关于晶间腐蚀试验标准的讨论

杨 英,范 益,张万灵

(南京钢铁股份有限公司研究院，江苏 南京 210035)

关于晶间腐蚀试验标准的讨论

杨 英,范 益,张万灵

(南京钢铁股份有限公司研究院，江苏 南京 210035)

对比了GB/T 4334—2008,ASTM A262—2013和ISO 3651—2—1998等五种不同晶间腐蚀试验标准在试样制备、敏化制度、弯曲参数和试验器皿等方面的差异性。结果表明，相比于美国标准和欧洲标准而言，国标对试样表面粗糙度的要求较高，敏化制度也较严苛；在弯曲参数方面，GB/T 4334—2008最为严苛，往往导致焊接接头试样出现冷弯裂纹；在试验器皿方面，建议采用GB/T 15260—1994所推荐的内冷式蛇形冷凝器作为沸腾硝酸试验的冷凝器。

晶间腐蚀试验 标准 热酸浸泡法

晶间腐蚀试验方法主要可分为热酸浸泡法和电化学方法两大类。电化学方法具有简单、快速和易适用于现场等优点[1]，但同时具有实验结果影响因素众多和重复性差等缺点，因此，在晶间腐蚀试验方法中，电化学方法往往用来做材料和工艺筛选，并不作为结果判定依据。热酸浸泡法主要有硫酸—硫酸铁试验、沸腾硝酸试验以及硫酸铜—质量分数16%硫酸试验等。前两种方法属于定量判定方法，适用于由σ相或贫铬引起的晶间腐蚀；后一种方法属于定性判定方法，适用于由贫铬引起的晶间腐蚀[2]；由于前两种方法是用腐蚀速率来表征晶间腐蚀严重程度，而实际工程应用中设计单位又往往难于提供科学、合理、经济且符合应用需求的腐蚀速率；而后一种方法可以直接给出材料合格与否的判据，因此，相比于前两种方法而言，硫酸铜—质量分数16%硫酸试验方法应用更为普遍。

1 不同标准间的差异性及讨论

常用的晶间腐蚀试验标准有GB/T 4334—2008《 金属和合金的腐蚀不锈钢晶间腐蚀试验方法》、ASTM A262—2013《奥氏体不锈钢晶间腐蚀敏感性的检测规程》、ISO 3651—2—1998 《不锈钢耐晶间腐蚀性的测定》、GB/T 15260—1994 《镍基合金晶间腐蚀试验方法》和ASTM G28—2002 《检测锻造高镍铬轴承合金晶间腐蚀参数的试验方法》等，前三个标准主要针对不锈钢晶间腐蚀试验；后两个标准主要针对镍基合金晶间腐蚀试验。下面针对三种不同试验方法详述不同标准间存在的一些差异。

1.1 沸腾硝酸试验

1.1.1 试验器皿

ASTM A262—2013所推荐的试验器皿见图1。

图1 ASTM A262方法C所用试验器皿

GB/T 4334推荐采用回流冷凝器，但并未规定是球型或蛇形；GB/T 15260—1994标准推荐采用内冷式蛇形冷凝器。从实践经验来看，采用如图1所示的冷凝器，冷却效果不理想。在试验过程中沸腾的硝酸易从锥形烧瓶和冷凝器结合面逸出，造成硝酸质量分数发生变化，影响试验结果。试验过程中也可闻到硝酸的刺鼻气味，证明硝酸有逸出。若将锥形烧瓶和冷凝器结合面采用磨口设计，则由于冷凝器冷却能力不足，来不及冷却的硝酸气体在烧瓶中不断累积，内部气压不断增大，极有可能导致试验器皿炸裂。相比于ASTM A262—2013标准而言，中国的国家标准规定较为合理，不容易导致试验过程中溶液的挥发，其中GB/T 15260—1994推荐采用内冷式蛇形冷凝器更为科学，因为硝酸挥发性较强，内冷式的蛇形冷凝器相比于其他冷凝器而言冷却能力更强，能更好地保证溶液浓度的一致性。

