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奥氏体不锈钢管晶间腐蚀试验要求探讨

摘要:对比了奥氏休不锈钢管ASTM A262,NB/T 20004GB/T 4334三个晶间腐蚀试验标准中酸一酸铜法的要求差异,并从试样制备、敏化热处理制度、腐蚀试验和腐蚀结果评定四个方面进行了对比分析。结果表明:这三个标准问均存在明显差异,之问没有存在必然的代替性。因此不同材料体系中的奥氏体不锈钢管在进行晶间腐蚀试验时应按照相应的标准进行。

    在核电机组建造中,奥氏体不锈钢管因其具有良好的耐腐蚀性,被广泛应用。奥氏体不锈钢管在轧制完成后,一般均需要进行晶间腐蚀试验,以验证其在安装和后续加工、焊接过程中,是否可能发生敏化并导致晶间腐蚀失效。目前,根据核电机组设计堆型不同,所使用的材料体系包括ASME规范体系、RCC-M规范体系和GB标准体系,不同规范体系所要求的试验标准不同,这将导致相同材料在执行晶间腐蚀试验中的要求存在差异。ASME规范体系中晶间腐蚀试验所适用的标准是ASTM A262, RCC-M体系中晶间腐蚀试验的试验标准是RCC-M MC 1310NB/T 20004(NB/T 20004-20一中第一7章为晶间腐蚀试验,是在RCC-M MC 1310篇的基础上编制而成,在这两个标准中,均仅包括酸一酸铜晶间腐蚀试验),GB标准体系材料的晶间腐蚀试验标准是GB/T 4334.

    根据ASTM A262GB/T4334中的规定,腐蚀试验方法包括A(草酸浸蚀试验法),B(酸一酸铁腐蚀试验法),C(酸腐蚀试验法),D(酸一氢氟酸腐蚀试验法)E(酸一酸铜腐蚀试验法)。对于奥氏体、奥氏体一铁素体不锈钢,为了检查其抗晶间腐蚀性能,最常用的是酸一酸铜晶间腐蚀试验(E)

    根据不同的试验标准,酸一酸铜晶间腐蚀试验过程的试样制备、敏化热处理、腐蚀过程及结果评定都可能存在不同。本文从上述4个方面对不同材料体系下的酸一酸铜晶间腐蚀试验方法进行对比分析,以期比较不同标准的腐蚀试验要求,并通过对比分析,总结各个标准的特点,从而为核电站用奥氏体不锈钢管的试验过程和选材过程提供理论分析支持。

1标准要求对比分析

1,1试样制备对比分析

    腐蚀试验一般至少需要2块试样,一块做腐蚀试验;另一块做对比观察,不进行腐蚀试验。表1ASTM A262-2013,NB/T 20004-2011G B/T4334-2008中规定的板材用试样要求。通过表1可看出,截取全厚度试样的临界尺寸,三个标准不尽相同,ASTM A2625 nomNB/T 20004GB/T 4334均为4 mm.

    根据ASTM A262中的要求,当钢板厚度大于5mm、时,应从一个表面进行机加工,并保留一个材料的原始表面,且该表面为弯曲后的外表面,对于冷轧条钢或薄板可在交货厚度下进行试验。

    根据NB/T 20004,试样中心线与轧制方向平行,当钢板厚度大于4mm时,应从一个表面进行机加工,并保留一个材料的原始表面。

    根据GB/T4334,试样中心线与轧制方向平行,当钢板厚度大于4mm时,应制备两组试样,一组试样从一面加工到规定厚度,另一组试样从另一面加工到规定厚度。

    另外,试样的取样方向,ASTM A262未作明确规定,NB/T 20004GB/T4334均明确试样方向与轧制方向平行。GB/T4334要求对两个表面均进行弯曲试验,而ASTMA262NB/T20004无此明确规定(一般仅要求与流体接触的表面进行弯曲试验)

1.2敏化热处理制度对比分析

    奥氏体不锈钢管,在交货前一般均需进行固溶热处理(一般为1050-1150 ),以保证钢板具有优良的力学性能和抗腐蚀性。根据相关研究,晶间腐蚀试验的目的是为了研究奥氏体不锈钢在一定温度区间保温一定时间后,随着晶间富铬碳化物的析出,导致晶界贫铬,使得晶界电极电位偏低或晶界形成不了连续致密的钝化膜,导致晶界被腐蚀。因此,奥氏体不锈钢管在晶间腐蚀试验前,一般需要进行敏化热处理,以保证在该温度区间富铬碳化物沿晶间最大程度的析出。

    根据ASTM A262的要求,所有奥氏体不锈钢均应在交货状态(即固溶热处理后)在沸腾的腐蚀溶液中进行试验。另外,对于碳含量规定最大值为0.03%的超低碳不锈钢和经稳定化处理的不锈钢(如含TiNb),应在650-675℃之间进行敏化热处理,最常用的敏化热处理制度是675 ℃,敏化热处理时间为1h.

