双相不锈钢有害沉淀相检验的探讨

姜 放

（四川大学化工学院，四川 成都 610017）

摘要 双相不锈钢的有害沉淀相检验是最重要的产品质量检验，为了正确指导双相不锈钢有害沉淀相实验室检验，本文分析了ASTM A923标准的B法与通常的钢铁冲击韧性试验方法，以及C法与常用的不锈钢点蚀试验方法的特点。得到了ASTM A923标准的B法与通常的钢铁冲击韧性试验方法在目的、试验温度、验收标准、试件表面要求是不同，C法与常用的不锈钢点蚀试验方法在试验目的、腐蚀速度的计算方法、试验温度、试验时间、验收标准等方面是不同的结论。其结果对于双相不锈钢有害沉淀相实验室检验具有实际指导意义。

0. 前言

在我国西气东输主力气田――克拉2气田的天然气内部集输工程中，采用了UNS S32205双相不锈钢, 其优良的耐蚀性能、高强度和高韧性是选用UNS S32205双相不锈钢的主要原因。

双相不锈钢是铁素体相和奥氏体相大约各占50％的不锈钢，其结合了铁素体相和奥氏体不锈钢相各自的优点，具有比奥氏体不锈钢更高的强度和更优良的耐应力腐蚀开裂性能和抗点蚀的能力（见表1）、优良的抗晶间腐蚀能力。但制造中的不适当热处理和现场安装焊接等，均会使双相不锈钢产生有害沉淀相σ相，降低双相不锈钢的韧性和耐蚀性，因此，除在热处理和焊接中要控制双相不锈钢在敏感温度（320～955℃）的累积停留时间，还要在双相不锈钢产品的检验中进行耐蚀性、冲击韧性和有害沉淀相的检验。而有害沉淀相又直接影响双相不锈钢的耐蚀性和冲击韧性，因此其是最为重要的双相不锈钢的检验

【1、2】

。有害沉淀相的检验经济实用方法是美国材料试验工程师

协会专门制定的检验双相不锈钢有害沉淀相的标准ASTM A923“锻压铁素体/奥氏体不锈钢有害沉淀相的实验室检验方法”

1

【3】

，耐点蚀

的检验方法则采用ASTM G48“用氯化铁溶液进行不锈钢及有关合金点蚀和缝隙腐蚀试验方法”中的A法

【4】

（其与我国GB/T17897“不锈

钢三氯化铁点腐蚀试验方法”相似），冲击韧性的检验则采用ASTM A370“钢产品力学试验的定义和试验方法”

【5】

的规定（其与我国

GB/T229:“金属夏比缺口冲击试验方法”相似）。

表1

材料 σ0.2/MPa 316L 310 2205 450 σb/MPa350 620 δ CPT/℃ PRE 54 30 25 45

26 35

上表中CPT是临界孔蚀温度，PRE为点蚀当量系数。其均是金属材料耐点蚀的相对比较参数。

1. ASTM A923标准简介

在ASTM 923标准中，规定了经固溶处理的双相不锈钢有害沉

淀相三种经济的实验室检验方法，方法A氢氧化钠浸蚀试验，方法B冲击韧性试验、方法C氯化铁溶液点蚀试验。

其中ASTM A923 C法与ASTM G48的A法、ASTM A923 B

法与ASTM A370的冲击试验方法既有相同之处，也有各自的特点。

ASTM A923 A法可以作为合格材料的验收判据，而不能作为判废材料的依据，其是B法和C法试验的快速筛选试验方法，即通过方法A接受的样品可以不作B法和C法试验。

ASTM A923方法B冲击韧性试验对于UNS S32205双相不锈钢的验收判据是在－40℃试验时的V型缺口标准试件，平均冲击功要求见下表2：

2

表2 UNS S32205双相不锈钢方法B冲击韧性试验验收判据 母材金属 ≥54J

热影响区 ≥54J

焊缝熔敷金属 ≥34J

这是因为研究发现，在－40℃时27J的冲击功不能与金属中的有害沉淀相关联，且双相不锈钢的钢板在明显存在有害沉淀相后，也可能有相当的冲击功，因此在ASTM A923的检验方法B法中的验收值考虑了这两方面的原因，将母材和热影响区的验收值规定为54J。另一方面，焊缝金属在没有有害沉淀相时，也偶尔可能低于54J，例如，焊缝中有氧时，焊缝的韧性会受到很大影响，因此焊缝熔敷金属验收值在大于27J地基础上较母材和热影响区有所降低，规定为34J。

对于UNS S32205双相不锈钢ASTM A923方法C氯化铁溶液点蚀试验的验收判据见下表3：

表3 UNS S32205双相不锈钢ASTM A923方法C的验收判据 取样位置

试验温度/℃

平均腐蚀速度/mg·dm-2day-1≤10 ≤10

基体金属 25 熔敷金属 22

在ASTM A923标准中指出了取样的要求，由于双相不锈钢有害沉淀相与温度和冷却速度有关，因此试验样品的位置和方向应选择为最易于生成有害沉淀相的部分，如普通的热处理样品就应取自冷却最慢的部分。

2. 有害沉淀相检验试验应注意的关键问题 2.1 A923 方法C的制样方法

应采用除去金属最少的方法来制备，尽可能采用冷加工。如果

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采用热加工，应进一步打磨或冷切除所有热加工影响的材料。

为避免焊缝/热影响区试件受热氧化色相关部分引起试验腐蚀失重造成的误差，在最终试件磨光之前，可进行整个试件的酸洗，但是实际试验的表面的酸洗或化学处理后的磨削，以使试件表面保留有害沉淀相。

