GB/T 39077-2024 奥氏体-铁素体(双相)不锈钢中有害相的检测方法
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资料介绍
ICS 75. 180. 01 CCS H 40
中 华 人 民 共 和 国 国 家 标 准
GB/T 39077—2024代替 GB/T39077—2020
奥氏体-铁素体(双相)不锈钢中有害相的
检测方法
Testmethodsfordetectingdetrimentalphasein austenitic-ferritic
(duplex) stainlesssteels
2024-07-24发布 2025-02-01实施
国家市场监督管理总局国家标准化管理委员会
发
布
GB/T 39077—2024
前 言
本文件按照 GB/T 1. 1—2020《标准化工作导则 第 1部分 :标准化文件的结构和起草规则》的规定起草 。
本文件代替 GB/T 39077—2020《经 济 型 奥 氏 体-铁 素 体 双 相 不 锈 钢 中 有 害 相 的 检 测 方 法》, 与GB/T 39077—2020相比 ,除结构调整和编辑性改动外 ,主要技术变化如下 :
a) 更改了术语和定义(见第 3 章 ,2020年版的第 3 章) ;
b) 增加了大截面产品 、法兰 、焊接接头的取样要求(见第 4章) ;
c) 增加了显微组织检验法中的 “电解浸蚀试剂及电解参数 ”(见 5. 2. 3) ;
d) 增加了氯化铁腐蚀试验法中的腐蚀溶液(见 5. 4. 3. 2. 2) ;
e) 增 加 了 22Cr双 相 型 、25r双 相 型 、27Cr双 相 型 不 锈 钢 中 有 害 相 的 检 验 与 结 果 判 定 方 法(见5. 2. 4、5. 2. 5. 2、5. 3. 2、5. 3. 3、5. 4. 4、5. 4. 6) 。
请注意本文件的某些内容可能涉及专利 。本文件的发布机构不承担识别专利的责任 。
本文件由中国钢铁工业协会提出 。
本文件由全国钢标准化技术委员会(SAC/TC183)归 口 。
本文件起草单位 : 中国石油集团工程材料研究院有限公司 、中国科学院金属研究所 、湖州永兴特种不锈钢有限公司 、江苏省特种设备安全监督检验研究院 、中国石油天然气股份有限公司西南油气田分公司安全环保与技术监督研究院 、陕西省特种设备检验检测研究院 、江苏容大材料腐蚀检验有限公司 、浙江省特种设备科学研究院 、长庆石油勘探局有限公司 、浙江德威不锈钢管业股份有限公司 、马鞍山尊马科技有限公司 、冶金工业信息标准研究院 、中国石化工程建设有限公司 、天津钢管制造有限公司 、上海宝世威石油钢管制造有限公司 。
本文件主要起草人 :仝珂、盖秀颖、丛深、孙梓凯、吴明华、申俊、瞿婷婷、王志楠、王泉生、马强、黄国根、郭思奇 、王建坡 、王心禾 、冯 惠 伟 、于 佳 音 、王 金 光 、吕 传 涛 、徐 红 庄 、李 英 存 、王 瑜 、袁 梦 、赵 冰 、张 重 远 、张宇锋 、施慰卿 、姜丽美 、张传友 、颜丞铭 。
本文件及其所代替文件的历次版本发布情况为 :
— 2020年首次发布为 GB/T 39077—2020;
— 本次为第一次修订 。
Ⅰ
GB/T 39077—2024
奥氏体-铁素体(双相)不锈钢中有害相的
检测方法
1 范围
本文件规定了奥氏体-铁素体(双相)不锈钢中有害相检测的试验条件 、检测方法和验收要求 ,检测方法包括显微组织检验法 、夏比冲击试验法和氯化铁腐蚀试验法 。
本文件适用于奥氏体-铁素体(双相)不锈钢在生产 、制造过程(如热处理或焊接)中或长期在一定温度下使用析出有害相的检验 。
本文件不适用于其他原因导致的奥氏体-铁素体(双相)不锈钢韧性和耐蚀性降低的状况 。
注 : 本文件主要适用的产品牌号参见附录 A。
2 规范性引用文件
下列文件中的内容通过文中的规范性引用而构成本文件必不可少的条款 。其中 , 注 日期的引用文件 ,仅该日期对应的版本适用于本文件 ;不注日期的引用文件 ,其最新版本(包括所有的修改单) 适用于本文件 。
GB/T 229 金属材料 夏比摆锤冲击试验方法(GB/T 229—2020,ISO 148-1:2016,MOD)
GB/T 2650 金属材料焊缝破坏性试验 冲击试验(GB/T 2650—2022,ISO 9016:2022,MOD) GB/T 13298 金属显微组织检验方法
GB/T 17897—2016 金属和合金的腐蚀 不锈钢三氯化铁点腐蚀试验方法
GB/T 30067 金相学术语
3 术语和定义
GB/T 30067界定的以及下列术语和定义适用于本文件 。
3. 1 不锈钢
3. 1. 1
奥氏体-铁素体(双相)不锈钢 austenitic-ferritic(duplex) stainlesssteel
