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奥氏体-铁素体双相不锈钢晶间腐蚀试验方法发布时间:2023-02-01   浏览量:415次

奥氏体-铁素体双相不锈钢强度高、耐蚀性优良,广泛应用于各工业领域,但其在使用过程中仍可能会发生晶间腐蚀、点腐蚀和缝隙腐蚀等局部腐蚀现象,严重影响装备的安全服役。其中,晶间腐蚀是指腐蚀主要发生在金属材料的晶粒间界区上,沿着晶界发展,晶界区的溶解速度远大于晶粒区的溶解速度,从宏观上看,材料没有发生明显变化,但材料强度大幅下降,危害巨大,因而受到广泛关注。

奥氏体铁素体双相不锈钢同时存在a/a晶界、γ/γ晶界和a/r相界这3种界面,其在受热或焊接条件下各界面会析出σ相、X相、R相、碳化物及氮化物等有害第二相。与奥氏体不锈钢相比,奥氏体铁素体不锈钢的晶间腐蚀机理研究相对滞后,但学者普遍认为,双相不锈钢晶间腐蚀的诱发也符合“贫铬理论”,只是富铬相沉积和贫化区形成的具体机制有所不同,贫铬区的形成主要归因于富铬相在a/a晶界、γ/γ晶界和a/r相界及其周边区域的沉积,包含富铬相析出造成的贫铬和相转变造成的贫铬等。周勇等认为双相钢的贫铬原因以σ相、X相和氮化物的析出为主,Cr2sC。的影响并不显著;黄嘉琥认为,虽然Cr2N的析出也会产生贫铬,但氮元素的溶解度比碳元素的大得多,产生贫铬区的作用比碳元素的低得多。另外,氮元素能促进不锈钢钝化膜中铬元素的富集,提高钝化能力,因而,主要对耐晶间腐蚀性能起提高作用。此外,由于在部分发生了晶间腐蚀的双相钢中未观察到贫铬区,不能采用“晶界贫铬理论”解释,由此提出了晶界的选择性腐蚀理论,即当晶界上析出了σ相(FeCr化合物),或者有杂质偏析(磷、硅)时,其在强氧化性介质中会发生选择性溶解,进而产生晶间腐蚀。不论遵从哪种晶间腐蚀理论,准确表征奥氏体铁素体双相钢的晶间腐蚀敏感性显得尤为重要。

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目前,试验室采用的不锈钢晶间腐蚀试验方法从原理上分,主要包括化学浸泡法和电化学试验法。笔者主要对奥氏体铁素体的晶间腐蚀试验方法进行概述,同时提出了试验过程中需要注意的问题,为腐蚀测试工作者提供参考。

1、化学浸泡法

化学浸泡晶间腐蚀试验方法,就是将试样浸泡于特定条件的溶液中保持一定的时间,通过检验试验前后试样发生的变化来表征材料的晶间腐蚀敏感性。评价指标一般有3种:①是腐蚀速率,通过试验前后试样的质量变化和暴露面积来进行计算;②腐蚀深度,对试样截面进行磨制拋光,采用金相显微镜检查试样表面的晶间腐蚀深度;③弯曲形貌,对试样进行弯曲,观察弯曲部位外表面形貌。通常供需双方会确定具体的合格指标,如平均腐蚀速率需小于0.6 mm.a(年) 1 、晶间腐蚀深度小于10 μm或弯曲后未产生晶间腐蚀裂纹等。

2、电化学试验方法

电化学试验方法,简单来说就是利用电化学工作站采集试样腐蚀过程中的电流、电位数据,或者对试样外加电流或电压信号,测定试样在极化条件下的电化学数据,易于揭示材料的腐蚀机理,广泛应用于不锈钢的晶间腐蚀敏感性表征中,包括电解侵蚀法、极化曲线(动电位极化曲线法、恒电位极化曲线法、双环电化学动电位再活化法)、交流阻抗谱和电化学噪声技术等。

3、结束语

随着奥氏体铁素体双相不锈钢应用越来越广泛,晶间腐蚀性能检测也越来越受到重视,供需双方需进行相关试验以获取第三方的材料检测合格证书,为材料的使用单位提供第一手数据,这是工业应用之前的必备工序,也是材料性能提升的必经之路。

用户最关心的仍是化学浸泡晶间腐蚀试验得到的基础数据。晶间腐蚀检验方法的选择应从合金牌号与应用介质两方面考虑。如果高铬含量双相钢工程应用介质的腐蚀性较强,则不宜采用16%硫酸-硫酸铜铜屑法,应采用腐蚀性更强的方法检验,如35%硫酸硫酸铜铜屑法和40%硫酸硫酸铁法,其中前者以弯曲评价为宜,后者则可考虑弯曲和腐蚀速率综合评价;如果高铬含量双相钢工程应用介质的腐蚀性不强,即使使用很多年也不会产生晶间腐蚀失效,则采用16%硫酸硫酸铜铜屑法也是合适的;如果高铬含量双相钢工程应用介质的腐蚀性很强,则需采用65%硝酸法。需要指出的是化学浸泡方法得到的试验结果比较简单,弯曲评价是一种定性结果,腐蚀速率评价也只仅有在当前腐蚀溶液中的腐蚀速率数据,较难结揭示材料腐蚀机理,很难与实际失效情况完全一致。