硝酸試驗是1930年首先由Huey提出并經(jīng)過后人不斷改進發(fā)展起來的。因此,有時又把這一方法叫做Huey試驗。美國廣泛使用這一定量方法檢驗晶間腐蝕的敏感性。硝酸腐蝕試驗的機理目前還沒有完全弄清楚,它可能是由下面幾種不同的作用引起的。
1. 硝酸試驗是在氧化還原系統(tǒng)中進行的浸蝕試驗。退火狀態(tài)的奧氏體不銹鋼在這一溶液中的腐蝕電位在1.00~1.20V(氫標)的范圍內(nèi),并且隨著時間的增加而變得更正。在這一電位范圍內(nèi),退火狀態(tài)奧氏體不銹鋼的腐蝕速度是高的,至少為11.7mm/a(相應于電流密度為1mA/c㎡),而代表貧鉻區(qū)成分的合金在1.00~1.20V整個電位范圍內(nèi)則有更高的腐蝕速度,這樣就產(chǎn)生了嚴重的晶間腐蝕。
2. 為了解釋硝酸試驗中腐蝕損失很大的原因,提出了六價鉻離子的作用問題。因為敏化材料的晶粒邊界中,被溶解的鉻是以Cr6+的形式存在于溶液中,由于
Gr6++3e=Cr3+
還原反應比HNO3的還原反應及H+的還原反應容易進行。因此,這種強氧化性離子的存在,使鋼的電位變得更正,可達到1.20V(氫標)以上,腐蝕速度可達到1170mm/a(相當于電流密度為100mA/c㎡)或更大。
3. 含鉬不銹鋼和鎳基合金,例如316L不銹鋼和 Hastelloy C , 它們在貧鉻區(qū)引起晶間腐蝕的其他腐蝕試驗中是免疫的。但是在硝酸試驗中這些鋼種也具有很高的腐蝕速度,可能是這些含鉬合金里生成顯微鏡下能檢驗出來或檢驗不出來的σ相溶解所引起的。高鉻含量的σ相溶解,可以增加這些鋼種的腐蝕速度。嚴顯微的。相,也可能在穩(wěn)定級不銹鋼(例如 321不銹鋼 和 347不銹鋼 )中形成,在硝酸中也會引起嚴重的晶間腐蝕。
4. 退火狀態(tài)的奧氏體不銹鋼在含有Cr3+、Ce3+、Mn7+、Fe3+等強氧化性陽離子的硝酸中,也會出現(xiàn)晶間腐蝕現(xiàn)象。這可能是由于晶粒之間存在偏析元素,例如磷、硅、硫等,形成了腐蝕的推動力而引起晶間腐蝕。高純不銹鋼很難引起晶間腐蝕,就有力地支持了這一偏析理論。
一、應用范圍和優(yōu)缺點
綜上所述,65%的沸騰硝酸試驗可以選擇性地腐蝕貧鉻區(qū)、碳化物、σ相、同時Cr6+的存在與雜質(zhì)元素的偏析均會加速和引起晶間腐蝕,使腐蝕速度變得很大,所以硝酸試驗具有苛刻的試驗條件。這一方法適用于鍛造、鑄造產(chǎn)品和各類不銹鋼的焊接件,可以用來評定不銹鋼和鎳基合金交貨狀態(tài)的熱處理、檢驗添加穩(wěn)定元素和降低含量在防止晶間腐蝕方面的效果。可以用這一方法檢驗304不銹鋼、304L 不銹鋼等鋼中的碳化物,檢驗316不銹鋼、316L不銹鋼、317不銹鋼、317L不銹鋼、321不銹鋼、347不銹鋼等鋼中的碳化物和σ相,可以檢驗所有不銹鋼中的端部晶粒腐蝕。
這一方法的最大優(yōu)點是可以利用最常見的重量損失評價產(chǎn)品的質(zhì)量,是最好的定量評定方法。缺點是試驗周期長(可達240小時);硝酸的濃度對腐蝕速度有影響,例如與65%的硝酸相比,濃度增減1%,腐蝕率的增大與減少最高達10%;每次需要更換溶液,溶液的用量多,試劑昂貴;試驗過程中,Cr6+的積累,試驗溶液體積與試樣面積比值的改變,均能引起不同的腐蝕速度,例如當Cr6+量增加到0.004%時,不銹鋼的腐蝕速度就會顯著增加。因此,不同耐蝕性的鋼種在同一容器中試驗時,就會相互影響。又如1c㎡試樣的溶液為2mL和20mL其腐蝕速度就相差數(shù)倍,溶液量對試樣表面的制備、端部晶粒和組織變化均很敏感。
二、試樣的選取及制備
焊接試樣從與產(chǎn)品鋼材相同而且焊接工藝也相同的試板上選取,試樣尺寸及制備要求見表2-5,圖2-8、圖2-9、圖2-10、圖2-11。
試樣的取樣方法,原則上用鋸切取,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。試樣表面磨制過程中應防止表面過熱,加工后的試樣表面粗糙度Ra必須小于0.8μm。不能進行研磨的試樣,根據(jù)雙方協(xié)議也可以采用其他方法。試樣表面的氧化皮應在磨光前除掉。
焊接試樣一般以焊后狀態(tài)進行試驗。對焊后還要經(jīng)過350℃以上熱加工的焊接件,試樣在焊后還應進行敏化處理,敏化處理制度在協(xié)議中另行規(guī)定。
三、試驗條件和步驟
1. 試驗溶液:將硝酸(GB 626-78,高級純)用蒸餾水或去離子水配制成(65±0.2)%(重量百分比)硝酸溶液。
2. 測量試樣尺寸計算試樣的表面積(取三位有效數(shù)字)。
3. 試驗前后稱重量(準確到1mg)。
4. 試樣放人試驗溶液中,用玻璃支架使試樣保持在溶液中部。溶液量按試樣表面積計算,其量不少于20mL/c㎡.每周期連續(xù)煮沸48h,試驗五個周期,但根據(jù)雙方協(xié)議也可縮短為三個周期。
5. 每周期必須用新的試驗溶液。每一容器內(nèi)只放一個試樣。
6. 試驗后取出試樣,在流水中用軟刷子刷掉表面的腐蝕產(chǎn)物,洗凈,干燥,稱重。
焊接試樣發(fā)現(xiàn)刀狀腐蝕即為具有晶間腐蝕傾向,性質(zhì)可疑時,可用金相法判定。