基体由奥氏体和铁素体两相组织组成(其中较少相的含量至少为 25%) ,可通过冷加工使其强化的不锈钢 。
注 : 为了便于检验 ,本文件根据铬含量以及耐点蚀当量 PREN(3. 2. 1) ,将奥氏体-铁素体(双相) 不锈钢分为 :20Cr双
相型 A组(3. 1. 2) 、20Cr双相型 B组(3. 1. 3) 、22Cr双相型(3. 1. 4) 、25r双相型(3. 1. 5) 、27Cr双相型(3. 1. 6)等 。
3. 1.2
20Cr双相型 A 组 type20Crduplex group A
耐点蚀当量(3. 2. 1)在 24. 0~ 28. 0 之间的奥氏体-铁素体(双相)不锈钢 。
3. 1.3
20Cr双相型 B 组 type20Crduplex group B
耐点蚀当量(3. 2. 1)在 28. 0~ 30. 0 之间的奥氏体-铁素体(双相)不锈钢 。
1
GB/T 39077—2024
3. 1.4
22Cr双相型 type22Crduplex
耐点蚀当量(3. 2. 1)在 30. 0~40. 0 之间 ,铬含量不小于 21. 0%(质量分数)的奥氏体-铁素体(双相)不锈钢 。
3. 1.5
25Cr双相型 type25Crduplex
耐点蚀当量(3. 2. 1)在 40. 0~48. 0 之间的奥氏体-铁素体(双相)不锈钢 。
3. 1.6
27Cr双相型 type27Crduplex
耐点蚀当量(3. 2. 1)在 48. 0~ 55. 0 之间 ,铬含量不大于 33. 0%(质量分数)的奥氏体-铁素体(双相)不锈钢 。
3.2 耐蚀性能
3.2. 1
耐点蚀当量 pitting resistanceequivalentnumber;PREN
以化学成分为基础 ,定量评定不锈钢抗点蚀能力的参量 , 以质量分数( %)表示 。
注 1: PREN=w (Cr) +3. 3w(Mo) +16w(N) ,或 PREN=w (Cr) +3. 3×[w (Mo) +0. 5w(W)] +16×w(N)(含 W) 。
注 2: PREN值都是基于熔炼分析的绝对值 。
3.3 有害相
3.3. 1
有害相 detrimentalphase
奥氏体-铁素体(双相)不锈钢在一定温度下形成的对不锈钢的在役性能产生不利影响的金属间相(3. 3. 2) 、非金属析出相(3. 3. 3)等 。
3.3.2
金属间相 intermetallicphase
含有两个或多个金属的化合物或中间固溶体 。
注 : 奥氏体-铁素体(双相)不锈钢中析出的金属间相主要是 σ相 、χ相及 R相 。
3.3.3
非金属析出相 non-metallicprecipitate
奥氏体-铁素体(双相)不锈钢中析出的非金属化合物 。
注 1: 不包括冶炼过程中产生的硫化物类 、氧化物类非金属夹杂物 。
注 2: 奥氏体-铁素体(双相)不锈钢中非金属析出相主要是碳化铬(Cr23C6 )和氮化物(Cr2 N) 。
3.3.4
有害相的相界百分含量 boundarypercentagecontentofthedetrimentalphases
P
有害相的相界面积占总相界面积的百分含量 。
注 : P 值反映了有害相在相界上的析出程度 ,直接影响双相不锈钢的韧性和耐蚀性能 。
4 取样方法
4. 1 通则
试样应截取自成品或最终随炉试件 。试样截取不应对显微组织产生影响 ,若用气割或热切割等方
2
GB/T 39077—2024
法切取时 ,应将金属熔化区 、塑性变形区和热影响区完全去除 。
4.2 产品取样
产品取样部位和数量应按产品标准或双方协议进行 。未规定时 ,推荐按表 1 规定进行 。若需方同意 ,取样时也可以选择代表性的检验试样 。
表 1 产品的取样方式、尺寸、试验方法、检验方向及取样部位
适用产品
取样方式
尺寸
mm
试验方法
检验方向
取样部位
钢板(带) 、盘类 、无缝钢管 、管道和附件
沿长度方向截取
全截面
显微组织检验法
横向
全壁厚
夏比冲击试验法
横向
厚度的 1/2
氯化铁腐蚀试验法
横向
全壁厚a
焊管及配件
沿长度或焊接方向截取
全截面
显微组织检验法
横向
全壁厚
夏比冲击试验法
横向
厚度的 1/2
氯化铁腐蚀试验法
横向
全壁厚a
棒材和锻件
沿长度方向截取
外径或截面厚度<50
显微组织检验法
横向
表面至心部
夏比冲击试验法
纵向
厚度的 1/2
氯化铁腐蚀试验法
横向
表面至心部a
外径或截面厚度 ≥50c
显微组织检验法
横向
表面至心部
夏比冲击试验法
纵向
厚度的 1/4
氯化铁腐蚀试验法
横向
表面至心部a
法兰和其他带有焊接
端中空轮廓状锻件 ,
包括三通
破坏性检验
样品或沿焊
缝长度方向截取
全截面b
显微组织检验法
纵向或横向
焊接全壁厚
夏比冲击试验法
纵向和切向中心孔
焊接二分之 一壁厚
氯化铁腐蚀试验法
纵向或横向
焊接全壁厚a
铸件
