至德鋼業(yè)分析評(píng)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(píng)估其耐晶間腐蝕性能，實(shí)際既是對(duì)不銹鋼管材質(zhì)化學(xué)成分和金相組織狀態(tài)的綜合評(píng)估，其中也包含有對(duì)表面質(zhì)量的宏觀評(píng)估。但在實(shí)際鋼管質(zhì)量的爭議中，卻有用戶，甚至某些有資質(zhì)的評(píng)估機(jī)構(gòu)只采用金相試樣就直接作此類評(píng)估，這完全是一種錯(cuò)誤的做法。各國不銹鋼晶間腐蝕E法評(píng)定準(zhǔn)則見表。

  硫酸－硫酸銅（E）法的實(shí)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(jī)理、檢驗(yàn)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(shí)質(zhì)是一種抗應(yīng)力腐蝕開裂（SCC）性能檢驗(yàn)，而對(duì)于熱交換器應(yīng)用SCC可形成局部腐蝕。E法試驗(yàn)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(shí)以上；試樣取出后必須作特定的彎曲變形，實(shí)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(yàn)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(yàn)，但卻均不能由A法判定不合格。對(duì)無縫不銹鋼管而言，即使在A法試樣中發(fā)現(xiàn)一個(gè)或多個(gè)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(huì)有問題，這些鋼種只要氮≤0.10%完全可以保證足夠的強(qiáng)度數(shù)值。對(duì)碳≥0.03%的鋼種實(shí)際只需直接做E法試驗(yàn)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(yàn)直接作E法試驗(yàn)評(píng)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(píng)定準(zhǔn)則完全與美歐的E法相一致，但在對(duì)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(yàn)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(jìn)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(diǎn)，雖然在金相試驗(yàn)取樣位置上仍然保留著更早期版本的說法，但同時(shí)卻指明：金相試樣制備過程“要防止過度侵蝕”，實(shí)際是已指出該法的一個(gè)致命弱點(diǎn)，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(shí)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(shí)際是指明先前規(guī)定的深度是個(gè)不合理的指標(biāo)。國際上對(duì)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(cuò)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(yàn)判定不銹鋼管的晶間腐蝕性能，那么所有需要煮沸15小時(shí)或更長時(shí)間的方法早就該取消了。

  晶界不僅對(duì)晶間腐蝕有影響，也是強(qiáng)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(duì)其微觀組織、化學(xué)成分等形貌特征已從納米尺度上進(jìn)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(yàn)取樣位置和評(píng)估方法應(yīng)早日修改，以與國際流行E法評(píng)估準(zhǔn)則接軌，否則就會(huì)出現(xiàn)E法試驗(yàn)合格，而又指出“（從金相檢驗(yàn)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(píng)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(shí)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(shí)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(jì)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(duì)比驗(yàn)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(duì)國標(biāo)的誤讀造成的，當(dāng)然，國標(biāo)對(duì)金相試樣的文字?jǐn)⑹霾皇智宄彩窃斐烧`解的一個(gè)誘因；如何在金相試驗(yàn)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(píng)估晶間腐蝕傾向，則必須對(duì)此有明確說明。