1926年Hatfeild 曾采用硫酸-硫酸銅溶液試驗敏化不銹鋼的晶間腐蝕。后來Strauss等人做了改進,最后發展成為一種常用的檢驗奧氏體不銹鋼晶間腐蝕的標準試驗方法。不銹鋼在硫酸-硫酸銅試驗中的腐蝕電位在+0.3~+0.58V范圍內(相對于標準氫電極)。在這一電位范圍內,晶粒(18%Cr-10%Ni)表面的腐蝕速度最小,為0.1μA/c㎡,而貧鉻區(10%Cr-10%Ni)的腐蝕速度很大,為10μA/c㎡或更大一些。如果敏化嚴重,例如鉻量為7.5%(重量)時,貧鉻區將被腐蝕,腐蝕速度大于105μA/c㎡.這樣大的腐蝕速度差,將會引起嚴重的晶間腐蝕。但是在這種腐蝕介質中,除了表面上少數幾個晶粒脫落外,一般不會產生晶粒的脫落,腐蝕只局限在1μm級厚度的貧鉻區進行。因此不像65%硝酸試驗和硫酸-硫酸鐵試驗那樣會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有粘接的磚砌結構一樣。因此,不能用重量法來判斷晶間腐蝕的敏感性。然而,電阻,機械性能卻發生了明顯的改變,故彎曲裂紋、電阻和抗拉強度變化乃是這一試驗方法的較好評判依據。
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,試樣的電位變得和銅的電位相同,為+0.3V(對標準氫電極)。也就是根據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,它可能在活化區內腐蝕。晶間腐蝕的穿透速度很大,可以把試驗時間縮短到24小時,甚至有些鋼種還經不起這樣長的浸蝕,試驗時間還可以縮短到15小時。
一、應用范圍和優缺點
這一方法可用于評定交貨狀態的熱處理、添加穩定元素(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,不能檢驗與σ相有關的晶間腐蝕敏感性。
這一方法的優點。在硫酸-硫酸銅溶液中添加銅屑,電位降低較快,較穩定,溶液量和銅屑量對試驗結果影響不大,腐蝕條件比較穩定,操作容易控制。因此,H2SO4-CuSO4-銅屑法被各國采用,如今已成為一種國際標準方法。前蘇聯還發展了硫酸-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。
二、試樣尺寸及制備
焊接試樣應從與產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圖2-8、圖2-9、圖2-10、圖2-11。
試樣用鋸切取,如用剪切時,應通過切削或研磨方法除去剪切的影響部分。
試樣上有氧化皮時,要通過切削或研磨除掉。需要敏化處理的試樣,應在敏化處理后行研磨。
試樣切取及表面研磨時,應防止過熱,被試驗的試樣表面粗糙度Ra 必須小于0.8μm。不能進行研磨的試樣,根據雙方協議也可以采用其他方法處理。
焊接試樣直接以焊后狀態進行試驗。對焊后還要經過350℃以上熱加工的焊接件,試樣焊后還應進行敏化處理,敏化處理制度在協議中另行規定。
三、試驗條件和步驟
1. 試驗溶液: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,優級純),用蒸餾水或去離子水稀釋至1000mL,配制成硫硫酸銅溶液。
2. 試驗前將試樣用適當的溶劑或洗滌劑(非氯化物)去油并干燥。
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. 試驗溶液應高出最上層試樣20mm以上,每次試驗都應使用新的試驗溶液。注:仲裁試驗時,試驗溶液量按試樣表面積計算,其量在8mL/c㎡以上。
5. 將燒瓶放在加熱裝置上,通以冷卻水,加熱試驗溶液,使之保持微沸狀態。試樣連續16小時。
6. 試驗后取出試樣,洗凈,干燥,彎曲。
四、試驗結果評定
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行彎曲。鑄鋼件彎曲角度為90°。
2. 試樣彎曲用的壓頭直徑,當試樣厚度不大于1mm時,壓頭直徑為1mm;當試樣厚度大于1mm時,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,有無因晶間腐蝕而產生的裂紋,從試樣的彎曲部位棱角產生的裂紋,以及不伴有裂紋的滑移線,縐紋和表面粗糙等都不能認為是晶間腐蝕而產生的裂紋。
4. 試樣不能進行彎曲評定或彎曲的裂紋難以判定時,則采用金相法觀察。金相磨片經浸蝕后,在顯微鏡下觀察(150~500倍),晶間腐蝕深度值不得超過5μm。
五、試驗報告
1. 記錄試樣種類,熱處理制度等;
2. 記錄試樣彎曲角度及10倍放大鏡觀察后,晶間腐蝕傾向結果;
3. 如果用金相法判定時,應記錄晶間腐蝕深度值。