HR3C不銹鋼晶間腐蝕敏感性檢測(cè)

周 勇，方 坤，熊金平，劉昱杰

(1.北京化工大學(xué)教育部碳纖維及功能高分子材料重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，北京 100029;2.北京化工大學(xué)材料電化學(xué)過(guò)程與技術(shù)北京市重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，北京 100029;3.中國(guó)特種設(shè)備檢測(cè)研究院，北京100013)

引 言

某廠1000MW超臨界鍋爐末級(jí)再熱器前側(cè)管屏的左數(shù)第38屏下數(shù)第1根管后側(cè)彎頭處管子是由HR3C不銹鋼材料制造，其管壁厚和外徑分別是6.5mm和63.5mm。管子在最高平均壁溫629℃、蒸汽壓力6.78MPa的情況下運(yùn)行了6000h后，雖然從外觀上看不到管子的腐蝕，但是廠方仍然擔(dān)心管子存在晶間腐蝕。由于晶間腐蝕的發(fā)生可以削弱晶粒之間的結(jié)合力，嚴(yán)重時(shí)甚至可以使材料的機(jī)械強(qiáng)度完全喪失［1］，加之不銹鋼屬于晶間腐蝕敏感性較高的一類材料［2-4］，因此廠方委托對(duì)HR3C奧氏體不銹鋼管子進(jìn)行了晶間腐蝕及其敏感性研究。

1 實(shí)驗(yàn)

1.1 實(shí)驗(yàn)材料

實(shí)驗(yàn)材料為廠方提供的HR3C奧氏體不銹鋼管子，其ASTM標(biāo)準(zhǔn)化學(xué)成分［5］見表1所示。

表1 HR3C奧氏體不銹鋼ASTM標(biāo)準(zhǔn)成分

1.2 金相分析

將送檢的HR3C不銹鋼管子加工為1cm×1cm的試樣，然后依次用240#～1500#水砂紙打磨，經(jīng)過(guò)拋光機(jī)拋光后用無(wú)水乙醇和蒸餾水洗凈，在王水中浸蝕30s后在金相顯微鏡上觀察其組織結(jié)構(gòu)。

1.3 10%草酸浸蝕試驗(yàn)

根據(jù)GB/T4334-2008標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定［6］，檢驗(yàn)奧氏體不銹鋼晶間腐蝕敏感性，首先對(duì)其進(jìn)行10%草酸浸蝕試驗(yàn)。

將送檢的HR3C不銹鋼管子加工為1cm×1cm的試樣，然后依次用240#～1500#水砂紙打磨，經(jīng)過(guò)拋光機(jī)拋光后用無(wú)水乙醇和蒸餾水洗凈備用，將處理過(guò)的HR3C不銹鋼試樣作為陽(yáng)極，316L不銹鋼板作為陰極，在10%草酸溶液中，θ為20℃，Ja為1 A/cm2電解浸蝕90s，用無(wú)水乙醇和蒸餾水洗凈后，在金相顯微鏡下觀察試樣的全部浸蝕表面，參照GB/T4334-2008標(biāo)準(zhǔn)對(duì)試驗(yàn)結(jié)果進(jìn)行評(píng)價(jià)。

1.4 硫酸-硫酸銅腐蝕試驗(yàn)

按照GB/T4334-2008標(biāo)準(zhǔn)［6］，奧氏體不銹鋼進(jìn)行10%草酸浸蝕試驗(yàn)后，如出現(xiàn)階梯組織、混合組織或凹坑組織，可以確定其晶間腐蝕敏感性低;如出現(xiàn)溝狀組織，則不能確定材料晶間腐蝕的敏感性，需要通過(guò)硫酸-硫酸鐵腐蝕試驗(yàn)、65%硝酸腐蝕試驗(yàn)、硝酸-氫氟酸腐蝕試驗(yàn)或硫酸-硫酸銅腐蝕試驗(yàn)中的一種進(jìn)一步檢驗(yàn)材料的晶間腐蝕敏感性。本研究選用硫酸-硫酸銅腐蝕試驗(yàn)對(duì)送檢的HR3C不銹鋼管子的晶間腐蝕敏感性進(jìn)行分析和研究。

硫酸-硫酸銅溶液的配制:將100g硫酸銅溶解于700mL去離子水中，再加入100mL硫酸(均為分析純)，用去離子水稀釋至1000mL。

硫酸-硫酸銅腐蝕試驗(yàn)具體操作為:在燒瓶底部鋪一層w＞99.5%的銅粉，然后放置打磨拋光后的HR3C試樣，試樣與銅粉接觸良好。向燒瓶中加入已配置好的硫酸-硫酸銅溶液，溶液高出試樣20mm以上，將燒瓶放在加熱裝置上并安裝回流冷凝器，通以冷卻水，加熱溶液并使之保持微沸狀態(tài)，試驗(yàn)連續(xù)進(jìn)行16h。結(jié)束后將HR3C試樣取出，用無(wú)水乙醇和蒸餾水洗凈后在金相顯微鏡下觀察試樣的全部表面，參照GB/T4334-2008標(biāo)準(zhǔn)對(duì)試驗(yàn)結(jié)果進(jìn)行評(píng)價(jià)。