随炉试件
截面厚度<50
显微组织检验法
任意方向
厚度的 1/2
夏比冲击试验法
氯化铁腐蚀试验法
截面厚度 ≥50
显微组织检验法
任意方向
壁厚的中心区域
夏比冲击试验法
氯化铁腐蚀试验法
注 : 表中产品厚度均指该批次产品最厚部位的厚度 。
a 对于大截面产品 ,腐蚀试验法的试样应垂直于纵轴截取 ,试样尺寸为 6 mm×25 mm×产品厚度 。如果截面特别大 ,试样尺寸中的 “产品厚度 ”可减小 ,这时可截取产品厚度的 1/2到 1/3进行试验 。
b 当法兰体厚度小于 50 mm 或焊接端外径不大于 100 mm 时 ,试样可在法兰本体壁厚中心处沿着切向取样 。 c 对于棒材 ,外径或截面厚度范围为 50 mm~ 200 mm。
3
GB/T 39077—2024
4.3 焊接接头取样
4.3. 1 采用显 微 组 织 检 验 法 检 验 的 试 样 应 包 含 焊 缝 金 属 、热 影 响 区 及 母 材 区 域 。 当 母 材 厚 度 大 于25 mm 时 ,可取多个试样覆盖产品全厚度 。所有试样应符合产品标准或双方协议的规定 。
4.3.2 采用夏比冲击试验法检验时 , 当母材厚度不大于 25 mm 时 ,夏比冲击试验应取三组试样 ,分别从焊缝金属 、熔合线及熔合线 +2 mm 的位置截取 。 当母材厚度大于 25 mm 时 ,应从距内表面 2 mm 的焊缝根部区域再取两组试样 ,一组取自焊缝金属 ,另一组取自熔合线 +2 mm 处 。
4.3.3 采用氯 化 铁 腐 蚀 试 验 法 的 试 样 应 包 含 焊 缝 金 属 、热 影 响 区 及 母 材 区 域 。 当 母 材 厚 度 不 大 于25 mm 时 ,试样尺寸应为 25 mm(焊缝方向) × 50 mm(垂直于焊缝方向) ×全壁厚 。 当母材厚度大于25 mm 时 ,可截取多个试样覆盖产品全厚度 。所有试样应符合产品标准或协议的规定 。
5 试验方法
5. 1 通则
5. 1. 1 评价奥氏体-铁素体(双相)不锈钢(以下简称双相不锈钢)中有害相的试验方法有以下三种 :
a) 显微组织检验法 :用于检测双相不锈钢中有害相的存在 ;
b) 夏比冲击试验法 :用于检测双相不锈钢中有害相的存在及其对冲击性能的影响 ;
c) 氯化铁腐蚀试验法 :用于检测双相不锈钢中有害相的存在及其对耐蚀性能的影响 。
5. 1.2 三种试验方法只是用来检测有害相的存在及其对双相不锈钢冲击性能和耐蚀性能的影响 ,不能具体确定有害相的具体结构 。采用何种试验方法检测 , 由产品标准或双方协议确定 。显微组织检验法适用于各种应用环境和各种形状的样品 ,尤其适用于特殊型材和在役部件性能的评价 。
5.2 显微组织检验法
5.2. 1 一般要求
显微组织检验应由经过培训的有经验的技术人员来实施 。
注 : 显微组织的腐蚀程度与操作者的经验有较大关系 。经验丰富的操作人员能够很好地保证试验结果的稳定性 。
5.2.2 试样制备
试样尺寸应按产品标准或双方协议进行 。未规定时 ,试样的检验面宜不小于 400 mm2 。试样的制备应按 GB/T 13298的规定进行 。
5.2.3 试样浸蚀
5.2.3. 1 试样抛光后宜采用电解浸蚀 ,推荐的浸蚀剂和电解参数见表 2。
5.2.3.2 其他浸蚀剂 、电解参数及浸蚀效果参见附录 B。
5.2.3.3 浸蚀后 ,试样宜用热水 、无水乙醇或丙酮清洗 , 随后吹干 。
表 2 电解浸蚀试剂及电解参数
序号
浸蚀剂成分
电解参数
说明
1
20% ~ 40%的 NaOH水溶液
电压 :1 V~ 5 V
时间 :5 s~ 60 s
金属间相和铁素体被染色变暗
推荐用于观察金属间相及铁素体的分布 ,不适用于氮化物分析
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GB/T 39077—2024
表 2 电解浸蚀试剂及电解参数 (续)
序号
浸蚀剂成分
电解参数
说明
2
10%的草酸水溶液
电压 :5 V~ 7 V
时间 :5 s~ 60 s
适合显示显微组织
推荐用于观察氮化物或碳化 物 的 分 布 , 可 能 会 迅 速 造 成 金 属 间析出相的过度腐蚀
奥氏体和铁素体对比度差
浸蚀剂成分及电解参数 , 由阴极材料和面积 、试样表面积 、合金含量决定 。
5.2.4 显微组织检验
5.2.4. 1 金相试样浸蚀后应在光学显微镜下观察试样所有检验面 。
5.2.4.2 观察时 ,应从低倍率开始 ,逐步调节到高倍率 。评定时 ,铸件显微组织放大倍数应为 200× ;其余产品显微组织放大倍数应为 500× ,必要时可结合更高倍数进行分析评定 。
5.2.4.3 观察时 ,应注意组织中是否存在金属间相及非金属析出相 ,并保存代表金属间相及非金属析出相含量最高视场的显微照片 。如果未发现金属间相及非金属析出相 ,则应保存壁厚中心位置的典型显微照片 ,应报告显微照片的实际放大倍数 ,并包含标尺 。
