维普资讯 http://www.cqvip.com ・ ３０ ・ 福建化工 ２００２年 第３期 不锈钢硫酸一硫酸铜晶间 腐蚀试验方法合理性的探讨 张永清 （三明化工有限责任公司机械厂 三明 ３６５０００） 摘要按ＧＢ／Ｔ４３３４．５—２０００（￣锈钢硫酸一硫酸铜腐蚀试验方法）来判定焊接 接头是否具有晶间腐蚀倾向不合理，通过试验和分析。弯曲试验压头直径 应大于或等于４倍板厚。 关键词不锈钢 晶问腐蚀 弯曲试验 弯轴直径合理性 １问题的提出 方法是不合理的。 为了确认这一结论，以及得出比较合理的弯曲 试验弯轴数据，我们焊制了一块不锈钢试板，做了以 下试验工作。 用硫酸一硫酸铜晶间腐蚀试验方法来判定不锈 钢原材料及焊接接头是否具有晶间腐蚀倾向，在不 锈钢压力容器的制造过程中经常遇到。然而在过去 的十几年里，我们从最早用ＪＢ１２２３—７５＜不锈耐酸 钢晶间腐蚀倾向试验方法＞中的“Ｔ”法到目前按 ＧＢ／Ｔ４３３４．５—２０００＜不锈钢硫酸一硫酸铜腐蚀试验 ２相关试验 ２．１试样制备 试板材质３１６Ｌ，板厚８ＩＩｌＩＩ１，焊条牌号Ａ０２２，直 径 ２．５、 ３．２，采用单面焊双面成形工艺。坡口型 方法）对不锈钢原材料和焊接接头按步骤进行腐蚀 和最终根据试样弯曲后的结果来判定是否具有晶间 腐蚀倾向时，原材料几乎全都通过试验，而焊接接头 却无一例外地得出有晶间腐蚀倾向这一结论。是由 于我们的焊接工艺不合理而导致焊接接头具有晶间 式和焊接顺序如图１所示；母材和焊条的化学成份、 机械性能见表１；焊接工艺见表２；焊接接头的射线 探伤和机械性能见表３。 腐蚀倾向，还是评定方法不科学得出了不正确的判 断也就成了我们这些年来一直探讨的问题。 ６０ 通过查找相关资料，在进行了一次水平比较试 验即：（１）试样不进行腐蚀；（２）用蒸馏水代替腐蚀 液；（３）用腐蚀液，其余步骤严格按标准要求进行而 得出试样具有晶间腐蚀倾向这一相同结论后，结合 我们按此方法判定具有晶间腐蚀倾向的多台不锈钢 容器十几年来一直安全使用的情况，我们初步认定 ＧＢ／Ｔ４３３４．５—２０００＜不锈钢硫酸一硫酸铜晶间腐蚀 试验方法＞中所规定的用Ｄ＝５的弯轴直径对试样 图１试样坡口型式和焊接顺序 进行弯曲并判定焊接接头是否具有晶间腐蚀倾向的 维普资讯 http://www.cqvip.com 福建化工 ２００２年 第３期 ・ ３１ ・ 表１试验用材的化学成份和机械性能指标 规牌号 ＩＴＩＩＩＩ ３１６Ｌ ８ 格 Ｃ ０．０１８ 化学成份％ Ｓｉ ０．５６ 机械性能 Ｃｒ Ｎｉ Ｍｏ ｇｂＮ／ｒａｍ ５９５ Ｍｎ Ｐ Ｓ ％ ５８．５７ １．１７ ０．０３０ ０．００１ １７．４５ １１．１１ ２．０７ 夺２．５ Ａ０２２ ０．０３ ０．０３ ０．３６ ０．３５ １．４９ ０．０２８ ０．００８ １８．１６ １２．００ ２．３４ １．５０ ０．０２０ ０．００７ １７．８２ １１．４７ ２．４５ ５５５ ６１０ ４２ ４２ 夺３．２ 表２焊接规范 焊缝层次 １ ２ ３ 焊条规格 夺２．５ 夺３．２ ３．２ 电源极性 直反 直反 直反 电流（Ａ） ６０ ９０ ９０ 电压（Ｖ） ２８ ２６ ２６ 焊接速度 ８～１０ １０～１２ １０～１２ 表３焊接试板射线探伤结果和机械性能 探伤结果 Ｉ级 （Ｎ／ｒａｍ２） ６１７ 冷弯Ｄ：４３ １８０ 合格 试样从试板上依次制取，规格：长８０ｍｍ、宽 ２０ｍｍ，背面刨平，从正面加工至要求厚度４ｍｍ，试 样表面打磨抛光至表面粗糙度ａ ＜０．