不銹鋼晶間腐蝕試驗(yàn)方法標(biāo)準(zhǔn)在我國(guó)的發(fā)展現(xiàn)狀
我國(guó)晶間腐蝕試驗(yàn)標(biāo)準(zhǔn)在多年來(lái)的發(fā)展過(guò)程中先后受蘇聯(lián)、美國(guó)、日本以及ISO等國(guó)家和組織的晶間腐蝕試驗(yàn)標(biāo)準(zhǔn)的影響,加上我國(guó)多年來(lái)的研究、使用經(jīng)驗(yàn),已經(jīng)形成了較為獨(dú)立、完善的晶間腐蝕試驗(yàn)標(biāo)準(zhǔn)系列。當(dāng)前我國(guó)晶間腐蝕試驗(yàn)標(biāo)準(zhǔn)主要在適用范圍、敏化制度及所包含的晶間腐蝕試驗(yàn)方法上與國(guó)外標(biāo)準(zhǔn)存在一定差異,為適應(yīng)當(dāng)前我國(guó)不銹鋼行業(yè)的迅猛發(fā)展,提出了對(duì)晶間腐蝕試驗(yàn)標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行改進(jìn)的意見(jiàn)。
晶間腐蝕是20世紀(jì)20年代工業(yè)界開(kāi)始采用奧氏體不銹鋼以來(lái)才發(fā)現(xiàn)和引起注意的。30年代初首先對(duì)這種鋼的晶間腐蝕原因進(jìn)行了較系統(tǒng)的研究,并提出了有關(guān)奧氏體不銹鋼的貧鉻理論。此后,又有人提出了其它理論,使得這方面的研究不斷進(jìn)展。在不銹鋼發(fā)展的早期,由于晶間腐蝕而導(dǎo)致?lián)p失占主要腐蝕類(lèi)型中總腐蝕損失的10%,所以引起了人們的極大重視。
自晶間腐蝕被發(fā)現(xiàn)以來(lái),用于研究晶間腐蝕、評(píng)定產(chǎn)品和質(zhì)量管理的晶間腐蝕試驗(yàn)方法就一直受到世界各國(guó)重視。迄今為止,能成為廣泛接受的試驗(yàn)方法均屬于不銹鋼生產(chǎn)和交貨驗(yàn)收方法,而且絕大多數(shù)限于奧氏體不銹鋼。目前供不銹鋼生產(chǎn)、交貨和驗(yàn)收的有關(guān)檢驗(yàn)晶間腐蝕傾向的試驗(yàn)方法基本有五種,分別是草酸電解浸蝕法、沸騰硫酸-硫酸鐵法、沸騰65%硝酸法、硝酸-氫氟酸法和沸騰硫酸-硫酸銅法。各國(guó)根據(jù)自己的國(guó)情和習(xí)慣,對(duì)這五種方法持有不同的傾向,因此上述五種方法在納入各國(guó)標(biāo)準(zhǔn)中的情況也是不一樣的。目前較普遍納入標(biāo)準(zhǔn)和得到廣泛使用的方法是沸騰的65%硝酸法和沸騰的硫酸-硫酸銅法兩種。即使這兩種方法,各國(guó)的應(yīng)用傾向也不一樣,如美國(guó)傾向使用沸騰65%硝酸法,其理由是不銹鋼在大多數(shù)場(chǎng)合下是用在氧化性介質(zhì)中的,選用此法更能反映真實(shí)情況;而歐洲各國(guó)則傾向使用沸騰硫酸-硫酸銅法,理由是此法不像沸騰硝酸法那樣會(huì)伴有全面腐蝕,故可避免全面腐蝕的干擾。就標(biāo)準(zhǔn)得到應(yīng)用的現(xiàn)狀來(lái)看,在質(zhì)量管理、研究和開(kāi)發(fā)方面要比產(chǎn)品判定方面應(yīng)用得更廣泛??梢?jiàn),當(dāng)今的標(biāo)準(zhǔn)對(duì)于生產(chǎn)、交貨和使用來(lái)說(shuō)還僅處于指導(dǎo)性應(yīng)用的地位,尚不能起完全判定的權(quán)威作用。應(yīng)用時(shí),供、需雙方應(yīng)在考慮方法的特點(diǎn)、控制上的難易程度以及材料的使用環(huán)境等基礎(chǔ)上做出商議性決定。
