至德鋼業(yè)分析評估不銹鋼管耐晶間腐蝕和表面質(zhì)量的方法
現(xiàn)行國內(nèi)外不銹鋼管標(biāo)準(zhǔn)大都規(guī)定或推薦選用E法評估其耐晶間腐蝕性能,實際既是對不銹鋼管材質(zhì)化學(xué)成分和金相組織狀態(tài)的綜合評估,其中也包含有對表面質(zhì)量的宏觀評估。但在實際鋼管質(zhì)量的爭議中,卻有用戶,甚至某些有資質(zhì)的評估機構(gòu)只采用金相試樣就直接作此類評估,這完全是一種錯誤的做法。各國不銹鋼晶間腐蝕E法評定準(zhǔn)則見表。
硫酸-硫酸銅(E)法的實質(zhì)是指晶間腐蝕是不銹鋼應(yīng)用初期(1930—1940年)發(fā)現(xiàn)的酸性介質(zhì)中局部腐蝕現(xiàn)象。其發(fā)生機理、檢驗和控制途徑早已十分明確,合理控制不銹鋼中的含C量及Cr、Ni配比,或者添加足量又不過量的Ti、Nb等穩(wěn)定元素含量,再加上交貨前的最終固溶退火熱處理消除冷加工造成的劣化,晶間腐蝕完全可以避免。目前不銹鋼管制造中廣泛采用的E法實質(zhì)是一種抗應(yīng)力腐蝕開裂(SCC)性能檢驗,而對于熱交換器應(yīng)用SCC可形成局部腐蝕。E法試驗的前提條件是:試樣要在特定配比的硫酸+硫酸銅溶液中煮沸15小時以上;試樣取出后必須作特定的彎曲變形,實際是構(gòu)成一定的應(yīng)力狀態(tài),促使敏感材料形成應(yīng)力腐蝕開裂。
美、日及現(xiàn)行國標(biāo)中均有草酸金相試驗A法作為初步篩選法。需要注意的是:美、日及現(xiàn)行國標(biāo)中的A法都只能用于判定合格,即無需再作E法等試驗,但卻均不能由A法判定不合格。對無縫不銹鋼管而言,即使在A法試樣中發(fā)現(xiàn)一個或多個晶粒的晶界完全被侵蝕成溝槽包圍狀或呈現(xiàn)碳化物析出,也不能由此判定為晶間腐蝕不合格,而必須采用E法等其他方法才能作判定。歐標(biāo)中根本就無此A法。原因是只要w(C)<0.03%甚至w(C)≤0.02%鋼種肯定不會有問題,這些鋼種只要氮≤0.10%完全可以保證足夠的強度數(shù)值。對碳≥0.03%的鋼種實際只需直接做E法試驗即可。
由表可見,歐、美、日及現(xiàn)行國標(biāo)都是采用試樣彎曲段裂紋傾向,而并非由金相試驗直接作E法試驗評估。需要特別關(guān)注的是:
(1)歐標(biāo)在附注中指明的金相試樣應(yīng)該取自經(jīng)煮沸彎曲試樣的縱向斷面。
(2)美標(biāo)中E法的金相試樣也是從經(jīng)煮沸20h后彎曲試樣彎曲段外半徑區(qū),即變形量最大的部位縱向切取樣,目的是從100~250倍顯微區(qū)找出有無微裂,而不是有無晶間腐蝕,并且明確指明形變滑移線、皺紋或“桔子皮”狀粗化不是微裂,連塑性不良而造成的微裂都要排除,說明僅僅根據(jù)金相照片中“晶間腐蝕”現(xiàn)象是難以判定的。
(3)日標(biāo)JISG0575—1999英文版評定準(zhǔn)則完全與美歐的E法相一致,但在對應(yīng)的日文版上“引起的開裂”十分關(guān)鍵的字被遺漏,原因值得深思。
