2倍，彎曲角度為90°。

    根據(jù)GB/T4334，結(jié)果的判定包括彎曲試驗(yàn)和金相檢驗(yàn)。如果彎曲試驗(yàn)存在疑問時，則在100--500倍放大倍數(shù)下進(jìn)行金相檢驗(yàn)來確定。在彎曲試驗(yàn)中，當(dāng)試樣厚度不大于1 nom時，彎曲芯棒直徑為1 mm;當(dāng)試樣厚度大于1 mm時，彎曲芯棒直徑為5mm:彎曲角度為180°。

    表3為不同標(biāo)準(zhǔn)中的彎曲試驗(yàn)要求?？煽闯觯诓煌臉?biāo)準(zhǔn)中彎曲試驗(yàn)要求存在明顯差異，相互之間無比較性。

2結(jié)論

    通過對比不同晶間腐蝕標(biāo)準(zhǔn)ASTM A262,NB/T 20004和GB/T4334在試樣制備、敏化熱處理制度、腐蝕試驗(yàn)過程、結(jié)果評定四個方面的要求，可得出如下結(jié)論:

    (1)在試樣制備中，三個標(biāo)準(zhǔn)對截取的試樣類型和試樣尺寸的要求不盡相同。另外，GB/T4334明確對兩個表面均進(jìn)行彎曲試驗(yàn)，因此相對于ASTMA262和NB/T 20004的要求更為嚴(yán)格。

    (2)敏化熱處理制度，ASTM A262和GB/T4334要求比較接近，均要求對超低碳和穩(wěn)定化奧氏體不銹鋼進(jìn)行敏化熱處理，但敏化熱處理溫度和保溫時間不盡相同。根據(jù)NB體系材料標(biāo)準(zhǔn)的要求，超低碳和穩(wěn)定化奧氏體不銹鋼需要進(jìn)行B處理的敏化熱處理制度，對碳含量最大要求值為0.06%的，要求進(jìn)行A處理，而對其他碳含量更高的，要求在固溶熱處理狀態(tài)直接進(jìn)行晶間腐蝕試驗(yàn)。

    (3)腐蝕試驗(yàn)要求，包括腐蝕儀器的選擇、腐蝕溶液的配比以及是否加銅、沸騰浸泡時問亦存在差異。

    (4)評定試驗(yàn)要求，ASTM A262包括彎曲試驗(yàn)和金相檢驗(yàn)，NB/T 20004包括聲響試驗(yàn)、彎曲試驗(yàn)和金相檢驗(yàn),GB/T4334包括彎曲試驗(yàn)和金相檢驗(yàn)，且不同標(biāo)準(zhǔn)的彎曲芯棒直徑和彎曲角度的要求都不盡相同。