HR3C不锈钢晶间腐蚀敏感性检测

周 勇，方 坤，熊金平，刘昱杰

(1.北京化工大学教育部碳纤维及功能高分子材料重点实验室，北京 100029;2.北京化工大学材料电化学过程与技术北京市重点实验室，北京 100029;3.中国特种设备检测研究院，北京100013)

引 言

某厂1000MW超临界锅炉末级再热器前侧管屏的左数第38屏下数第1根管后侧弯头处管子是由HR3C不锈钢材料制造，其管壁厚和外径分别是6.5mm和63.5mm。管子在最高平均壁温629℃、蒸汽压力6.78MPa的情况下运行了6000h后，虽然从外观上看不到管子的腐蚀，但是厂方仍然担心管子存在晶间腐蚀。由于晶间腐蚀的发生可以削弱晶粒之间的结合力，严重时甚至可以使材料的机械强度完全丧失［1］，加之不锈钢属于晶间腐蚀敏感性较高的一类材料［2-4］，因此厂方委托对HR3C奥氏体不锈钢管子进行了晶间腐蚀及其敏感性研究。

1 实验

1.1 实验材料

实验材料为厂方提供的HR3C奥氏体不锈钢管子，其ASTM标准化学成分［5］见表1所示。

表1 HR3C奥氏体不锈钢ASTM标准成分

1.2 金相分析

将送检的HR3C不锈钢管子加工为1cm×1cm的试样，然后依次用240#～1500#水砂纸打磨，经过抛光机抛光后用无水乙醇和蒸馏水洗净，在王水中浸蚀30s后在金相显微镜上观察其组织结构。

1.3 10%草酸浸蚀试验

根据GB/T4334-2008标准规定［6］，检验奥氏体不锈钢晶间腐蚀敏感性，首先对其进行10%草酸浸蚀试验。

将送检的HR3C不锈钢管子加工为1cm×1cm的试样，然后依次用240#～1500#水砂纸打磨，经过抛光机抛光后用无水乙醇和蒸馏水洗净备用，将处理过的HR3C不锈钢试样作为阳极，316L不锈钢板作为阴极，在10%草酸溶液中，θ为20℃，Ja为1 A/cm2电解浸蚀90s，用无水乙醇和蒸馏水洗净后，在金相显微镜下观察试样的全部浸蚀表面，参照GB/T4334-2008标准对试验结果进行评价。

1.4 硫酸-硫酸铜腐蚀试验

按照GB/T4334-2008标准［6］，奥氏体不锈钢进行10%草酸浸蚀试验后，如出现阶梯组织、混合组织或凹坑组织，可以确定其晶间腐蚀敏感性低;如出现沟状组织，则不能确定材料晶间腐蚀的敏感性，需要通过硫酸-硫酸铁腐蚀试验、65%硝酸腐蚀试验、硝酸-氢氟酸腐蚀试验或硫酸-硫酸铜腐蚀试验中的一种进一步检验材料的晶间腐蚀敏感性。本研究选用硫酸-硫酸铜腐蚀试验对送检的HR3C不锈钢管子的晶间腐蚀敏感性进行分析和研究。

硫酸-硫酸铜溶液的配制:将100g硫酸铜溶解于700mL去离子水中，再加入100mL硫酸(均为分析纯)，用去离子水稀释至1000mL。

硫酸-硫酸铜腐蚀试验具体操作为:在烧瓶底部铺一层w＞99.5%的铜粉，然后放置打磨抛光后的HR3C试样，试样与铜粉接触良好。向烧瓶中加入已配置好的硫酸-硫酸铜溶液，溶液高出试样20mm以上，将烧瓶放在加热装置上并安装回流冷凝器，通以冷却水，加热溶液并使之保持微沸状态，试验连续进行16h。结束后将HR3C试样取出，用无水乙醇和蒸馏水洗净后在金相显微镜下观察试样的全部表面，参照GB/T4334-2008标准对试验结果进行评价。

2 结果与讨论

2.1 晶间腐蚀状况

图1 为在金相显微镜下观察的HR3C金相组织照片。图1(a)是HR3C不锈钢的标准金相组织［7］，图1(b)是送检的HR3C不锈钢试样在王水中浸蚀30s后的金相组织。

图1 HR3C的金相组织照片

通过对比图1(a)和图1(b)发现，送检样的金相组织正常，晶粒未出现变形，也未见其他组织、夹杂物或析出相的存在，说明送检的HR3C不锈钢试样没有出现晶间腐蚀问题。

2.2 晶间腐蚀敏感性

为了检验HR3C不锈钢晶间腐蚀敏感性，先进行了10%草酸浸蚀试验，结果如图2所示。图2(a)是GB/T4334-2008标准给出的HR3C不锈钢进行10%草酸浸蚀试验后所得的标准沟状组织，图2(b)是对送检的HR3C不锈钢进行10%草酸浸蚀试验后在金相显微镜下观察到的金相组织。

图2 10%草酸浸蚀试验后的金相组织

从图2(b)中可以看出，送检的HR3C不锈钢进行10%草酸浸蚀试验后，其金相组织也呈沟状。按照GB/T4334-2008标准中的规定，HR3C不锈钢进行10%草酸浸蚀试验后，如果出现沟状组织，则不能确定HR3C不锈钢晶间腐蚀的敏感性，应进一步通过硫酸-硫酸铜腐蚀试验检验其晶间腐蚀敏感性。为此又对送检的HR3C不锈钢进行硫酸-硫酸铜腐蚀试验，试验结果如图3所示。

图3 硫酸-硫酸铜腐蚀试验后的金相组织照片(100×)

由图3的HR3C不锈钢的金相组织可以看出，送检的HR3C不锈钢没有发生晶间腐蚀的迹象，因此可以得出结论，HR3C不锈钢不容易发生晶间腐蚀，即其晶间腐蚀敏感性低。

3 结论

送检的HR3C不锈钢金相组织正常，无晶间腐蚀存在;对其进行10%草酸浸蚀试验和硫酸-硫酸铜腐蚀试验后发现，HR3C不锈钢晶间腐蚀敏感性低，是耐晶间腐蚀的钢种。

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［6］GB/T4334-2008.金属和合金的腐蚀不锈钢晶间腐蚀实验方法［S］.

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