近年來,我公司承接的產(chǎn)品合同中，大量采用鎳基合金材料。產(chǎn)品制造技術要求對所使用的鎳基材料及其焊接接頭均應按ASTMG28A法進行耐硫酸硫酸鐵晶間腐蝕試驗。通過一系列的試驗與比較,找出了影響試驗結果的因素及其規(guī)律，提出了建設性的意見。

1、試驗材料

根據(jù)產(chǎn)品的要求,本次試驗的材料包括鎳基板材、復合板、管材棒材及與之配套使用的鎳基焊條、TIG焊絲、MIG焊絲及帶極堆焊材料。其典型材料的標準化學成分(質量分數(shù))見表1。

2、試驗方法

ASTMG28A法是將鎳基材料在沸騰的50%硫酸硫酸鐵溶液中放置一定時間以此來測定該材料在服役環(huán)境中可能出現(xiàn)的晶間腐蝕傾向的--種試驗方法。該標準規(guī)定了試驗溶液裝置、試樣制備、煮沸時間及適用材料,詳細說明了如何進行腐蝕率計算,同時在該標準8. 3節(jié)中提到作為-一個補充，可以利用金相檢查來評估腐蝕的程度,標準未規(guī)定敏化制度。產(chǎn)品合同A規(guī)定以ASTMG28改進的A法以彎曲試驗時是否產(chǎn)生晶間腐蝕裂紋作為驗收依據(jù);產(chǎn)品合同B規(guī)定以金相法測定侵蝕深度,以晶間腐蝕深度≤50pm作為合格依據(jù),其他要求按ASTM G28 A法標準規(guī)定的要求執(zhí)行?？紤]到產(chǎn)品的制造及使用條件,兩個合同均規(guī)定了試樣的敏化制度。以上三種試驗方法的判定標準見表2,試驗中分別采用以上三種方法進行結果判定。

3、試驗步驟及過程

3.1、試樣制備

根據(jù)標準要求制備試樣后,對試樣進行模擬熱處理(有要求時)和敏化處理,然后對試樣進行酸洗處理并計算試樣的總表面積，使用精度為10-*g的天平稱重。

3.2、腐蝕試驗

在50% (質量分數(shù))硫酸水溶液600mL中加入25g硫酸鐵,配制成試驗溶液。在1L磨口燒瓶底部放置玻璃棒;用玻璃絲帶將試樣兩面固定在U型玻璃棒.上,放入燒瓶中,倒人試驗溶液，再放上帶蛇形管的冷凝器,通人冷卻水。用電爐加熱試驗溶液,沸騰時開仫計葉煮沸時間為120h。

3.3、試驗步驟

將煮沸120h的試樣取出,對用稱重法試驗的試樣重新稱重,計算腐蝕率;將用彎曲法試驗的試樣在試驗機上彎曲180°后,用10倍放大鏡觀察有無晶間腐蝕裂紋存在;用金相法試驗的試樣經(jīng)電解侵蝕后，在100倍金相顯微鏡下觀察晶界上有無有害相析出,并測量出晶間腐蝕深度。

4、試驗結果及分析

按照上述試驗步驟及過程,筆者對各種不同規(guī)格的板材(包括復合板的復層)、管材棒材及焊接試板(包括鎳基板材對接和堆焊試板)的試樣,根據(jù)各種判定方法的要求進行了耐硫酸硫酸鐵晶間腐蝕試驗結果判定,選取有代表性試樣的試驗結果列于表3。從表3中的數(shù)據(jù)可看出,有的能通過檢驗,而有的卻不符合標準的要求，為此筆者從以下幾個方面對試驗結果進行分析與研究。

4.1、試驗溶液的影響

作為試驗中的腐蝕介質,試驗溶液的質量對試驗結果將產(chǎn)生重要的影響。筆者在試驗中所使用的硫酸、硫酸鐵及蒸餾水等試劑質量均符合標準的要求,雜質含量都在允許范圍之內(nèi)。同時,為了防止因加熱造成水分或酸氣的蒸發(fā)而使pH值產(chǎn)生波動，應隨時用試紙檢查,發(fā)現(xiàn)一有變化馬上加入一定量的硫酸鐵,使試驗溶液的pH值始終保持在控制范圍內(nèi),使試驗結果不受影響。

4.2、試驗裝置的影響

試驗采用的是帶蛇形管的冷凝器,其接口是帶錐度的,插人磨口燒瓶中密封性很好,試驗時水分和酸氣蒸發(fā)量很小，保證了試驗溶液的質量。彎曲試樣是在試驗機上完成的。若壓頭直徑和支架間距過小(或彎曲半徑過小)、彎曲速度過大時，試樣容易產(chǎn)生裂紋(當試樣產(chǎn)生裂紋時,無法確定產(chǎn)生裂紋的真實原因)。因此，在操作中應注意壓頭直徑及支架間距,嚴格按規(guī)定要求操作,避免各種不利影響因素,確保判定結果準確無誤。