如果试件的横切面边缘已磨光，允许留下试件酸洗状态的焊缝表面。

由于边缘的毛刺要引起与沉淀相无关的失重，所以可以对试件进行轻微倒角，但注意不应真正去掉边缘。

2.2 ASTM G48A法试验和ASTM A923 C法试验

ASTM G48 A法和A 923 C法范围相似，他们使用的设备和过程都相似，但在应用不同。ASTM G 48A描述了试验过程，但没有规定试验温度、暴露时间、腐蚀评价技术和验收标准，而ASTM A 923 C法规定了这些内容，特别是提供了双相不锈钢有害沉淀相的标准判据。

ASTM G48A一个重要的不同是允许试验者不计试件边缘的腐蚀，这有利于排除试件的边缘几何形状与平面不一致产生的试验与现场实际平面的腐蚀误差。但这个允许对于使用该方法证明双相不锈钢有害沉淀相的存在是不合适的。有害沉淀相未必会发生在金属表面或焊缝面，但可能发生在金属的内部，因此试件边缘的腐蚀代表了样品部

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分金属内部有害沉淀相的腐蚀，应以考虑。

ASTM G48A通常要进行系列温度的试验，试验的目标是确定临界孔蚀温度（CPT），因此考虑的试验时间和表面孔蚀的检查方法是为检查细微的孔蚀萌生，在ASTM A923中每一种材料的唯一试验温度选择为没有沉淀相则低于金属临界孔蚀温度，如有沉淀相则高于材料临界孔蚀温度，则孔蚀明显，易于发现。测量失重是为了排除目测孔蚀定量不准，易引起的怀疑和争议，为了对于不同规格和形状试件都采用同一的验收标准，把失重转化为腐蚀速度。

2.3 ASTM A923 方法B试验和ASTM A370的冲击试验方法

ASTM A923 的B法和常用的ASTM A370的冲击试验方法都采用了夏比V型缺口冲击试验，但试验的目的不同，ASTM A923 的B法是为了排除双相不锈钢轧制品热处理产生的有害沉淀相。

通过试验发现在－40℃时平均冲击功54J是和金相中发现有害沉淀相、腐蚀失重增加紧密相关，选择冲击功作为排除有害沉淀相的判断，是因为冲击功易于测量，测试方法成熟

ASME UHA51 和ASTM A370的冲击试验是用来确认其适用性的，试验温度是金属的最小使用温度确定，对于各台设备都可能不同。适用于所有部分包括基体金属、焊缝金属和热影响区。试件数量、冲击功、剪切面积的测量均按ASME UHA51。

ASTM A923 方法B一个重要的区别是试件的表面制备。ASTM

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A923 方法B试验目的是检测可能的沉淀相，避免对试件表面进行了化学处理（酸洗或钝化），可能减少沉淀相在表面的暴露，因而引起试验结果没有或减少检测出有害沉淀相。A923方法B试件边缘应细磨，不能进行化学处理。 3. 结论

a)双相不锈钢有害沉淀相的检验十分重要不可忽视，因为有害沉淀相会影响双相不锈钢的低温冲击韧性和耐蚀性，尤其是耐蚀性的影响十分显著；

b)双相不锈钢有害沉淀相的检验的经济方法是ASTM A923标准规定的试验方法及验收值；

c)ASTM A923标准的B法是与一般压力容器采用的ASME UHA51和ASTM A370的目的、试验温度、验收标准、试件表面要求是不同的，要区别选用；

d)ASTM A923标准的C法与常用的不锈钢点蚀试验方法ASTM G48A方法在试验目的、腐蚀速度的计算方法、试验温度、试验时间、验收标准等方法是不同的，要注意区别处理。

参考文献：

[1]吴玖，双相不锈钢设备制造技术研讨会[C].北京:冶金工业出版社

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2002.11

[2]金堆城钼业公司，双相不锈钢设备制造技术研讨会[C].北京：冶金工业出版社，2001.10

[3]ASTM A923 “standard test methods for detecting detrimental intermetallic phase in wrought duplex austenitic/ferric stainless steels”[S].

[4]ASTM G48 “standard test methods for pitting and crevice corrosion resistance of stainless steels and related alloys by use of ferric chloride solution”[S].

[5]ASTM A370 “standard test methods and definitions for mechanical testing of steel products”[S].

作者简介：姜放，1963年生，男，四川泸州人，高级工程师，在职博士研究生，长期从事酸性油气田材料腐蚀及失效研究，电话（028) 86014471.E-mail:jiangfang63@yahoo.com

Abstract : Detecting detrimental intermetallic phase is the most important test of product quality in wrough duplex stainless steel. ASTM A923 is the experimental test method standard for it. This paper study the method B of ASTM A923 with the common impact test of steel of v notch ,and the method C of ASTM A923 with the usual pitting test. The conclusion is that the test temperature and criterion, surface requirement of specimen is difference between the method B of ASTM A923 and the common impact test of steel of v notch, the calculation of corrosion, test

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temperature, test time, and criterion is difference between the method C of ASTM A923 and the usual pitting test.

Key Words: Duplex stainless steel Detrimental intermetallic phase Experimental test

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