5.2.5 结果评定
5.2.5. 1 20Cr双相型 A 组、20Cr双相型 B 组
附录 C规定了 20Cr双相型 A 组 、20Cr双相型 B组有害相评价的两种方法 : 比较法和定量计算法 。有害相的评价主要考虑有害相在相界上所占的百分比 。虽然铁素体相内也会有析出 ,但相界上析出的有害相对冲击性能影响更为明显(参见 C. 3) , 因此 ,定量计算时是以相界上有害相占相界的百分含量为主 ,而忽略铁素体相内析出的有害相 。
5.2.5.2 其他类型双相不锈钢
5.2.5.2. 1 金属间相
5.2.5.2. 1. 1 除非产品标准或协议另有规定 ,双相不锈钢的显微组织应无连续的金属间相 ,可使用扫描电镜能谱分析对金属 间 相 进 行 鉴 别 。允 许 有 离 散 或 孤 立 存 在 的 金 属 间 相 , 但 不 应 均 匀 分 布 在 整 个 试样 ,并且每个金属间相的最大尺寸不应超过 10 μm。
5.2.5.2. 1.2 图 1是锻造和铸造产品可接受的离散或孤立金属间相临界水平的显微照片 。
5.2.5.2. 1.3 图 2是 S22053和 S25073双相不锈钢中金属间相的典型显微照片 。
5.2.5.2. 1.4 当存在中心线金属间化合物带时 ,则应记录并报告该情况 ,且产品的验收应基于夏比冲击试验法和氯化铁腐蚀试验法测试结果 。
注 : 中心线金属间化合物带指由于合金偏析而造成金属间相的聚集 ,并在壁厚中心区域排成一条偏析带 。
5
GB/T 39077—2024
a) NaOH 电解液浸蚀后的显微组织
b) KOH 电解液浸蚀后的显微组织
图 1 锻造和铸造产品可接受的离散或孤立金属间相临界水平的显微照片
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GB/T 39077—2024
a) NaOH 电解液浸蚀后的 S22053连续的金属间相(黑色相界)显微组织
b) NaOH 电解液浸蚀后的 S25073离散或孤立的金属间相(黄褐色颗粒)显微组织
图 2 双相不锈钢中金属间相的典型显微照片
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GB/T 39077—2024
c) NaOH 电解液浸蚀后的 S25073连续的金属间相(黄褐色颗粒)显微组织
图 2 双相不锈钢中金属间相的典型显微照片 (续)
5.2.5.2.2 非金属析出相
显微组织应无连续的非金属间析出相[碳化物(Cr23C6 )或氮化物(Cr2N)] ,可使用扫描电镜能谱分析对非金属析出相进行鉴别 。如果观察到了碳化物(Cr23C6 ) 或氮化物(Cr2N) 析出相(见图 3) ,应报告并记录 。基于夏比冲击试验法和氯化铁腐蚀试验法结果对非金属析出相进行验收(见 5. 3 和 5. 4) 。
注 : 氮化物(Cr2 N)在铁素体相内沿晶界析出 。这种析出物能降低构件在阴极保护状态下的抗氢脆能力 。水下氢脆的预防主要通过适当设计来限制服役的应力或应变实现 ,避免过多的氮化物(Cr2 N) 析出 。测定氮化物(Cr2 N)的相平衡点是不现实的 ,铁素体中氮化物(Cr2 N)的存在降低了冲击韧性 ,提高了 铁 素 体 的 显 微 硬 度 , 降 低 了 点蚀电位 。 因此 , 当存在氢脆可能时 ,控制铁素体中过多氮化物(Cr2 N)析出的最佳方法是双相不锈钢满足本文件中冲击性能和耐蚀性能要求 。
10%草酸电解液浸蚀后的显微组织(圆形颗粒为氧化物夹杂)
图 3 双相不锈钢中铁素体相内存在非金属析出相(包括 Cr2N、Cr23C6 析出)
8
GB/T 39077—2024
5.3 夏比冲击试验法
5.3. 1 试样制备
5.3. 1. 1 试样制备按 GB/T 229的规定进行 。 当产品形状 、尺寸不具备加工全尺寸夏比冲击试样的条件时 ,经供需双方协商 ,可取小尺寸冲击试样 。
5.3. 1.2 对于焊接结构或其他形状不一的产品 ,应特别注意 V 型缺口的位置 。焊接结构的 V 型口位置应符合 GB/T 2650的规定 。
5.3.2 试验设备与试验方法
试验设备应符合 GB/T 229的规定 。夏比冲击试验按 GB/T 229 的规定执行 ,并按表 3 中所规定的温度或低于该温度进行试验 。
表 3 夏比冲击试验法冲击吸收能量
类型
统一数字代号
温度a ℃
检验部位
冲击吸收能量b ,不小于
J
20Cr双相型 A组
S20013、S21014
23±5
母材
70
焊缝 、热影响区
协议
20Cr双相型 B组
S20033、S20113
23±5
母材
100
焊缝 、热影响区
协议
22Cr双相型
S22253,S22053
-40±5
母材
54
热影响区
54
焊缝
34
25Cr双相型
S25073,S27603