我國(guó)的晶間腐蝕試驗(yàn)標(biāo)準(zhǔn)先后受蘇聯(lián)、美國(guó)、日本以及ISO標(biāo)準(zhǔn)的影響。主要內(nèi)容與這些國(guó)家或組織的標(biāo)準(zhǔn)基本一致,只是在一些試驗(yàn)方法、適用范圍、敏化制度的選擇上有所差異。
一、國(guó)外晶間腐蝕試驗(yàn)標(biāo)準(zhǔn)現(xiàn)狀及其適用范圍當(dāng)前主要工業(yè)國(guó)家關(guān)于晶間腐蝕的標(biāo)準(zhǔn)包括
美國(guó)的ASTM A262,ASTM A763,國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)組織的ISO 3651-1,ISO 3651-2,日本的JIS G0571~0575,俄羅斯的ΓOCT 6032等。
美國(guó)的晶間腐蝕試驗(yàn)標(biāo)準(zhǔn)中,ASTM A262僅適用于奧氏體不銹鋼,ASTM A763僅適用于鐵素體不銹鋼。而對(duì)于雙相不銹鋼,美國(guó)尚無(wú)相關(guān)的晶間腐蝕試驗(yàn)標(biāo)準(zhǔn)。俄羅斯的ΓOCT 6032中提出16%硫酸+硫酸銅+銅屑法適用于雙相不銹鋼晶間腐蝕檢驗(yàn)。
日本的JIS G0573中65%硝酸法標(biāo)準(zhǔn)等同采用了ISO 3651-1:1998,規(guī)定除了適用于奧氏體不銹鋼外,也適用于雙相不銹鋼。ISO 3651-2:1998中3種硫酸法均可用于雙相不銹鋼。此外,EPR法測(cè)定不銹鋼晶間腐蝕性能在美國(guó)和日本等國(guó)家已經(jīng)標(biāo)準(zhǔn)化,分別為ASTM G108及JIS G0508,但也僅限于奧氏體不銹鋼。
在ISO 3651-1 1998《硝酸失重法測(cè)定不銹鋼的抗晶間腐蝕性能》中,明確規(guī)定其適用范圍為奧氏體以及奧氏體-鐵素體不銹鋼。同時(shí)指明該標(biāo)準(zhǔn)適用于在極強(qiáng)氧化性介質(zhì)中服役的不銹鋼,且一般不適用于測(cè)定含Mo不銹鋼,除非該鋼在硝酸中服役。該標(biāo)準(zhǔn)同時(shí)指出,試驗(yàn)的目的有兩種,即測(cè)定不銹鋼的本征抗晶間腐蝕性能,以及測(cè)定不銹鋼的固溶程度;其中前者試驗(yàn)前需要經(jīng)過(guò)敏化處理,而后者不需處理直接進(jìn)行試驗(yàn)。
在ISO 3651-2 1998《含硫酸介質(zhì)測(cè)定不銹鋼的抗晶間腐蝕性能》中,明確規(guī)定其適用范圍為鐵素體不銹鋼、奧氏體不銹鋼以及奧氏體鐵素體不銹鋼,該標(biāo)準(zhǔn)包含三種方法:
方法A: 16%硫酸/硫酸銅試驗(yàn);
方法B: 35%硫酸/硫酸銅試驗(yàn);
方法C: 40%硫酸/硫酸鐵試驗(yàn);
同時(shí)推薦其適用的條件為在中等氧化性酸介質(zhì)(如硫酸、磷酸)服役的不銹鋼。與ISO 3651-1 1998一樣,該標(biāo)準(zhǔn)的試驗(yàn)?zāi)康姆謨煞N,即測(cè)定不銹鋼的本征抗晶間腐蝕性能,以及測(cè)定不銹鋼的固溶程度;其中前者試驗(yàn)前需要經(jīng)過(guò)敏化處理,而后者不需處理直接進(jìn)行試驗(yàn)。該標(biāo)準(zhǔn)在附錄中同時(shí)提出了三種方法所適用的鋼種,如表所示。
二、我國(guó)晶間腐蝕試驗(yàn)標(biāo)準(zhǔn)現(xiàn)狀及其適用范圍