８ ｍ。 ２．２试验溶液 （１）弯轴直径为５ｍｍ：弯曲至１００。左右时，焊缝 中央整条开裂；（图２） （２）弯轴直径为２倍板厚：弯曲角度末达１８０。 时，焊缝中央整条开裂； 将１００ｇ分析纯硫酸铜（ＣｕＳＯ４・５Ｈ２Ｏ）溶解于 （３）弯轴直径为２．５倍板厚：弯曲１８０。后，一件 焊缝中央整条开裂，三件焊缝中央下陷、裂纹数量很 多，长度４～５ｍｍ： ７００ｍｌ蒸馏水中。再加入１００ｍｌ优级纯硫酸，用蒸馏 水稀释至１０００ｍｌ，配成硫酸一硫酸铜溶液。 ２．３试验仪器和设备 １０００ｍｌ带回流冷凝器的磨口锥形烧瓶。 调温电炉。 ２．４试验条件和步骤 （４）弯轴直径为３倍板厚：焊缝中心下陷，一件 试样无裂纹，其余三件裂纹数量较（３）有明显减小， 长度约为２～３ｍｍ（图３）； （５）弯轴直径为４倍板厚：焊缝中心下陷，二件 试样无裂纹，二件试样的裂纹数量较（４）明显减小， 长度约为０．５ｍｍ（图４）； （１）将所有试样用洗涤剂清洗去油并干燥。 （２）在烧瓶底部铺一层纯度≥９９．５％的铜屑，试 样之间用铜屑隔开。保证相互不接触。 （３）试液高于试样２０ｍｍ。 （６）弯轴直径为４．５倍板厚：焊缝中央轻微下 陷，未产生裂纹。 ２．６金相检验 （４）将烧瓶置于电炉上加热，通以冷却水，加热 试验溶液，使之保持微沸状态，试验连续１６小时后， 取出洗净。 ２．５弯曲试验 随机取二件腐蚀过的试样，进行金相观察，情况 如下： ２．６．１直接观察，图５： （１）焊缝存在点状氧化物夹杂，级别：２．０级； 将腐蚀过的试样随机每４件组成一组，弯轴直 径依次按５ｍｍ、２倍板厚、２．５倍板厚、３倍板厚、４ （２）未发现晶间腐蚀裂纹。 ２．６．２用王水腐蚀（图６～图７）： 倍板厚、４．５倍板厚，沿着试样熔合线位置进行１８０。 弯曲试验，弯曲后的情况如下： （１）焊缝：７＋ｄ＋碳化物（晶粒度细）； 维普资讯 http://www.cqvip.com ・３２・ 福建化工 ２００２年 第３期 （２）热影响区：单向７（树枝状）结晶＋等轴状７ 以上试验表明在没有晶间腐蚀的情况下，试样 结晶（晶粒粗大）； （３）基体：７＋ａ（少量）； （４）熔合良好，未发现晶间腐蚀裂纹。 图２ 图６ ３分析与讨论 造成试样在弯曲过程中开裂的原因很多，它们 可能是：（１）晶间腐蚀；（２）表面缺陷；（３）内部缺陷； （４）晶粒粗大，塑性差；（５）弯轴选择不当；（６） 弯曲 角度过大等。从腐蚀试样的金相分析结果中．我们 可以排除试样由于晶间腐蚀而导致开裂这一原因， 同时报告显示试样的晶粒比较细，焊接接头的冷弯 在Ｄ＜４的弯轴直径下都开裂，说明标准弯轴直径 的规定有点问题。 图３ 图５ ＿ 、＾ 一 一≮薯 。｜： ｜≮｜ ｜ 图７ 试验结果合格，都表示了该试样的塑性较好，符合压 力容器相关标准的要求。再者，射线探伤的结果及 弯曲后的开裂缺陷形状分析，基本上可以排除试样 开裂是由于内、外缺陷引起的。综上所述，我们认为 造成晶间腐蚀试样弯曲不合格的原因是：弯轴选择 不当或弯曲角度过大造成试样表面塑性变形量超过 焊接接头的允许值而导致开裂。 