1926年Hatfeild 曾采用硫酸-硫酸銅溶液試驗(yàn)敏化不銹鋼的晶間腐蝕。后來(lái)Strauss等人做了改進(jìn),最后發(fā)展成為一種常用的檢驗(yàn)奧氏體不銹鋼晶間腐蝕的標(biāo)準(zhǔn)試驗(yàn)方法。不銹鋼在硫酸-硫酸銅試驗(yàn)中的腐蝕電位在+0.3~+0.58V范圍內(nèi)(相對(duì)于標(biāo)準(zhǔn)氫電極)。在這一電位范圍內(nèi),晶粒(18%Cr-10%Ni)表面的腐蝕速度最小,為0.1μA/c㎡,而貧鉻區(qū)(10%Cr-10%Ni)的腐蝕速度很大,為10μA/c㎡或更大一些。如果敏化嚴(yán)重,例如鉻量為7.5%(重量)時(shí),貧鉻區(qū)將被腐蝕,腐蝕速度大于105μA/c㎡.這樣大的腐蝕速度差,將會(huì)引起嚴(yán)重的晶間腐蝕。但是在這種腐蝕介質(zhì)中,除了表面上少數(shù)幾個(gè)晶粒脫落外,一般不會(huì)產(chǎn)生晶粒的脫落,腐蝕只局限在1μm級(jí)厚度的貧鉻區(qū)進(jìn)行。因此不像65%硝酸試驗(yàn)和硫酸-硫酸鐵試驗(yàn)?zāi)菢訒?huì)引起明顯的重量損失。但大部分的晶粒因晶間腐蝕變得像沒(méi)有粘接的磚砌結(jié)構(gòu)一樣。因此,不能用重量法來(lái)判斷晶間腐蝕的敏感性。然而,電阻,機(jī)械性能卻發(fā)生了明顯的改變,故彎曲裂紋、電阻和抗拉強(qiáng)度變化乃是這一試驗(yàn)方法的較好評(píng)判依據(jù)。
在硫酸-硫酸銅溶液中腐蝕電位是處在+0.3~+0.58V范圍的上限部分(如+0.58V處)。但是,把金屬銅屑或銅丸放入溶液中并與試樣接觸時(shí),試樣的電位變得和銅的電位相同,為+0.3V(對(duì)標(biāo)準(zhǔn)氫電極)。也就是根據(jù)Cu2+、Cu+和Cu的共存電位,并在此電位下保持恒定。在這一電位下,它可能在活化區(qū)內(nèi)腐蝕。晶間腐蝕的穿透速度很大,可以把試驗(yàn)時(shí)間縮短到24小時(shí),甚至有些鋼種還經(jīng)不起這樣長(zhǎng)的浸蝕,試驗(yàn)時(shí)間還可以縮短到15小時(shí)。
一、應(yīng)用范圍和優(yōu)缺點(diǎn)
這一方法可用于評(píng)定交貨狀態(tài)的熱處理、添加穩(wěn)定元素(如鈦或鈮)以及降低碳含量在防止晶間腐蝕方面的作用,適用于不銹鋼的鍛材和焊接件。具體可以用這一方法檢驗(yàn)304不銹鋼、304L不銹鋼、316不銹鋼、316L不銹鋼、317不銹鋼、317L不銹鋼、321不銹鋼、347不銹鋼中碳化鉻引起的晶間腐蝕敏感性,不能檢驗(yàn)與σ相有關(guān)的晶間腐蝕敏感性。
這一方法的優(yōu)點(diǎn)。在硫酸-硫酸銅溶液中添加銅屑,電位降低較快,較穩(wěn)定,溶液量和銅屑量對(duì)試驗(yàn)結(jié)果影響不大,腐蝕條件比較穩(wěn)定,操作容易控制。因此,H2SO4-CuSO4-銅屑法被各國(guó)采用,如今已成為一種國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)方法。前蘇聯(lián)還發(fā)展了硫酸-硫酸銅-鋅粉法110g CuSO4·5H2O+55mL(密度1.84) H2SO4+5g鋅粉+1L蒸餾水,煮沸144小時(shí)。