“不銹鋼晶間腐蝕試驗(yàn)方法”是我國(guó)在腐蝕試驗(yàn)方面最早建立的標(biāo)準(zhǔn)。上世紀(jì)六十年代我國(guó)參考蘇聯(lián)ΓOCT 6023-58制定了YB 44-64,七十年代又參考ASTM、JIS、ΓOCT等標(biāo)準(zhǔn)制定了GB 1223-75,八十年代又參考日本JIS G 0571~0575-1980標(biāo)準(zhǔn)制定了GB 4334.1-84,GB 4334.2-84,GB 4334.3-84,GB 4334.4-84,GB 4334.5-84等標(biāo)準(zhǔn)。到了本世紀(jì)初,又根據(jù)ISO 3051-1,ISO 3651-2制訂了現(xiàn)行的GB/T 4334-2008。在我國(guó),EPR法雖未列入標(biāo)準(zhǔn),但用EPR法對(duì)不銹鋼晶腐蝕性能的研究較多。當(dāng)前,我國(guó)標(biāo)準(zhǔn)編制的指導(dǎo)政策之一為,試驗(yàn)方法盡量靠近ISO標(biāo)準(zhǔn)。目前,德、法、英等歐洲國(guó)家的晶間腐蝕試驗(yàn)標(biāo)準(zhǔn)已經(jīng)完全等效采用了ISO 3651。日本標(biāo)準(zhǔn)原來(lái)主要采用美國(guó)標(biāo)準(zhǔn),現(xiàn)在許多內(nèi)容上已采用了ISO 3651。
我國(guó)現(xiàn)行不銹鋼晶間腐蝕標(biāo)準(zhǔn)GB/T 4334-2008修改采用ISO 3651-1,3651-2。根據(jù)GB/T 4334-2008的前言所述,與相應(yīng)ISO標(biāo)準(zhǔn)相比,方法C的適用范圍不包括雙相不銹鋼;敏化制度稍有改變;方法B適用范圍不包括鐵素體不銹鋼。但實(shí)際上,在GB/T 4334-2008正文的第一章“范圍”中,方法A、B、C和D所明確指定的適用范圍都僅局限于奧氏體不銹鋼,而未將奧氏體-鐵素體不銹鋼,即雙相不銹鋼納入其中。在GB/T 4334-2008中,僅方法E明確指出“適用于奧氏體、奧氏體-鐵素體不銹鋼在加有銅屑的硫酸-硫酸銅溶液中…”。
此外,GB/T 4334-2008在方法A中列出了一些不銹鋼牌號(hào)所宜采用的晶間腐蝕試驗(yàn)方法,這些牌號(hào)的不銹鋼中,其Cr含量全部都低于20%,而Cr、Mo含量更高的不銹鋼沒(méi)有反映在該標(biāo)準(zhǔn)中,在超級(jí)不銹鋼發(fā)展日益成熟的今天顯然有些過(guò)時(shí)。鑒于不銹鋼近年來(lái)在我國(guó)的迅速發(fā)展,將雙相不銹鋼及一些合金含量更高的不銹鋼的晶間腐蝕試驗(yàn)納入標(biāo)準(zhǔn)顯得日益迫切。我們認(rèn)為,將我國(guó)不銹鋼的晶間腐蝕試驗(yàn)標(biāo)準(zhǔn)的適用范圍與ISO標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行適當(dāng)?shù)韧怯斜匾?,主要?yīng)考慮在GB/T 4334-2008的B法、C法中明確將雙相不銹鋼納入其適用范圍,并且針對(duì)不同方法推薦一些包括超級(jí)不銹鋼在內(nèi)的牌號(hào)。
三、不同晶間腐蝕試驗(yàn)標(biāo)準(zhǔn)中敏化制度的差異
GB/T 4334由于先后受到俄、日、美、ISO等標(biāo)準(zhǔn)的影響,同時(shí)國(guó)內(nèi)也有一定的研究工作,因此與所有國(guó)外標(biāo)準(zhǔn)相比均有一些差異,個(gè)別參數(shù)的差別還較大。例如鋼材試樣的敏化時(shí)間,中國(guó)還采用2小時(shí),俄美早已將2小時(shí)改為1小時(shí),ISO、歐盟各國(guó)、美國(guó)、日本已允許采用30分鐘或10分鐘。可以說(shuō)就敏化時(shí)間而言,中國(guó)標(biāo)準(zhǔn)是最長(zhǎng)的。
四、不同晶間腐蝕試驗(yàn)標(biāo)準(zhǔn)中腐蝕試驗(yàn)方法的差異