维普资讯 http://www.cqvip.com 福建化工 ２００２年 第３期 ・ ３３ ・ 大家知道，试样弯曲时经过弹性和塑性两个阶 段：变形很小时，处于弹性阶段，此时外侧受拉，内侧 受压，中间存在应力 ：０的中性居，中性层位于板 厚的中间；变形增大时，内外表面金属先达到屈服极 限，材料由弹性变形转入塑性变形阶段，随着弯曲角 度的增加，塑性变形由表及里，最后整个断面进入塑 性状态。同时随着弯曲变形程度的不同，塑性弯曲 还可分为三类： ＝一 ：二 二 ：：圭 （ｒ＋考）。 ｔ×１００％ Ｄ＋ｔ 第一类弹塑性弯曲：此试样表面和近表面呈塑 性状态，中间仍保持相当大的弹性变形区，中性层在 板厚的中间。 第二类线性纯塑性弯曲：此时试样整个断面呈 塑性区，中性层仍在中间。 图８弯曲后试样的伸长情况 第三类立体纯塑性弯曲：此时试样宽窄对应力、 应变产生影响，窄试样在弯曲时，横向可变形，宽试 样弯曲时，横向受阻，外侧部分材料在板厚方向产生 压缩变形，使中性层内移。 下面我们具体分析一下弯曲角度、弯轴直径的 选择对试样塑性变形的影响： ３．１ 弯轴直径的选择对试样外侧塑性变形的影响 为： 从上式可以看出，试样外层的弯曲伸长率（相对 伸长量）在板厚一定时，仅与弯轴直径有关。 当Ｄ／ｔ＝１．２５时，外侧弯曲伸长率为４４％； 当Ｄ／ｔ＝２时，外侧弯曲伸长率为３３％； 当Ｄ／ｔ＝４时，外侧弯曲伸长率为２０％。 若弯轴直径为极厚的整数倍时，则上式可改写 弯轴直径Ｄ与板厚ｔ的比值Ｄ／ｔ又称为相对弯 占 １ ×１００％ 曲直径，表示弯曲变形的程度。为便于计算，我们假 设试样弯曲时的外层是均匀变形，且中性层位于板 厚中间（图８）。塑性变形后，试样外侧弯曲伸长率 为： ：ｒ２ －－ ａ艿：ｂｌｌｌａ２ —×１００％ 此式表明此时试样的外侧变形与板厚无关，只 要Ｄ／ｔ相同，不同板厚其外层延伸率是相同的。不 同弯轴直径所对应的试样外侧弯曲变形情况见表 ４。 ～ａｌａ２ 表４弯曲伸长与比值Ｄ／ｔ的关系 ｌ 比值Ｄ／ｔ 弯曲伸长％ １ ５０ ２ ３３ ２．５ ２９ ３ ２５ ４ ２０ ６ １４ 从计算式和表４可以看出，Ｄ／ｔ增大，弯曲伸长 率减小。 ６％。也就是说相对弯曲直径Ｄ／ｔ小时，中性层内移 得多，外层拉伸的程度大，开裂倾向大。 ３．３弯曲角的影响： ３．２弯轴直径对中性层位置的影响 据资料介绍：弯曲过程中，当Ｄ／ｔ＞６时，ｄ＝０ 的应力与ｅ＝０的应变中性层重合，位于板厚的中 间。而当Ｄ／ｔ＜６时，ｄ＝０、￡＝０的中性层不重合， 并向内表面偏移，相对弯轴直径不同时，中性层偏移 前已提及，若弯曲按均匀变形考虑，试样的外侧 伸长率仅与弯轴直径和板厚有关，而与弯曲角无关， 但实际上试样弯曲时，变形是不均匀的，即试样不同 部位测量的弯曲伸长量是不同的，顶点最大，并随离 顶点距离的增加而减少。随着弯曲角度增加这种不 均匀性就比较明显。当弯曲角度大于９０。时，试样 程度也不同，根据有关资料介绍，当Ｄ／ｔ＝２时，中性 层向内偏移１２．６％；当Ｄ／ｔ＝４时，中性层向内偏移 维普资讯 http://www.cqvip.com ・３４・ 福建化工 ２００２年 第３期 外层材料伸长量急剧增加。 上文我们比较详细地讨论了弯轴直径、弯曲角 面的反映也说明了这点。 晶间腐蚀试样的弯曲试验弯轴直径十几年来一 直没有改变，而弯曲角度由９０。变为１８０。后，要求反 而更严格了，从我们这些年来的实践，以及过去所做 的平行实验，可以得出这么一个结论：即按标准规定 对试样弯曲过程中外侧伸长率的影响，下面我们再 来了解一下过去和现行压力容器相关标准中焊接试 板弯曲试验的弯轴选用标准和角度要求。 （１）ＪＢ１６１４—８３“锅炉受压元件焊接接头机械性 能检验方法”中对焊接试板弯曲试验的规定如下： 双面焊：弯轴直径Ｄ／ｔ＝２，弯曲角度１００。 的弯轴直径Ｄ＝５对焊接接头试样进行１８０。的弯曲 试验，是不可能合格的，原因很简单，因为这一试验 所造成的试样变形量远远超过了试样塑性变形所能 承受的极限。 ４结论 单面焊：弯轴直径Ｄ／ｔ＝３，弯曲角度９０。 （２）ＪｔＮ７４４～２０００“钢制压力容器产品焊接试板 的力学性能检验”中对产品焊接试验的弯曲试验统 一规定为：弯轴直径Ｄ／ｔ：４，弯曲角度１８０。 （３）ＧＢ１２２３—７５“不锈耐酸钢晶间腐蚀倾向试 ４．１ ＧＢ／Ｔ４３３４．５—２０００（不锈钢硫酸一硫酸铜腐 蚀试验方法＞规定试样在腐蚀后以Ｄ＝５的压头进 行１８０。的弯曲，然后根据弯曲后试样表面有无裂纹 验方法”中的”Ｔ”法，对晶间腐蚀试样的弯曲试验规 定如下： 来判定试样是否具有晶间腐蚀倾向的方法是可行 的，但压头直径选择太小。根据我们的试验，压头直 ｔ＞１ ｒｎｒｎ时，压头直径Ｄ＝５ｒａｍ，弯曲角度９０。 （４）ＧＢ／ＱＴ４３３４．５～２０００“不锈钢硫酸一硫酸 铜腐蚀试验方法”对晶间腐蚀试样的弯曲试验规定 如下： 径应大于或等于４倍板厚，具体多少有待于通过系 统的试验给予确定。 ４．２根据金相分析法来判定焊接试样是否具有晶 间腐蚀倾向是比较有效的，使用这一方法虽然费用 相对较高，但在标准确定合理的弯轴直径前，应该是 唯一的方法 统一压头直径Ｄ＝５ｒａｍ，弯曲角度１８０。 产品试板的新、旧标准中弯轴直径均大于２倍 板厚，并且弯轴直径的演变是从２倍或３倍板厚增 加到４倍板厚，弯曲角度由１００。或９Ｏ。改为１８０。，总 体而言，这种变化使试样外侧表面的弯曲伸长量减 少，提高了焊接试板的弯曲合格率，我厂的产品试板 和工艺评定试板的评定工作证明了这一点，同时在 新标准出台前的几年里，经常能见到有关焊接试板 难于通过弯曲的报道，而在目前几乎没有听到这方 参考资料： １ ＪＢＩ６１４—８３锅炉受压元件焊接接头机械性能检验方法 ２ ＪＢ４７４４—２０００钢制压力容器产品焊接试板的力学性能检验 ３ ＧＢＩ２２３—７５ Ｔ－锈耐酸钢晶问腐蚀倾向试验方法 ４ ＧＢ／Ｔ４３３４ ５—２０００不锈钢硫酸一硫酸铜腐蚀试验方法 ５ ＪＢ４７０８—２０００压力容器焊接工艺评定 ６ ＧＢ９８３—９５不锈钢焊条 ７ ＡＳＭＥ ＳＡ２４０ＥＤ９８不锈钢热轧钢板技术条停“冷冲压技术问答” 上册．机械工业出版社１９８４年 （上接第４４页） 不妨假设现行工作转速为系统固有频率值，避 开低于此频率２５％或高于此频率４０％的区域运转， 计算的固有频率值比实际值略低＿－一些，但共振区域 的界限取值是极限值，故无防。 参考文献 １ （理论力学）下册Ｐ２３１—２８０、Ｐ３５８高等教育出版社 南京工学 院、西安交通大学主编 是消除共振的基本出发点，在变频技术日益普及的 今天，综合考虑设备运行费用与变频器的价格，采用 变频技术消除设备异常振动不失为一种快捷、有效 的办法。 ２（材料力学）上册Ｐ２３９高等教育出版社刘鸿文主编 ３（动力基础设计手册）Ｐ２４—２６中国建筑工业出版社 第一机械 工业部设计研究总院编 ４（电工＞Ｐ１６３机械２２．业出版社上海市第一机电工业局２ｒ＿会编 注：计算系统固有频率时，梁的重量不计，使得