核電行業(yè)不銹鋼銅-硫酸銅-硫酸晶間腐蝕試驗(yàn)國內(nèi)外標(biāo)準(zhǔn)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(yè)中關(guān)于不銹鋼晶間腐蝕試驗(yàn)的標(biāo)準(zhǔn)很多，為使核電行業(yè)的試驗(yàn)人員在使用銅-硫酸銅-硫酸法進(jìn)行不銹鋼晶間腐蝕試驗(yàn)時(shí)對各標(biāo)準(zhǔn)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(yàn)的必要性等方面進(jìn)行對比和討論，尋找各標(biāo)準(zhǔn)之間的異同，提出思考，供核電行業(yè)相關(guān)人員參考。
敏化制度 不銹鋼一般在420~850℃范圍內(nèi)停留時(shí)間過長時(shí)，會(huì)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(yàn)不銹鋼晶界腐蝕敏感性時(shí)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(huì)在不銹鋼晶間腐蝕敏感性檢驗(yàn)標(biāo)準(zhǔn)中做出規(guī)定，有時(shí)也由不銹鋼材料標(biāo)準(zhǔn)或訂貨合同給出規(guī)定。對于超低碳級(碳的質(zhì)量分?jǐn)?shù)不大于0.03％)和含穩(wěn)定化元素(鈦、鈮等)的奧氏體不銹鋼，因?yàn)槠涫褂铆h(huán)境惡劣，各國標(biāo)準(zhǔn)均有敏化要求。RCC-M及NB/T 20004－2014標(biāo)準(zhǔn)則完全針對核電產(chǎn)品，對不銹鋼晶間腐蝕敏感性的要求更高，規(guī)定所有試驗(yàn)均要做敏化處理。各標(biāo)準(zhǔn)對敏化制度的具體要求見表1。 表1 各標(biāo)準(zhǔn)對敏化制度的要求 圖1 RCC-M標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定的敏化C處理示意圖 腐蝕試劑的選擇 在核電行業(yè)中，不銹鋼銅-硫酸銅-硫酸晶間腐蝕試驗(yàn)使用的腐蝕劑主要分為以下兩種： 目前RCC-M和NB/T 20004－2014標(biāo)準(zhǔn)中保留了不加銅屑的試驗(yàn)方法，試驗(yàn)時(shí)間為72h；加入銅屑則試驗(yàn)時(shí)間為24h。其他標(biāo)準(zhǔn)均要求加入銅屑，試驗(yàn)時(shí)間為15~25h。 對比試樣的必要性 晶間腐蝕試驗(yàn)中的對比試樣是指所有處理方式都相同，但不進(jìn)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(yàn)結(jié)果，如聲響試驗(yàn)和彎曲形貌的對比。 然而不是每個(gè)標(biāo)準(zhǔn)都規(guī)定需要對比試樣，GB/T 4334－2008和ISO 3651-2：1998標(biāo)準(zhǔn)對此未有提及，RCC-M標(biāo)準(zhǔn)則明確規(guī)定了對比試樣的必要性，ASTM A262－2015標(biāo)準(zhǔn)對低韌性的材料建議使用對比試樣來確定試驗(yàn)所需的彎曲角度。 但在實(shí)際使用過程中，大量焊接件在彎曲后出現(xiàn)了標(biāo)準(zhǔn)中提及的疑似晶間腐蝕傾向的桔皮皺紋，而經(jīng)過金相檢驗(yàn)可以排除晶間腐蝕的結(jié)果。為此，筆者對大量未經(jīng)腐蝕的晶間腐蝕試樣進(jìn)行彎曲試驗(yàn)，與各標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)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(jìn)行彎曲試驗(yàn)，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(jīng)過固溶及其他方式處理過的，其微觀組織表現(xiàn)為等軸晶；而不銹鋼焊接件的微觀組織主要表現(xiàn)為枝狀晶。 