主要國(guó)家的不銹鋼晶間腐蝕試驗(yàn)標(biāo)準(zhǔn)中試驗(yàn)方法及其適用范圍均有所不同,其中ISO標(biāo)準(zhǔn)中不包含草酸浸蝕法,且增加了35%硫酸-硫酸銅法,并以40%硫酸-硫酸鐵法替代50%硫酸-硫酸鐵法。美國(guó)的ASTM標(biāo)準(zhǔn)中包含50%硫酸-硫酸銅+銅屑法,其它各國(guó)標(biāo)準(zhǔn)中均不包含此法。我國(guó)的硝酸-氫氟酸法最早源自日本的JIS G 0574,目前也僅有中日兩國(guó)標(biāo)準(zhǔn)中還包含該方法,美國(guó)ASTM A262的早期版本中包含了硝酸-氫氟酸法,但在此后的版本中此法遭到淘汰,當(dāng)前其他各國(guó)均無(wú)此方法的標(biāo)準(zhǔn)。日本的特點(diǎn)是除了50%硫酸-硫酸銅+銅屑法,其他各國(guó)所有的方法它都有相應(yīng)的方法。
硝酸-氫氟酸法具有如下特點(diǎn):不銹鋼在此試驗(yàn)溶液中的腐蝕電位處在活化-鈍化區(qū),因此會(huì)伴有嚴(yán)重的全面腐蝕。所以,試樣必須采用參照試樣,借助腐蝕速率比值的評(píng)定方法來(lái)篩除全面腐蝕的干擾影響。此外,試驗(yàn)時(shí)的溫度為70°C而不采用沸騰,控制相對(duì)不便;試驗(yàn)溶液含有氫氟酸,因此不能使用常規(guī)的玻璃容器,而需采用耐硝酸和氫氟酸腐蝕的特制塑料容器;這些都在一定程度上影響了該方法的使用。目前,根據(jù)我們的了解,關(guān)于該方法在我國(guó)的使用報(bào)導(dǎo)相對(duì)較少。因此,關(guān)于該方法是否可以廢止可以提起討論。
此外,國(guó)外大多數(shù)國(guó)家在試驗(yàn)方法標(biāo)準(zhǔn)中均末規(guī)定試樣的選取,僅ΓOCT標(biāo)準(zhǔn)和我國(guó)標(biāo)準(zhǔn)對(duì)試樣的選取作了規(guī)定。對(duì)于試樣尺寸,我國(guó)標(biāo)準(zhǔn)和ΓOCT標(biāo)準(zhǔn)基本在每個(gè)方法中都對(duì)試樣尺寸作了詳細(xì)規(guī)定。國(guó)外標(biāo)準(zhǔn)如ASTM、JIS對(duì)多數(shù)方法僅對(duì)試樣總表面積或試樣的總重量做了原則上的規(guī)定。
我國(guó)晶間腐蝕試驗(yàn)標(biāo)準(zhǔn)在多年來(lái)的發(fā)展過(guò)程中先后受蘇聯(lián)、美國(guó)、日本以及ISO等國(guó)家和組織的晶間腐蝕試驗(yàn)標(biāo)準(zhǔn)的影響,加上我國(guó)多年來(lái)的研究、使用經(jīng)驗(yàn),已經(jīng)形成了較為獨(dú)立、完善的晶間腐蝕試驗(yàn)標(biāo)準(zhǔn)系列。結(jié)合我國(guó)不銹鋼行業(yè)的發(fā)展,當(dāng)前,我國(guó)的晶間腐蝕試驗(yàn)標(biāo)準(zhǔn)在以下幾個(gè)方面可以進(jìn)行適當(dāng)調(diào)整:
(1)根據(jù)當(dāng)前我國(guó)不銹鋼的發(fā)展,可以考慮明確將雙相不銹鋼以及部分高合金的超級(jí)不銹鋼納入一些晶間腐蝕試驗(yàn)標(biāo)準(zhǔn)方法的適用范圍中;
(2)對(duì)于硝酸-氫氟酸法,可以根據(jù)其使用情況,考慮進(jìn)行廢止;
(3)國(guó)外晶間腐蝕試樣標(biāo)準(zhǔn)對(duì)敏化處理的制度規(guī)定存在較大較異,對(duì)于敏化制度對(duì)晶間腐蝕試驗(yàn)結(jié)果的影響需要進(jìn)一步進(jìn)行研究,并根據(jù)研究結(jié)果對(duì)敏化制度進(jìn)行適當(dāng)調(diào)整。
本文標(biāo)簽:不銹鋼晶間腐蝕
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