晶間腐蝕試驗

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晶間腐蝕（Intergranular Corrosion, IGC）是金屬材料在特定腐蝕環境中沿晶界發生的局部腐蝕現象，常見于不銹鋼、鋁合金、鎳基合金等材料。這種腐蝕會顯著降低材料的力學性能和耐蝕性，尤其對焊接接頭或熱處理不當的材料危害更大。晶間腐蝕試驗是評估材料抗晶間腐蝕能力的關鍵手段，廣泛應用于石油化工、核電、航空航天等領域的質量控制。以下是晶間腐蝕試驗的核心檢測項目及其實施要點。

一、晶間腐蝕試驗的核心檢測項目

1. 硝酸法（Huey試驗）

   • 原理：將試樣浸泡在沸騰的硝酸溶液（通常為65% HNO?）中，通過周期性腐蝕（如48小時為一個周期）后測定質量損失率或觀察晶界腐蝕程度。
   • 適用材料：奧氏體不銹鋼（如304、316）、雙相不銹鋼。
   • 檢測指標：腐蝕速率（g/(m²·h)）、金相顯微鏡觀察晶界是否出現連續腐蝕溝槽。

2. 硫酸-硫酸銅法（ASTM A262 Practice E）

   • 原理：試樣在硫酸-硫酸銅溶液中煮沸（通常為16小時），通過彎曲試驗或金相分析判斷是否發生晶間腐蝕。
   • 適用材料：不銹鋼（尤其焊接接頭）。
   • 檢測指標：彎曲后表面是否開裂；金相觀察晶界腐蝕深度。

3. 草酸浸蝕試驗（ASTM A262 Practice A）

   • 原理：通過電解浸蝕（10%草酸溶液，1A/cm²電流密度，90秒）使晶界析出碳化物，顯微鏡下觀察晶界是否呈現“溝槽”或“臺階”結構。
   • 適用材料：快速篩選不銹鋼的晶間腐蝕敏感性。
   • 檢測指標：晶界腐蝕形貌（如“臺階”為合格，“溝槽”為不合格）。

4. 電化學再活化法（EPR法）

   • 原理：通過動電位掃描測量材料的再活化率，反映晶界貧鉻區的敏感性。
   • 適用材料：不銹鋼、鎳基合金。
   • 檢測指標：再活化率（Ra），Ra>5%表示存在顯著晶間腐蝕傾向。

5. 氯化鐵點蝕試驗

   • 原理：在6% FeCl?溶液中浸泡（如22小時，50℃），通過失重或表面點蝕密度間接評估晶間腐蝕風險。
   • 適用材料：含鉬不銹鋼（如316L）。
   • 檢測指標：單位面積質量損失、點蝕坑是否沿晶界擴展。

二、試驗流程與關鍵參數

1. 試樣制備

   • 取樣方向：需包含軋制方向、焊接熱影響區等關鍵區域。
   • 表面處理：去除氧化皮，拋光至Ra≤0.8μm。

2. 腐蝕介質選擇

   • 根據材料類型選擇對應標準（如ASTM A262、ISO 3651）。
   • 溫度控制：沸騰硝酸法需保持溶液微沸（約120℃）。

3. 結果判定方法

   • 定性分析：金相顯微鏡觀察晶界腐蝕形態（如是否連續、深度）。
   • 定量分析：計算腐蝕速率（失重法）、再活化率（EPR法）。

三、應用場景與標準規范

1. 行業應用

   • 石化設備：檢驗不銹鋼管道焊接后的晶間腐蝕傾向。
   • 核電站：評估蒸汽發生器傳熱管的耐蝕性。
   • 航空航天：鋁合金結構件的抗晶間腐蝕能力測試。

2. 標準

   • ASTM A262：不銹鋼晶間腐蝕試驗方法。
   • ISO 3651：不銹鋼耐晶間腐蝕性能測定。
   • GB/T 4334（中國）：不銹鋼硫酸-硫酸銅腐蝕試驗。

四、結果分析與改進措施

1. 合格判定

   • 硝酸法：腐蝕速率≤1.2 g/(m²·h)（奧氏體不銹鋼）。
   • 硫酸-硫酸銅法：彎曲后無裂紋為合格。

2. 失效原因與改進

   • 碳化物析出：通過固溶處理（如1050℃水淬）消除貧鉻區。
   • 焊接工藝優化：控制熱輸入，避免敏化溫度區間（450-850℃）。

五、結論

晶間腐蝕試驗是保障材料在苛刻環境中安全服役的核心檢測手段。通過硝酸法、硫酸-硫酸銅法等項目，可系統評估材料的晶界穩定性。實際應用中需結合材料類型、服役環境及標準要求選擇合適方法，并針對試驗結果優化熱處理或焊接工藝，以提升材料的抗晶間腐蝕性能。

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