-40±5
母材 、焊缝 、热影响区
协议
27Cr双相型
S27073
-40±5
母材 、焊缝 、热影响区
协议
a 试验可在比规定温度更低的某一温度下进行 。
b 一组三个试样的平均值不应低于表中的规定值 ,但允许一个试样值低于规定值 ,且不应低于规定值的 70% 。
5.3.3 结果判定与复验
5.3.3. 1 除产品标准或双方协议另有规定外 ,全尺寸冲击试验结果应符合表 3 的规定 。石油 、石化和天然气工业用双相不锈钢的夏比冲击试验冲击吸收能量参见附录 D。
5.3.3.2 小尺寸试样的最小冲击吸收能量 ,可根据试样面积相对全尺寸面积的比例较表 3按比例降低 。
5.3.3.3 如果一组三个试样试验结果的平均值低于表 3 中的规定值 ,或一个试样单值低于表 3 规定值的 70% ,应从同一件 产 品 上 加 倍 取 样 重 复 一 次 试 验 , 当 复 验 结 果 均 高 于 表 3 的 规 定 值 时 , 则 视 为 合格 ,否则该件产品不合格 。单件产品不合格 ,则应从该批中另取两件产品 ,每件取三个试样进行试验 ;若所有试验结果均符合要求 ,则除不合格的那一件外 ,该批合格 ;否则 ,该批不合格 。
5.3.3.4 当试验结果不合格时 ,允许对双相不锈钢进行重新固溶处理 ,并重新组批进行检验 。
9
GB/T 39077—2024
5.4 氯化铁腐蚀试验法
5.4. 1 一般要求
由于焊接件试验的结 果 依 赖 于 焊 缝 填 充 金 属 的 化 学 成 分 , 在 测 试 前 供 需 双 方 应 对 验 收 标 准 达 成一致 。
5.4.2 试样制备
5.4.2. 1 试样截取后 ,应通过打磨或机械加工的方式充分去除因高温产生影响的组织 。去除试样的尖角毛刺 ,确保试样边棱 、尖角平滑过渡 ,所有样品表面均应光滑 。
5.4.2.2 试样各表面粗糙度应保持一致 ,且表面粗糙度 Ra 不应大于 0. 8 μm。加工过程应冷却 , 以避免表面过热 。
5.4.2.3 对于管件产品 , 内表面应保持原始表面 ,但切割面和外表面应均匀光滑 ,且表面粗糙度 Ra 不应大于 0. 8 μm。
5.4.2.4 异型产品如钢筋等 , 由于实际形状的特殊原因 ,试样应保持原始表面 ,但切割面应均匀光滑 ,且表面粗糙度 Ra 不应大于 0. 8 μm。
5.4.2.5 试样的抛光表面不应采用硝酸 、柠檬酸或磷酸等化学钝化剂处理 ,也不能采用硝酸 、氢氟酸混合液或其他酸液酸洗处理 。
5.4.2.6 试样应用水冲洗清洗干净 ,再用酒精或丙酮冲洗后吹干 。试样称量精度不应低于 0. 000 1 g。试验前 ,试样应放在干燥的器皿中保存 。
5.4.3 试验装置及腐蚀溶液配制
5.4.3. 1 试验装置
试验装置推荐采用下列配置 :
a) 1 000 mL玻璃烧杯或 1 000 mL长形或锥形烧瓶或其他合适容器 ;
b) 恒温水浴或盐浴槽 。
5.4.3.2 腐蚀溶液配制
5.4.3.2. 1 20Cr 型 双 相 不 锈 钢 腐 蚀 溶 液 应 为 : 55. 1 g 三 氯 化 铁 溶 剂 (FeCl3 · 6H2 O) 和 6. 6 g 硝 酸 钠(NaNO3 )溶解在 600 mL蒸馏水中(质量分数接近 5%的 FeCl3 和 1%的 NaNO3 ) ,用玻璃纤维或滤纸过滤 ,除去未溶解的颗粒 。
5.4.3.2.2 22Cr双相型 、25Cr双相型 、27Cr双相型不锈钢应按 GB/T 17897—2016 中方法 A 配制腐蚀溶液 。
5.4.3.2.3 试验开始前 ,应根据需要加入 HCl或 NaOH ,将腐蚀溶液的 pH值调整至 1. 3 左右 。溶液体积不少于 150 mL或按每平方厘米试样表面 20 mL溶液进行计算 ,取其中较大者 。
5.4.4 试验方法
5.4.4. 1 试验按 GB/T 17897—2016 的规定进行 。 除非产品标准或合同另有规定 ,试验温度按表 4 的规定执行 ,腐蚀时间为 24h。
5.4.4.2 试验结束时 ,取出试样用软棕毛刷在自来水中将腐蚀物彻底清除 ,然后浸入丙酮或酒精中清洗再取出吹干 。如果腐蚀严重可用超声波清理 。
10
GB/T 39077—2024
表 4 氯化铁腐蚀试验法的验收要求
类型
统一数字代号
母材试验温度℃
母材最大腐蚀速率
mg/(dm2 · d)
焊接接头试验温度
℃
焊接接头最大腐蚀速率
dm2 · d
20Cr型 A组
S21013
S20013
25±1
≤10
协议
协议
20Cr型 B组
S23043
S20033
25±1
≤10
协议
协议
22Cr双相型
S22253
25±1
≤10
22±1
≤10 mg
S22053
25±1
≤10
22±1
≤10 mg
25Cr双相型
S25073
40±1
≤10
协议
协议
S27603
40±1
≤10