1.1.2 硝酸质量分数

各标准均规定试验溶液的质量分数为(65±0.2)%，而实际上从市场上购买的硝酸试剂的质量分数为65%～68%，比标准要求的质量分数范围要宽。若严格按照标准执行，则需对购买的硝酸试剂进行滴定，确定其实际质量分数后再配置成符合标准要求的硝酸溶液，这势必会大大增加试验工作量。正因如此，目前行业内的普遍做法也是直接采用质量分数为65%～68%硝酸试剂作为试验溶液。这种做法对于常规检测来说是可取的，可以有效地减少试验工作量。然而，当试验结果可疑，需要进行仲裁试验时，则需严格按照标准执行，配置质量分数为(65±0.2)%硝酸溶液作为试验溶液。

1.2 硫酸铁—硫酸试验

1.2.1 试样表面粗糙度

GB/T 15260—1994及GB/T 4334—2008对试样表面粗糙度要求较高，粗糙度不超过0.8 μm，ASTM A262—2013及ASTM G28—2002对试样表面粗糙度要求比较低，只需要采用80号或120号砂纸打磨即可。在沸腾硝酸试验中，同样也是国标要求高于美标。试样表面越粗糙，表面不均匀性增加，腐蚀速率会有所增加，从这个角度来说，美标要求更苛刻一些；从试验工作量的角度来说，采用较粗的砂纸打磨试样可以极大地减少工作量，更适用于企业的常规检测。

1.2.2 敏化制度

GB/T 15260—1994及ASTM G28—2002对敏化制度无明确规定，由供需双方协商；GB/T 4334—2008推荐的敏化制度为650 ℃，2 h;ASTM A262—2013推荐的敏化制度为675 ℃，1 h。从这个角度来说，GB/T 4334—2008标准最苛刻。

1.2.3 试验时间

GB/T 15260—1994及ASTM G28—2002试验时间规定类似，根据材料的化学成分分为24 h和120 h两种。GB/T 4334—2008及ASTM A262—2013则统一按照120 h进行试验。

1.3 硫酸铜—16%硫酸试验

1.3.1 试验表面粗糙度

GB/T 15260—1994及GB/T 4334—2008均要求表面粗糙度不超过0.8 μm，ASTM A262—2013,ASTM G28—2002以及ISO 3651—2—1998则采取120号砂纸打磨即可。ASTM A262—2013、ASTM G28—2002以及ISO 3651—2—1998这么规定主要是出于减小试验工作量的目的。但若试样表面太过粗糙，则会对弯曲后试样表面裂纹评定产生干扰。因此，试验时应尽量保证受拉面的光洁度，减少对弯曲后试样表面裂纹误判的几率。从这个角度来说，国标比欧标和美标更为合理一些。

1.3.2 试验时间

GB/T 4334—2008规定的试验时间为16 h；ASTM A262—2013规定的试验时间至少为15 h；GB/T 15260—1994规定的试验时间为24 h或者72 h；ISO 3651—2—1998规定的试验时间为20 h。尽管各国标准中的试验时间规定不一致，原则上讲试验时间长可使试验更苛刻，但实际上在各标准规定的试验时间下的试验结果很少存在明显差异[3]。

1.3.3 弯曲参数

在众多关于国家标准的探讨中，弯曲参数的争议最大。行业内普遍认为[4-7]，现行国家标准中关于弯曲参数的规定(压头直径5 mm，弯曲角度180°)过于严苛，母材往往能通过测试，而焊接接头则经常发生冷弯断裂现象。根据国标GB/T 4334—2008的规定，试样受压面的纤维延伸率至少要在37.5%以上才有可能通过弯曲试验，而焊材熔敷金属的延伸率比较低，且焊缝组织与母材不同。对于奥氏体不锈钢而言，母材一般为单相的奥氏体组织，焊缝组织为柱状奥氏体基体上分布着少量树枝状铁素体组织，热影响区为较粗大的奥氏体。由于金相组织的差异性，决定了母材的单相奥氏体的塑性明显要高于焊缝和热影响区。

南京某钢铁公司生产的Q370qD+316L复合板覆层焊接接头经晶间腐蚀试验后的弯曲外貌见图2。由图2可知，试样表面产生了裂纹，但并不是典型的晶间腐蚀裂纹，而是由于焊接接头塑性不足导致的。对晶间腐蚀后的试样进行金相观察，结果如图3所示。由图3可知，试样经晶间腐蚀试验后，母材未浸蚀出组织，焊缝表现为奥氏体+高温铁素体组织，热影响区为粗大的奥氏体组织，但晶界线条粗细均匀，无晶粒脱落现象，未见典型的晶间腐蚀刻蚀形貌[8-9]。