2 與標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定的試驗(yàn)結(jié)果評定的比較 圖3 ASTM A262－2015標(biāo)準(zhǔn)中給出的彎曲后評定試驗(yàn)結(jié)果的標(biāo)準(zhǔn)圖 各標(biāo)準(zhǔn)中關(guān)于彎曲后的結(jié)果評定的描述大多比較模糊，僅有ASTM A262－2015標(biāo)準(zhǔn)給出了標(biāo)準(zhǔn)圖，如圖3所示。而在上述試驗(yàn)中，E308L及E309L不銹鋼焊接件在未腐蝕的情況下也出現(xiàn)了可疑結(jié)果，即桔皮皺紋狀，如圖2c)和圖2d)所示，但其并未經(jīng)過腐蝕，不可能產(chǎn)生晶間腐蝕的情況。 根據(jù)以上對比可以發(fā)現(xiàn)，不銹鋼焊接件在未腐蝕的情況下進(jìn)行彎曲也會(huì)出現(xiàn)標(biāo)準(zhǔn)中桔皮皺紋狀的可疑結(jié)果。所以若不制備對比試樣，在實(shí)際的試驗(yàn)中有可能造成誤判，影響試驗(yàn)的準(zhǔn)確性?，F(xiàn)有的研究表明，彎曲參數(shù)的選擇對試驗(yàn)結(jié)果存在一定的影響，過小的彎曲半徑容易導(dǎo)致誤判，所以筆者認(rèn)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(yàn)最常用的評判方式，彎曲后的試樣是否發(fā)生晶間腐蝕開裂或是存在晶間腐蝕傾向是一個(gè)比較直觀、簡單的評判依據(jù)。然而不同標(biāo)準(zhǔn)對于彎曲角度及直徑的要求有所不同，見表2。 表2 各標(biāo)準(zhǔn)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(xiàn)斷裂或裂紋，并不代表試驗(yàn)不合格，而是需要判斷其是否由晶間腐蝕引起，必要時(shí)需要對比試樣或是用金相法輔助判斷。 聲響試驗(yàn) 晶間腐蝕試驗(yàn)中的聲響試驗(yàn)是基于金屬材料發(fā)生晶間腐蝕后，由于晶粒之間喪失結(jié)合力，使金屬音色發(fā)生變化的現(xiàn)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?，F(xiàn)采用的標(biāo)準(zhǔn)中僅有RCC-M以及NB/T 20004－2014中有所規(guī)定，其他標(biāo)準(zhǔn)均未提及(部分標(biāo)準(zhǔn)早期版本有，現(xiàn)已取消)。 具體的試驗(yàn)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(jìn)行比較，判斷是否聲音清脆，然后再進(jìn)行彎曲。 筆者在進(jìn)行了上千組試樣的聲響試驗(yàn)后，總結(jié)如下： (1)未發(fā)生晶間腐蝕的試樣，其聲響試驗(yàn)的結(jié)果是清脆響聲。 (2)發(fā)生輕微晶間腐蝕的試樣，其聲響試驗(yàn)的結(jié)果也是清脆響聲。 (3)部分已發(fā)生晶間腐蝕斷裂的試樣，其聲響試驗(yàn)的結(jié)果也是清脆響聲。 (4)發(fā)生很嚴(yán)重的晶間腐蝕斷裂的試樣，其聲響試驗(yàn)的結(jié)果存在聲音不清脆的現(xiàn)象。 (5)對于一些存在晶間腐蝕的試樣，其聲響試驗(yàn)的結(jié)果是清脆響聲，與對比試樣進(jìn)行比較，能發(fā)現(xiàn)存在細(xì)微的差別；但對于輕微的晶間腐蝕，則判斷不出。 聲響試驗(yàn)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(yán)重的情況下這種方法才有效。另外，由于每個(gè)人聽力的差異以及對清脆聲音的敏感性不同，結(jié)果也會(huì)存在差異。 結(jié)語 (1)NB/T 20004－2014與RCC-M標(biāo)準(zhǔn)在不銹鋼銅-硫酸銅-硫酸晶間腐蝕試驗(yàn)的方法上不存在技術(shù)性差異，其他標(biāo)準(zhǔn)或多或少存在差異，但基本相同。 (2)如缺少對比試樣，在實(shí)際的試驗(yàn)中有可能造成誤判，影響試驗(yàn)的準(zhǔn)確性。 (3)聲響試驗(yàn)不能作為單獨(dú)的方法來驗(yàn)證晶間腐蝕試驗(yàn)結(jié)果，僅可用作輔助判斷。 選自：《理化檢驗(yàn)—物理分冊》 Vol.55 2019.9 作者：李曉冬，工程師，上海電氣核電設(shè)備有限公司