2 結(jié)果與討論

2.1 晶間腐蝕狀況

圖1 為在金相顯微鏡下觀察的HR3C金相組織照片。圖1(a)是HR3C不銹鋼的標(biāo)準(zhǔn)金相組織［7］，圖1(b)是送檢的HR3C不銹鋼試樣在王水中浸蝕30s后的金相組織。

圖1 HR3C的金相組織照片

通過(guò)對(duì)比圖1(a)和圖1(b)發(fā)現(xiàn)，送檢樣的金相組織正常，晶粒未出現(xiàn)變形，也未見其他組織、夾雜物或析出相的存在，說(shuō)明送檢的HR3C不銹鋼試樣沒有出現(xiàn)晶間腐蝕問(wèn)題。

2.2 晶間腐蝕敏感性

為了檢驗(yàn)HR3C不銹鋼晶間腐蝕敏感性，先進(jìn)行了10%草酸浸蝕試驗(yàn)，結(jié)果如圖2所示。圖2(a)是GB/T4334-2008標(biāo)準(zhǔn)給出的HR3C不銹鋼進(jìn)行10%草酸浸蝕試驗(yàn)后所得的標(biāo)準(zhǔn)溝狀組織，圖2(b)是對(duì)送檢的HR3C不銹鋼進(jìn)行10%草酸浸蝕試驗(yàn)后在金相顯微鏡下觀察到的金相組織。

圖2 10%草酸浸蝕試驗(yàn)后的金相組織

從圖2(b)中可以看出，送檢的HR3C不銹鋼進(jìn)行10%草酸浸蝕試驗(yàn)后，其金相組織也呈溝狀。按照GB/T4334-2008標(biāo)準(zhǔn)中的規(guī)定，HR3C不銹鋼進(jìn)行10%草酸浸蝕試驗(yàn)后，如果出現(xiàn)溝狀組織，則不能確定HR3C不銹鋼晶間腐蝕的敏感性，應(yīng)進(jìn)一步通過(guò)硫酸-硫酸銅腐蝕試驗(yàn)檢驗(yàn)其晶間腐蝕敏感性。為此又對(duì)送檢的HR3C不銹鋼進(jìn)行硫酸-硫酸銅腐蝕試驗(yàn)，試驗(yàn)結(jié)果如圖3所示。

圖3 硫酸-硫酸銅腐蝕試驗(yàn)后的金相組織照片(100×)

由圖3的HR3C不銹鋼的金相組織可以看出，送檢的HR3C不銹鋼沒有發(fā)生晶間腐蝕的跡象，因此可以得出結(jié)論，HR3C不銹鋼不容易發(fā)生晶間腐蝕，即其晶間腐蝕敏感性低。

3 結(jié)論

送檢的HR3C不銹鋼金相組織正常，無(wú)晶間腐蝕存在;對(duì)其進(jìn)行10%草酸浸蝕試驗(yàn)和硫酸-硫酸銅腐蝕試驗(yàn)后發(fā)現(xiàn)，HR3C不銹鋼晶間腐蝕敏感性低，是耐晶間腐蝕的鋼種。

［1］魏保民.金屬腐蝕理論及應(yīng)用［M］.北京:化學(xué)工業(yè)出版社，1984:156-158.

［2］掌聲韓，邊娜，史艷玲，等.奧氏體不銹鋼晶間腐蝕研究狀況［J］.江蘇化工，2008，(3):45-47.

［3］李慶海，趙恒慶，孫國(guó)豪，等.乙二醇蒸發(fā)塔的晶間腐蝕［J］.石油化工腐蝕與防護(hù)，2006，(1):24-26.

［4］黨政軍，張鴻儉，隋支承，等.草酸法檢測(cè)鐵素體不銹鋼對(duì)晶間腐蝕的敏感性［J］.沈陽(yáng)工業(yè)學(xué)院學(xué)報(bào)，2000，(4):41-46.

［5］于鴻垚，董建新，謝錫善.新型奧氏體耐熱鋼HR3C的研究進(jìn)展［J］.世界鋼鐵，2010，(2):42-49.

［6］GB/T4334-2008.金屬和合金的腐蝕不銹鋼晶間腐蝕實(shí)驗(yàn)方法［S］.

［7］李炯輝.金屬材料金相圖譜［M］.北京:機(jī)械工業(yè)出版社，2006:831-843.