1926年Hatfeild 曾采用硫酸-硫酸铜溶液试验敏化不锈钢的晶间腐蚀。后来Strauss等人做了改进,最后发展成为一种常用的检验奥氏体不锈钢晶间腐蚀的标准试验方法。不锈钢在硫酸-硫酸铜试验中的腐蚀电位在+0.3~+0.58V范围内(相对于标准氢电极)。在这一电位范围内,晶粒(18%Cr-10%Ni)表面的腐蚀速度最小,为0.1μA/c㎡,而贫铬区(10%Cr-10%Ni)的腐蚀速度很大,为10μA/c㎡或更大一些。如果敏化严重,例如铬量为7.5%(重量)时,贫铬区将被腐蚀,腐蚀速度大于105μA/c㎡.这样大的腐蚀速度差,将会引起严重的晶间腐蚀。但是在这种腐蚀介质中,除了表面上少数几个晶粒脱落外,一般不会产生晶粒的脱落,腐蚀只局限在1μm级厚度的贫铬区进行。因此不像65%硝酸试验和硫酸-硫酸铁试验那样会引起明显的重量损失。但大部分的晶粒因晶间腐蚀变得像没有粘接的砖砌结构一样。因此,不能用重量法来判断晶间腐蚀的敏感性。然而,电阻,机械性能却发生了明显的改变,故弯曲裂纹、电阻和抗拉强度变化乃是这一试验方法的较好评判依据。
在硫酸-硫酸铜溶液中腐蚀电位是处在+0.3~+0.58V范围的上限部分(如+0.58V处)。但是,把金属铜屑或铜丸放入溶液中并与试样接触时,试样的电位变得和铜的电位相同,为+0.3V(对标准氢电极)。也就是根据Cu2+、Cu+和Cu的共存电位,并在此电位下保持恒定。在这一电位下,它可能在活化区内腐蚀。晶间腐蚀的穿透速度很大,可以把试验时间缩短到24小时,甚至有些钢种还经不起这样长的浸蚀,试验时间还可以缩短到15小时。
一、应用范围和优缺点
这一方法可用于评定交货状态的热处理、添加稳定元素(如钛或铌)以及降低碳含量在防止晶间腐蚀方面的作用,适用于不锈钢的锻材和焊接件。具体可以用这一方法检验304不锈钢、304L不锈钢、316不锈钢、316L不锈钢、317不锈钢、317L不锈钢、321不锈钢、347不锈钢中碳化铬引起的晶间腐蚀敏感性,不能检验与σ相有关的晶间腐蚀敏感性。
这一方法的优点。在硫酸-硫酸铜溶液中添加铜屑,电位降低较快,较稳定,溶液量和铜屑量对试验结果影响不大,腐蚀条件比较稳定,操作容易控制。因此,H2SO4-CuSO4-铜屑法被各国采用,如今已成为一种国际标准方法。前苏联还发展了硫酸-硫酸铜-锌粉法110g CuSO4·5H2O+55mL(密度1.84) H2SO4+5g锌粉+1L蒸馏水,煮沸144小时。
二、试样尺寸及制备
焊接试样应从与产品钢材相同而且焊接工艺也相同的试板上选取。
试样尺寸选取方法见表 2-4 ,焊接试样、焊条试样及堆焊焊条试样的选取方法分别见图2-8、图2-9、图2-10、图2-11。
试样用锯切取,如用剪切时,应通过切削或研磨方法除去剪切的影响部分。
试样上有氧化皮时,要通过切削或研磨除掉。需要敏化处理的试样,应在敏化处理后行研磨。
试样切取及表面研磨时,应防止过热,被试验的试样表面粗糙度Ra 必须小于0.8μm。不能进行研磨的试样,根据双方协议也可以采用其他方法处理。
焊接试样直接以焊后状态进行试验。对焊后还要经过350℃以上热加工的焊接件,试样焊后还应进行敏化处理,敏化处理制度在协议中另行规定。
三、试验条件和步骤
1. 试验溶液:将100g硫酸铜(GB 665,分析纯)溶解于700mL蒸馏水或去离子水中再加入100mL硫酸(GB 625,优级纯),用蒸馏水或去离子水稀释至1000mL,配制成硫硫酸铜溶液。
2. 试验前将试样用适当的溶剂或洗涤剂(非氯化物)去油并干燥。
3. 在烧瓶底部铺一层铜屑(GB-466 纯度不小于99.5%),然后放置试样。保证每个试与铜屑接触的情况下,同一烧瓶中允许放几层同一钢种的试样,但是,试样之间要互不接触。
4. 试验溶液应高出最上层试样20mm以上,每次试验都应使用新的试验溶液。注:仲裁试验时,试验溶液量按试样表面积计算,其量在8mL/c㎡以上。
5. 将烧瓶放在加热装置上,通以冷却水,加热试验溶液,使之保持微沸状态。试样连续16小时。
6. 试验后取出试样,洗净,干燥,弯曲。
四、试验结果评定
1. 压力加工件和焊接件试样弯曲角度为180°,焊接接头沿熔合线进行弯曲。铸钢件弯曲角度为90°。
2. 试样弯曲用的压头直径,当试样厚度不大于1mm时,压头直径为1mm;当试样厚度大于1mm时,压头直径为5mm。
3. 弯曲后的试样在10倍放大镜下观察弯曲试样外表面,有无因晶间腐蚀而产生的裂纹,从试样的弯曲部位棱角产生的裂纹,以及不伴有裂纹的滑移线,绉纹和表面粗糙等都不能认为是晶间腐蚀而产生的裂纹。
4. 试样不能进行弯曲评定或弯曲的裂纹难以判定时,则采用金相法观察。金相磨片经浸蚀后,在显微镜下观察(150~500倍),晶间腐蚀深度值不得超过5μm。
五、试验报告
1. 记录试样种类,热处理制度等;
2. 记录试样弯曲角度及10倍放大镜观察后,晶间腐蚀倾向结果;
3. 如果用金相法判定时,应记录晶间腐蚀深度值。