(4)國標(biāo)E法檢驗標(biāo)準(zhǔn)早期是以前蘇聯(lián)的GOST-6032-58標(biāo)準(zhǔn)為范本制定的,2000年又參照J(rèn)ISG0575—1980版進行了修改?,F(xiàn)行版本中E法已基本吸取了美歐標(biāo)準(zhǔn)中的E法的基本要點,雖然在金相試驗取樣位置上仍然保留著更早期版本的說法,但同時卻指明:金相試樣制備過程“要防止過度侵蝕”,實際是已指出該法的一個致命弱點,金相試樣發(fā)現(xiàn)的“晶間腐蝕”可能是一種假象,特別是表面晶界(因此ASTMA262所附A法金相照片中沒有一張是包含表面的),更不能把金相試樣上的晶間裂紋偷換或等同為晶間腐蝕(注意:GB4334.5—1990、GB/T4334.5—2000及GB/T4334—2008中8.44所指均為晶間腐蝕深度),這實際是草酸法不能用于判定不合格和歐標(biāo)中排除這一金相法的原因;所謂金相試樣的晶間腐蝕深度需由供需雙方商定,即刪除了1990版本中所規(guī)定的5μm晶間腐蝕深度,實際是指明先前規(guī)定的深度是個不合理的指標(biāo)。國際上對多晶材料塑性變形表面織構(gòu)的大量研究已經(jīng)查明,超過一定限度塑性變形后必然造成的塑性不穩(wěn)定和不均勻,必然帶來的表面粗糙化、皺紋、形變滑移線,都可能成為金相試樣上的晶間腐蝕深度假象,而不同表面精整方法及不同鋼種還可能有很大區(qū)別,把這一條只見于E法中規(guī)定放到草酸腐蝕金相試樣上更是程序和邏輯上的錯誤。另外在GB/T4334—2008的A法根本就沒有“晶間腐蝕”這一詞,而只是指“晶界形態(tài)”,如果能用這么簡單金相試驗判定不銹鋼管的晶間腐蝕性能,那么所有需要煮沸15小時或更長時間的方法早就該取消了。
晶界不僅對晶間腐蝕有影響,也是強烈影響包括蠕變、疲勞、抗滑移等塑性形變等多晶材料加工和服役性能的決定性因素。國際上對其微觀組織、化學(xué)成分等形貌特征已從納米尺度上進行了數(shù)十年探索研究,查明在特定的壓力、溫度和化學(xué)成分等熱力學(xué)參數(shù)條件下可以發(fā)生類似“相變”的突變,被確認(rèn)是一種“亞二維相”,但其規(guī)律性尚待摸清。表面晶界和內(nèi)部晶界的差異,傳統(tǒng)金相試樣的侵蝕和觀測方法恐難探明其真相,這些或許是歐標(biāo)完全排除草酸腐蝕金相法的深層原因。因此筆者認(rèn)為,現(xiàn)行國標(biāo)E法中的金相試驗取樣位置和評估方法應(yīng)早日修改,以與國際流行E法評估準(zhǔn)則接軌,否則就會出現(xiàn)E法試驗合格,而又指出“(從金相檢驗角度分析)試樣內(nèi)壁呈現(xiàn)不同程度晶間腐蝕傾向”的怪異評判結(jié)論。
需要特別指出的是:GB/T4334—2008中E法或GB/T4334.5—2000及RCCM3303等標(biāo)準(zhǔn)中所指金相法判斷是否存在晶間腐蝕同ENISO3651-2及ASTMA262E法一樣,都應(yīng)從經(jīng)硫酸+硫酸銅溶液煮沸15小時以上取出試樣的縱向斷面來確定,其目的只是為了用較高放大倍數(shù)查找微裂紋;僅從草酸電解侵蝕金相試樣上看到所謂“晶間腐蝕”跡象實際很可能只是某些形變滑移線的永久痕跡顯示,即使在E法金相試樣上發(fā)現(xiàn)這類形變滑移線永久痕跡也是應(yīng)忽略不計的;在發(fā)現(xiàn)有裂紋的試樣上,ISO3651的A262E法提示可用非經(jīng)煮沸的同類或90°彎曲或減薄試樣對比驗證裂紋是否由晶間腐蝕之外原因所致,例如材料本身塑性很差(或已耗盡)造成。由此可見,上述結(jié)論主要是執(zhí)行人對國標(biāo)的誤讀造成的,當(dāng)然,國標(biāo)對金相試樣的文字?jǐn)⑹霾皇智宄彩窃斐烧`解的一個誘因;如何在金相試驗上區(qū)分滑移線、皺紋或表面粗糙顯然十分關(guān)鍵,如若保留金相試樣評估晶間腐蝕傾向,則必須對此有明確說明。
本文標(biāo)簽:不銹鋼管
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