图2 316L覆层晶间腐蚀后外貌

图3 316L覆层晶腐后的显微组织

在晶间腐蚀试验中，用弯曲方法来评定晶间腐蚀试验的倾向性，是用适量的变形加速晶间腐蚀裂纹的暴露，但不应超过试样允许的塑性变形量。如果试样存在晶间腐蚀，则晶粒间的结合力已大大减弱，材料的塑性也大为降低，施加较小的变形量即可观察到裂纹，没有必要进行大变形量的冷弯试验。实践可知，GB/T 4334—2008弯曲参数过于严苛，往往导致试样，尤其是焊接接头试样出现冷弯裂纹。虽然试验者可以用金相等辅助方法来判定其是否属于晶间腐蚀裂纹，但也在某种程度上增加了试验工作量，造成了不必要的人力和物力的浪费。从这个角度来说，欧标ISO 3651—2—1998(弯曲直径为2倍的试样厚度，弯曲角度为90°)比国标更为合理一些。对于试验者而言，当按照GB/T 4334—2008方法E进行试验时，试样尤其是焊接接头试样在晶间腐蚀试验后出现裂纹，一定要谨慎对待，须采用金相法进行辅助判定。

2 结 语

针对硫酸铁—硫酸试验、沸腾硝酸试验及硫酸铜—质量分数16%硫酸试验这三种常见的晶间腐蚀试验方法，对比了不同标准在试验器皿、表面粗糙度、敏化制度和弯曲参数等方面的差异性，主要结论如下：

(1)在弯曲参数方面，GB/T 4334—2008最为严苛，往往导致试样，尤其是焊接接头试样出现冷弯裂纹，试验时应谨慎对待，用金相法进行辅助判定；

(2)在试样表面粗糙度方面，应从试验目的、试验工作量和对试样结果的影响程度等方面进行综合考虑；

(3)在试验器皿方面，对于沸腾硝酸试验，建议采用内冷式蛇形冷凝器作为冷却器皿。

[1] 秦丽雁.不锈钢应用中的几个腐蚀问题研究[D].天津大学，2006.

[2] 于晓飞.304、316不锈钢晶间腐蚀的实验与理论研究[D].山东大学，2010.

[3] 黄嘉琥.关于奥氏体不锈钢晶间腐蚀敏感性试验的各种标准中一些问题的探讨[J].压力容器，2013,30(1):54-59.

[4] 蔡琍君.关于奥氏体不锈钢晶间腐蚀评定方法的修改建议[J].压力容器，1998,15(5):1-6.

[5] 徐在林.关于奥氏体不锈钢晶间腐蚀试验的几点体会[J].焊接，2000(6):39-40.

[6] 王庆田，罗英.奥氏体不锈钢焊接接头晶间腐蚀试验的理解与争议—探讨统一相关标准要求的可能性[J].压力容器，2012,29(11):47-51.

[7] 李平瑾.关于奥氏体不锈钢焊接接头晶间腐蚀试验标准中弯曲试验参数的选取[J].压力容器，2013,30(10):24-35.

[8] 麻春英.奥氏体不锈钢的焊接缺陷分析及防治措施[J].热加工工艺，2015,44(17):243-246.

[9] 秦丽雁，张寿禄，宋诗哲.典型不锈钢晶间腐蚀敏化温度的研究[J].中国腐蚀与防护学报，2006,26(1):1-5.

(编辑 张向阳)

Discussion on the Standard of Intergranular Corrosion Test

YangYing,FanYi,ZhangWanling

(ResearchInstituteofNanjingIronandSteelCo.,Ltd.,Nanjing210035,China)

Five different intergranular corrosion test standards, such as GB/T 4334, ASTM A262, ISO 3651, etc., are compared in the aspects of specimen preparation, sensitization system, bending parameters and test vessel. The results reveal that compared with American and European standards, Chinese standards are more strict with respect to surface roughness and sensitization treatment of specimens; GB/T 4334—2008 is the most stringent in terms of bending parameters, which often lead to the appearance of cold bending crack in the welded joint specimen; in the case of test vessel, coiled oval condenser mentioned in GB/T 15260 standard is proposed to be applied in the nitric acid intergranular corrosion test.

intergranular corrosion test, standard, dipping in hot acid

2016-06-25；修改稿日期：2016-08-17。

杨英(1983-)，工程师,博士，主要从事钢铁腐蚀与防护研究。E-mail：yangying@njsteel.com.cn