4.3、敏化制度的影響

敏化溫度越高材料抵抗晶間腐蝕的能力就要降低。一般情況下,鎳基合金材料在450~700C時，對耐晶間腐蝕性能特別敏感。試驗中的敏化溫度為690C ,雖然偏高,但尚未超過700C的臨界值,在允i許范圍之內(nèi)。同樣,敏化時間越長,對試驗結果越不利，試樣不合格的可能性就越大,對焊接試樣,尤其是堆焊試樣,更是如此。表3數(shù)據(jù)顯示,所有焊接試樣,凡是敏化時間較長的(8h),其稱重法試驗結果均不合格,堆焊試樣三種方法也均不合格;而當敏化時間較短(6h)時，則都合格。由此可見，敏化時間的長短對焊接試樣的影響確實很大,這是由于焊接的特殊性所決定的。敏化時間的長短對型材卻并未產(chǎn)生多大的影響,甚至經(jīng)過690'C保溫20h較長時間的模擬熱處理再經(jīng)690"C保溫8h的敏化處理也仍然能合格。其主要原因是這些型材為交貨狀態(tài),未經(jīng)焊接的影響,其材料本身耐晶間腐蝕性能較好。

4.4、焊接的影響

焊接過程是在高溫(1500C以上)狀態(tài)下的熔化和重新結晶的過程。所以,試樣是否處于焊接狀態(tài)，對試驗結果的影響是非常大的。焊接組織是---種特殊的鑄態(tài)組織,由于焊接過程的特礎性。結易后形成大量的柱狀枝晶。高溫狀態(tài)下,木(晶粒會有明顯長大傾向(粗晶粒是不耐晶舊腐蝕的);另外,一些有害相(如碳化物、σ相等)會在晶界上析出,化學成分也會產(chǎn)生偏析,雜質含量相對于母材有所增加，易產(chǎn)生宏、微觀缺陷。這些不利因素的存在,加上氧化膜(鈍化膜)的破壞，使其耐晶間腐蝕性能大大降低。焊接接頭(對接)試樣,雖然也處在高溫下,但由于焊接時間較短,焊接線能量較小,晶粒長大傾向相對不太嚴重,試樣中母材又占一定的比例，所以對試驗結果影響并不大,也比較容易合格一些。但堆焊試樣由于焊接時間較長,焊接線能量較大,因此晶粒長大傾向較大,化學成分偏析嚴重,由于產(chǎn)品對堆焊層的厚度有- -定的要求，且此種焊接方法稀釋率較大,基層母材對堆焊層化學成分有一定影響(特別是造成堆焊層含鐵量的增加)。因此,其試驗結果不合格的可能性比對接接頭試樣更大。這從表3中可以得到證實,堆焊試樣的腐蝕率(不管敏化時間的長短)均比對接接頭試樣要高一些。

5、判定方法的比較

從表3中三種檢驗方法判定結果的比較可以看出，稱重法比較苛刻,其他兩種方法主要取決于敏化制度及材料種類。

因為稱重法是以質量損失來計算腐蝕率的,其直接決定試樣的合格與否。因此,不管是什么狀態(tài)，也不管是均勻腐蝕還是非均勻腐蝕,只要質量損失超過腐蝕率所要求的數(shù)值便不合格。另外,筆者還發(fā)現(xiàn)，試樣按稱重法判定不合格,而按金相法和彎曲法可判定為合格,例如表3中11,12及14號試樣，其腐蝕率都超標,被判為不合格,但用金相法和彎曲法的判定結果為合格。而金相法和彎曲法則都與質量損失無關,只要非均勻腐蝕不是很嚴重,是可以通過的，當然，是否最后通過,還取決于熱處理制度。對比表3中16和17號試樣的結果,當敏化時間為8h,三種方法均未通過檢驗,但敏化時間改為6h后，三種方法均通過檢驗。

從三種判定方法要求的著重點不同可以看出，稱重法是以檢驗材料的均勻腐蝕作為主要的驗收依據(jù)，而金相法則著重考慮材料的晶界腐蝕。

6、結論及建議

（1）稱重法考核的主要是材料的均勻腐蝕。對材料的腐蝕率的要求應由供需雙方協(xié)商確定。

（2）金相法考核的是晶界腐蝕,在晶界上是否析出有害相。它的判定結果和金相顯微鏡的倍率有直接關系。

（3）敏化時間越長,同樣的材料通過腐蝕試驗的可能性就越小。所以，--定要根據(jù)實際情況來制定熱處理制度。不能隨意延長敏化時間，造成不必要的浪費。

（4）原材料比較容易通過ASTMG28A法的檢驗,但焊接接頭,尤其是堆焊材料不易通過檢驗。建議制定驗收指標時,應考慮到焊接的特點,對焊接材料的要求不應與母材的要求相同。