协议
协议
S25554
40±1
≤10
协议
协议
S25203
40±1
≤10
协议
协议
27Cr双相型
S27073
40±1
≤10
协议
协议
5.4.5 试验结果
测量试样尺寸并且计算裸露面的总面积 ,按式(1)计算腐蚀速率 ,表示单位时间内的平均腐蚀程度 。
mdd …………………………( 1 )
式中 :
mdd— 腐蚀速率 ,单位为毫克每平方分米天[mg/(dm2 · d)] ;
m1 — 试验前试样的质量 ,单位为克(g) ;
m2 — 试验后试样的质量 ,单位为克(g) ;
S — 试样总面积 ,单位为平方分米(dm2 ) ;
t — 试验时间 ,单位为天(d) 。
5.4.6 结果判定及复验
5.4.6. 1 除非产品标准或合同另有规定 ,取三个试样的平均值作为测量结果 。测量结果应符合表 4 的规定 。允许一个试样的测量值高于表 4 的规定 ,但不应高于表 4 规定值的 30% 。石油 、石化和天然气工业用双相不锈钢允许的最大腐蚀速率要求参见附录 E。
5.4.6.2 如果试样腐蚀率高于表 4 的规定值 ,则应在同一批双相不锈钢材上截取双倍试样进行复验 。当其平均值不超过允许的最大值 ,则复验视为合格 。
5.4.6.3 当试验结果不合格时 ,允许对双相不锈钢材进行重新固溶处理 ,并重做试验 。
6 试验报告
6. 1 试验报告应至少包含以下信息 :
a) 钢的统一数字代号或牌号和炉号 ;
b) 取样部位 ;
11
GB/T 39077—2024
c) 热处理状态 ;
d) 选用的试验方法 ;
e) 试验结果表述 ;
f) 技术人员签名 。
6.2 除 6. 1规定的内容以外 ,试验报告还应包括下列内容之一 :
a) 选用显微组织检验法检验时 ,试验结果中至少应包括浸蚀方法 、观察倍数 ,有害相的相界面积百分含量及至少一张具有代表性的有害相显微组织照片 ;
b) 选用夏比冲击试验法时 ,试验结果中应包括试验温度和测得的冲击吸收能量 ,并按照表 3 指定的验收标准判定试验结果合格与否 ;
c) 选用氯化铁腐蚀试验法时 ,试验结果中应包括试验温度 ,试验持续的时间 ,测定试样的重量损失和腐蚀速率 。 根 据 腐 蚀 速 率 测 量 结 果 按 5. 4. 6 判 定 试 验 结 果 合 格 与 否 。 对 不 合 格 的 试样 ,应详细记录试样腐蚀区域的位置(如某个面 ,某边棱或两者都记录) ,并应记录其他不可预见的腐蚀行为 。
12
GB/T 39077—2024
附 录 A
(资料性)
奥氏体-铁素体(双相)不锈钢牌号及化学成分
表 A. 1 给出了 20Cr双相型 A 组 、20Cr双相型 B组 、22Cr双相型 、25Cr双相型与 27Cr双相型双相不锈钢的牌号及化学成分 。
表 A. 1 双相不锈钢的牌号及化学成分
统一数字代号
牌号
化学成分(质量分数)
%
ISCa
UNSb
C
Si
Mn
P
S
Cr
Ni
Mo
N
Cu
W
20Cr双相钢 A组 ,24. 0≤PREN≤28. 0
S21013
S32101
03Cr21Mn5Ni1MoCuN
0. 04
1. 00
4. 00~
6. 00
0. 040
0. 030
21. 00~
22. 00
1. 35~
1. 70
0. 10~
0. 80
0. 20~
0. 25
0. 10~
0. 80
—
S20013
S32001
022Cr20Mn5Ni1N
0. 030
1. 00
4. 6~
6. 0
0. 040
0. 030
19. 50~
21. 50
1. 00~
3. 00
0. 60
0. 05~
0. 17
1. 00
—
20Cr双相钢 B组 ,28. 0≤PREN≤30. 0
S23043
S32304
022Cr23Ni4MoCuN
0. 030
1. 00
2. 50
0. 035
0. 030
21. 50~
24. 50
3. 00~
5. 50
0. 05~
0. 60
0. 05~
0. 20
0. 05~
0. 60
—
S20033
S32003
022Cr23Ni3MoN
0. 030
1. 00
2. 00
0. 030
0. 020
19. 5~
22. 5
3. 00~
4. 00
1. 50~
2. 00
0. 14~
0. 20
—
—
22Cr双相钢 ,30. 0≤PREN≤40. 0 Cr≥19. 5%
S22253
S31803
022Cr22Ni5Mo3N
0. 030
1. 00
2. 0
0. 030
0. 020
21. 00~
23. 00
4. 50~
6. 50
2. 50~
3. 50
0. 08~
0. 20
—
—
S22053
S32205
022Cr23Ni5Mo3N
0. 030
1. 00
2. 00
0. 030
0. 020
22. 00~
23. 00
4. 50~
6. 50