    根据NB/T 20004,敏化热处理制度包括两种,A处理和B处理。A处理为:不含Mo钢的敏化热处理温度为650℃±10 ℃,含Mo钢的敏化热处理温度为675 110 ℃,保温时间为10 min;B处理为:不含Mo钢的敏化热处理温度为700℃±10 ℃,含Mo钢的敏化热处理温度为725℃±10℃,保温时间为30 min,敏化热处理制度的选择在材料采购技术条件中规定,目前执行的标准包括RCC-M材料标准和基于RCC-M转换的NB/T材料标准。譬如,根据奥氏体不锈钢管采购技术条件RCC-M M3307中的要求:0,.-0.03%(超低碳)C}蕊  0.035%(超低碳控氮)时,不需要进行晶间腐蚀试验;当钢进行稳定化处理后,如Z6CNb 18-11  (Nb稳定化)Z8CNT18-11(Ti稳定化),敏化热处理制度为B处理;Cr,a ; 0.06%且不含Mo(Z5CN18-10)时,敏化热处理制度选择A处理。

    根据GB/T4334,只对超低碳(碳含量不大于0.03%)和稳定化(添加TiNb )奥氏体不锈钢进行敏化热处理,敏化热处理温度为650 ℃,保温时间为2 h

    2为不同标准中晶间腐蚀敏化热处理制度要求。可看出,ASTMGB的要求比较接近,都是要求对超低碳和稳定化的奥氏体不锈钢管进行敏化热处理,然后进行腐蚀试验。在RCC-M中,由于材料的敏化热处理制度是在材料采购技术条件中规定的,在RCC-M体系中的材料采购技术要求中,对于超低碳和稳定化奥氏体不锈钢,不要求进行晶间腐蚀试验。其他类型奥氏体不锈钢根据碳含量的不同,选择不同温度的敏化热处理制度。鉴于ASTMGB标准以及我国的实际清况,在相应的NB体系材料标准中,要求超低碳和稳定化奥氏体不锈钢需要按B处理进行敏化;对于碳含量规定最大值为0.06%的奥氏体不锈钢,则要求采用A处理;其他碳含量更高的,则不需要进行敏化热处理,直接进行腐蚀试验。

    通过上述比较,可发现,NB体系材料标准中由于对碳含量规定最大值为0.06%的奥氏体不锈钢也要进行敏化热处理,而ASTM A262GB/r4334中无此要求,据此可看出,NB体系材料标准中的要求最为严格。

1.3腐蚀试验对比分析

    腐蚀试验对比分析,主要从腐蚀仪器、腐蚀溶液、沸腾时间、腐蚀过程来进行说明。

    腐蚀试验用仪器和设备包括容量为1L带回流冷凝器的磨口锥形烧瓶和使溶液能保持微沸状态的加热装置。在试验过程中,试样不能与瓶底接触,且试样之间不能相互接触。

1.4腐蚀结果评定要求对比分析

    腐蚀后的试样,通过弯曲试验,以检杳被检验表面(对应试验后的外表面)是否存在裂纹或龟裂。

    根据ASTM A262,结果判定包括弯曲试验和金相检验。在弯曲试验中,弯曲,芯棒直径应等于待弯曲试样的厚度,弯曲角度为180°弯曲试验后,通过5-120倍放大倍数下观察外弯曲部位是否出现裂纹或龟裂来确定是否存在晶间腐蚀。如果存在疑问时,应进行金相检验(即在100-250倍放大倍数下通过观察弯曲试样外半径纵截面的金相组织来确定)

    根据NB/T 20004,结果的判定包括声响试验、弯曲试验和金相检验。如果声响试验和弯曲试验存在疑问时,应进行金相检验。在声响试验中,如果试样跌落在金属检验平台上能发出清脆金属声,则表明无晶间腐蚀。在弯曲试验中,弯曲芯棒直径应等于待弯试样厚度的2倍,弯曲角度为90°。

    根据GB/T4334,结果的判定包括弯曲试验和金相检验。如果弯曲试验存在疑问时,则在100--500倍放大倍数下进行金相检验来确定。在弯曲试验中,当试样厚度不大于1 nom时,弯曲芯棒直径为1 mm;当试样厚度大于1 mm时,弯曲芯棒直径为5mm:弯曲角度为180°。

    3为不同标准中的弯曲试验要求。可看出,在不同的标准中弯曲试验要求存在明显差异,相互之间无比较性。

2结论

    通过对比不同晶间腐蚀标准ASTM A262,NB/T 20004GB/T4334在试样制备、敏化热处理制度、腐蚀试验过程、结果评定四个方面的要求,可得出如下结论:

    (1)在试样制备中,三个标准对截取的试样类型和试样尺寸的要求不尽相同。另外,GB/T4334明确对两个表面均进行弯曲试验,因此相对于ASTMA262NB/T 20004的要求更为严格。

    (2)敏化热处理制度,ASTM A262GB/T4334要求比较接近,均要求对超低碳和稳定化奥氏体不锈钢进行敏化热处理,但敏化热处理温度和保温时间不尽相同。根据NB体系材料标准的要求,超低碳和稳定化奥氏体不锈钢需要进行B处理的敏化热处理制度,对碳含量最大要求值为0.06%的,要求进行A处理,而对其他碳含量更高的,要求在固溶热处理状态直接进行晶间腐蚀试验。

    (3)腐蚀试验要求,包括腐蚀仪器的选择、腐蚀溶液的配比以及是否加铜、沸腾浸泡时问亦存在差异。

    (4)评定试验要求,ASTM A262包括弯曲试验和金相检验,NB/T 20004包括声响试验、弯曲试验和金相检验,GB/T4334包括弯曲试验和金相检验,且不同标准的弯曲芯棒直径和弯曲角度的要求都不尽相同。

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