二、試樣尺寸及制備
焊接試樣應(yīng)從與產(chǎn)品鋼材相同而且焊接工藝也相同的試板上選取。
試樣尺寸選取方法見(jiàn)表 2-4 ,焊接試樣、焊條試樣及堆焊焊條試樣的選取方法分別見(jiàn)圖2-8、圖2-9、圖2-10、圖2-11。
試樣用鋸切取,如用剪切時(shí),應(yīng)通過(guò)切削或研磨方法除去剪切的影響部分。
試樣上有氧化皮時(shí),要通過(guò)切削或研磨除掉。需要敏化處理的試樣,應(yīng)在敏化處理后行研磨。
試樣切取及表面研磨時(shí),應(yīng)防止過(guò)熱,被試驗(yàn)的試樣表面粗糙度Ra 必須小于0.8μm。不能進(jìn)行研磨的試樣,根據(jù)雙方協(xié)議也可以采用其他方法處理。
焊接試樣直接以焊后狀態(tài)進(jìn)行試驗(yàn)。對(duì)焊后還要經(jīng)過(guò)350℃以上熱加工的焊接件,試樣焊后還應(yīng)進(jìn)行敏化處理,敏化處理制度在協(xié)議中另行規(guī)定。
三、試驗(yàn)條件和步驟
1. 試驗(yàn)溶液:將100g硫酸銅(GB 665,分析純)溶解于700mL蒸餾水或去離子水中再加入100mL硫酸(GB 625,優(yōu)級(jí)純),用蒸餾水或去離子水稀釋至1000mL,配制成硫硫酸銅溶液。
2. 試驗(yàn)前將試樣用適當(dāng)?shù)娜軇┗蛳礈靹ǚ锹然铮┤ビ筒⒏稍铩?/span>
3. 在燒瓶底部鋪一層銅屑(GB-466 純度不小于99.5%),然后放置試樣。保證每個(gè)試與銅屑接觸的情況下,同一燒瓶中允許放幾層同一鋼種的試樣,但是,試樣之間要互不接觸。
4. 試驗(yàn)溶液應(yīng)高出最上層試樣20mm以上,每次試驗(yàn)都應(yīng)使用新的試驗(yàn)溶液。注:仲裁試驗(yàn)時(shí),試驗(yàn)溶液量按試樣表面積計(jì)算,其量在8mL/c㎡以上。
5. 將燒瓶放在加熱裝置上,通以冷卻水,加熱試驗(yàn)溶液,使之保持微沸狀態(tài)。試樣連續(xù)16小時(shí)。
6. 試驗(yàn)后取出試樣,洗凈,干燥,彎曲。
四、試驗(yàn)結(jié)果評(píng)定
1. 壓力加工件和焊接件試樣彎曲角度為180°,焊接接頭沿熔合線進(jìn)行彎曲。鑄鋼件彎曲角度為90°。
2. 試樣彎曲用的壓頭直徑,當(dāng)試樣厚度不大于1mm時(shí),壓頭直徑為1mm;當(dāng)試樣厚度大于1mm時(shí),壓頭直徑為5mm。
3. 彎曲后的試樣在10倍放大鏡下觀察彎曲試樣外表面,有無(wú)因晶間腐蝕而產(chǎn)生的裂紋,從試樣的彎曲部位棱角產(chǎn)生的裂紋,以及不伴有裂紋的滑移線,縐紋和表面粗糙等都不能認(rèn)為是晶間腐蝕而產(chǎn)生的裂紋。
4. 試樣不能進(jìn)行彎曲評(píng)定或彎曲的裂紋難以判定時(shí),則采用金相法觀察。金相磨片經(jīng)浸蝕后,在顯微鏡下觀察(150~500倍),晶間腐蝕深度值不得超過(guò)5μm。
五、試驗(yàn)報(bào)告
1. 記錄試樣種類(lèi),熱處理制度等;
2. 記錄試樣彎曲角度及10倍放大鏡觀察后,晶間腐蝕傾向結(jié)果;
3. 如果用金相法判定時(shí),應(yīng)記錄晶間腐蝕深度值。