3. 00~
3. 50
0. 14~
0. 20
—
—
S29008
S32900
06Cr26Ni4Mo2
0. 08
1. 00
0. 75
0. 040
0. 030
23. 00~
28. 00
2. 50~
5. 00
1. 00~
2. 00
—
—
—
25Cr双相钢 ,40. 0≤PREN≤48. 0
S22553
S31803
022Cr25Ni6Mo2N
0. 030
1. 00
2. 00
0. 030
0. 030
24. 00~
26. 00
5. 50~
6. 50
1. 20~
2. 50
0. 10~
0. 20
—
—
S22583
S31260
022Cr25Ni7Mo3WCuN
0. 030
0. 75
1. 00
0. 030
0. 030
24. 00~
26. 00
5. 50~
7. 50
2. 50~
3. 50
0. 10~
0. 30
0. 20~
0. 80
0. 10~
0. 50
S25073
S32750
022Cr25Ni7Mo4N
0. 030
0. 80
1. 20
0. 035
0. 020
24. 00~
26. 00
6. 00~
8. 00
3. 00~
5. 00
0. 24~
0. 32
0. 50
—
S25554
S32550
03Cr25Ni6Mo3Cu2N
0. 040
1. 00
1. 50
0. 035
0. 030
24. 00~
27. 00
4. 50~
6. 50
2. 90~
3. 90
0. 10~
0. 25
1. 50~
2. 50
—
13
GB/T 39077—2024
表 A. 1 双相不锈钢的牌号及化学成分 (续)
统一数字代号
牌号
化学成分(质量分数)
%
ISCa
UNSb
C
Si
Mn
P
S
Cr
Ni
Mo
N
Cu
W
25Cr双相钢 ,40. 0≤PREN≤48. 0
S27603
S32760
022Cr25Ni7Mo4WCuN
0. 030
1. 00
1. 00
0. 030
0. 010
24. 00~
26. 00
6. 00~
8. 00
3. 00~
4. 00
0. 20~
0. 30
0. 50~
1. 00
0. 50~
1. 00
S22582
S39277
019Cr25Ni7Mo4Cu2WN
0. 025
0. 80
1. 00
0. 025
0. 002
24. 00~
26. 00
6. 50~
8. 00
3. 00~
4. 00
0. 23~
0. 33
1. 20~
2. 00
0. 80~
1. 20
S22584
S39274
022Cr25Ni7Mo3W2CuN
0. 030
0. 80
1. 00
0. 030
0. 020
24. 00~
26. 00
6. 00~
8. 00
2. 50~
3. 50
0. 24~
0. 32
0. 20~
0. 80
1. 50~
2. 50
27Cr双相钢 ,48. 0≤PREN≤55. 0,Cr≤33. 0%
S27073
S32707
022Cr28Ni8Mo4CoN
0. 030
0. 50
1. 50
0. 030
0. 010
26. 00~
29. 00
5. 50~
9. 50
4. 00~
5. 00
0. 30~
0. 50
1. 00
—
注 : 表中所列成分除标明范围 ,其余均为最大值 。
a ISC是 Iron and steelcode的缩写 ,来自 GB/T 20878。
b UNS是 Unified numbering system 的缩写 ,来自 ASTM A959。
14
GB/T 39077—2024
附 录 B
(资料性)
显微组织检验准备及腐蚀方法
B. 1 表 B. 1举例给出了适用的腐蚀方法 。 这些方法普遍适用于双相不锈钢 。腐蚀剂是基于其显现相的能力 、能实现组分间 的 差 异 对 比 , 一 致 性 好 , 且 易 于 操 作 而 制 定 的 。 通 常 是 通 过 反 复 试 验 制 定 的 参数 ,但也取决于一些因素 ,例如阴极材料及区域 、电化学电池的几何结构及试样表面积和合金含量等 。
B.2 电解腐蚀技术是将试样作为阴极的直流电解过程 , 阴极材料可以是不锈钢或铂 ,试样表面的导电连接可以通过使用铂(或其他贵金属材料)电线接触其表面来实现 。 与化学腐蚀和着色腐蚀相比 , 电解腐蚀试验结果普遍具有更好的复现性和一致性 。然而 ,经常会遇到试样表面的不均匀腐蚀 ,通常边缘附近会腐蚀得更严重 。
B.3 非金属夹杂物 ,裂纹 、气孔等的识别和评价宜在抛光的状态下进行 。
表 B. 1 双相不锈钢适用的腐蚀方法
方法
化学成分
腐蚀技术应用
V2A腐蚀剂
5 mL HNO3
50 mL HCl
50 mL H2 O
腐蚀剂即配即用 ,不能进行储存
腐蚀温度为室温到 60 ℃
作为测定金属间相和氮化物析出物的腐蚀剂
