至德鋼業(yè)分析評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)外不銹鋼管標準大都規(guī)定或推薦選用E法評估其耐晶間腐蝕性能，實際既是對不銹鋼管材質(zhì)化學成分和金相組織狀態(tài)的綜合評估，其中也包含有對表面質(zhì)量的宏觀評估。但在實際鋼管質(zhì)量的爭議中，卻有用戶，甚至某些有資質(zhì)的評估機構(gòu)只采用金相試樣就直接作此類評估，這完全是一種錯誤的做法。各國不銹鋼晶間腐蝕E法評定準則見表。

  硫酸－硫酸銅（E）法的實質(zhì)是指晶間腐蝕是不銹鋼應用初期（1930—1940年）發(fā)現(xiàn)的酸性介質(zhì)中局部腐蝕現(xiàn)象。其發(fā)生機理、檢驗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法實質(zhì)是一種抗應力腐蝕開裂（SCC）性能檢驗，而對于熱交換器應用SCC可形成局部腐蝕。E法試驗的前提條件是：試樣要在特定配比的硫酸+硫酸銅溶液中煮沸15小時以上；試樣取出后必須作特定的彎曲變形，實際是構(gòu)成一定的應力狀態(tài)，促使敏感材料形成應力腐蝕開裂。

 美、日及現(xiàn)行國標中均有草酸金相試驗A法作為初步篩選法。需要注意的是：美、日及現(xiàn)行國標中的A法都只能用于判定合格，即無需再作E法等試驗，但卻均不能由A法判定不合格。對無縫不銹鋼管而言，即使在A法試樣中發(fā)現(xiàn)一個或多個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%鋼種肯定不會有問題，這些鋼種只要氮≤0.10%完全可以保證足夠的強度數(shù)值。對碳≥0.03%的鋼種實際只需直接做E法試驗即可。

 由表可見，歐、美、日及現(xiàn)行國標都是采用試樣彎曲段裂紋傾向，而并非由金相試驗直接作E法試驗評估。需要特別關(guān)注的是：

（1）歐標在附注中指明的金相試樣應該取自經(jīng)煮沸彎曲試樣的縱向斷面。

（2）美標中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JISG0575—1999英文版評定準則完全與美歐的E法相一致，但在對應的日文版上“引起的開裂”十分關(guān)鍵的字被遺漏，原因值得深思。

（4）國標E法檢驗標準早期是以前蘇聯(lián)的GOST-6032-58標準為范本制定的，2000年又參照JISG0575—1980版進行了修改。現(xiàn)行版本中E法已基本吸取了美歐標準中的E法的基本要點，雖然在金相試驗取樣位置上仍然保留著更早期版本的說法，但同時卻指明：金相試樣制備過程“要防止過度侵蝕”，實際是已指出該法的一個致命弱點，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），這實際是草酸法不能用于判定不合格和歐標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，實際是指明先前規(guī)定的深度是個不合理的指標。國際上對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判定不銹鋼管的晶間腐蝕性能，那么所有需要煮沸15小時或更長時間的方法早就該取消了。

  晶界不僅對晶間腐蝕有影響，也是強烈影響包括蠕變、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。國際上對其微觀組織、化學成分等形貌特征已從納米尺度上進行了數(shù)十年探索研究，查明在特定的壓力、溫度和化學成分等熱力學參數(shù)條件下可以發(fā)生類似“相變”的突變，被確認是一種“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，這些或許是歐標完全排除草酸腐蝕金相法的深層原因。因此筆者認為，現(xiàn)行國標E法中的金相試驗取樣位置和評估方法應早日修改，以與國際流行E法評估準則接軌，否則就會出現(xiàn)E法試驗合格，而又指出“（從金相檢驗角度分析）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等標準中所指金相法判斷是否存在晶間腐蝕同ENISO3651-2及ASTMA262E法一樣，都應從經(jīng)硫酸+硫酸銅溶液煮沸15小時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忽略不計的；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°彎曲或減薄試樣對比驗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)行人對國標的誤讀造成的，當然，國標對金相試樣的文字敘述不十分清楚也是造成誤解的一個誘因；如何在金相試驗上區(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估晶間腐蝕傾向，則必須對此有明確說明。