奥氏体铁和铁素体对比度差 ,不适用
60% HNO3
60 mL HNO3
40 mL H2 O
电解腐蚀 ,通常电压 :1. 0 V~ 2. 0 V, 时间 :10 s~ 120 s
(不锈钢作为阴极)
对电压和阴极材料敏感性高
适合描绘显微组织 、显示金属间相及氮化物析出物 ,轻度暗化铁素体
Murakami法(村上法)
10 g K3 Fe(CN) 6
10 g KOH(NaOH)
100 mL H2 O
着色腐蚀 ,腐蚀剂即配即用
腐蚀剂化学成分可以进行多种修改
20 ℃ :短时间显示碳化物 ,大约 3 min后可模糊显示金属间相
75 ℃ ~ 100 ℃ :可清晰地显示金属间相
Beraha法 (贝拉哈法)
0. 5 g~ 1 g K2 SO5 20 mL HCl
100 mL H2 O
电解腐蚀 ,腐蚀剂即配即用
在室温中浸入 ,直到观察到试样着色
基于合金抗腐蚀性能的差异 ,盐酸含量也要进行改变
奥氏体和铁素体对比度好
不适用于测定金属间相及氮化物
注 : 双相不锈钢的腐蚀方法不限于以上的建议腐蚀方法 。
15
GB/T 39077—2024
附 录 C
(规范性)
20Cr双相型 A 组、20Cr双相型 B 组
奥氏体-铁素体双相不锈钢中有害相显微组织检验方法
C. 1 比较法
C. 1. 1 图 C. 1 和图 C. 2 为 20Cr双相型 A 组 、20Cr双相型 B组有害相的相界分割示意图 。
图 C. 1 20Cr双相型 A 组、20Cr双相型 B 组双相不锈钢中有害相(黑色相界)形貌
图 C.2 二值分割后的析出有害相的相界(绿色相界)和未析出有害相的相界(红色相界)
16
GB/T 39077—2024
C. 1.2 有害相评级图谱分为 Ⅰ 和 Ⅱ两个系列 :20Cr双相型 A组选用 Ⅰ 系列图谱(见图 C. 3) ,20Cr双相型 B组选用 Ⅱ 系列图谱(见图 C. 4) 。在检验面上选取最严重的视场与图 C. 3 和 图 C. 4 中 的 评 级 图 比较 ,评定有害相的析出量 。 当有害相析出量介于两个评定图谱之间时 ,选择最接近的图谱评定 。若 P≤ 2% ,则认为有害相极少或不存在 。
C. 1.3 对于焊接件 ,焊缝填充金属的化学成分与母材相同时 ,参照母材的耐点蚀当量对应的评级图进行评定 ;如果焊缝填充金属是双相不锈钢 ,但化学成分与母材不一致 ,应计算焊缝金属的耐点蚀当量 ,选择与其对应的评级图进行评定 ;如果焊缝填充金属不是双相不锈钢 ,则评级图不适用该类焊缝有害相析出量的评价 。
a) P≤2% ,500× b) P≤2% , 1 000×
图 C.3 有害相 Ⅰ 系列评级图(20Cr双相型 A 组)
17
GB/T 39077—2024
c) P≤10% ,500× d) P≤10% , 1 000×
e) P≤20% ,500× f) P≤20% , 1 000×图 C.3 有害相 Ⅰ 系列评级图(20Cr双相型 A 组) (续)
18
GB/T 39077—2024
19
g) P≤30% ,500×
i) P≤40% ,500×
h) P≤30% , 1 000×
j) P≤40% , 1 000×
图 C.3 有害相 Ⅰ 系列评级图(20Cr双相型 A 组) (续)
GB/T 39077—2024
20
k) P≤50% ,500×
m) P≤60% ,500×
l) P≤50% , 1 000×
n) P≤60% , 1 000×
图 C.3 有害相 Ⅰ 系列评级图(20Cr双相型 A 组) (续)
GB/T 39077—2024
21
o) P≤70% ,500×
p) P≤70% , 1 000×
图 C.3 有害相 Ⅰ 系列评级图(20Cr双相型 A 组) (续)
a) P≤2% ,500× b) P≤2% , 1 000×
图 C.4 有害相 Ⅱ 系列评级图(20Cr双相型 B 组)
GB/T 39077—2024
c) P≤10% ,500× d) P≤10% , 1 000×
e) P≤20% ,500× f) P≤20% , 1 000×图 C.4 有害相 Ⅱ 系列评级图(20Cr双相型 B 组) (续)
22
GB/T 39077—2024
23
g) P≤30% ,500×
i) P≤40% ,500×
h) P≤30% , 1 000×
j) P≤40% , 1 000×
图 C.4 有害相 Ⅱ 系列评级图(20Cr双相型 B 组) (续)
GB/T 39077—2024
24
k) P≤50% ,500×
m) P≤60% ,500×
l) P≤50% , 1 000×
n) P≤60% , 1 000×
图 C.4 有害相 Ⅱ 系列评级图(20Cr双相型 B 组) (续)
GB/T 39077—2024
25
o) P≤70% ,500×
p) P≤70% , 1 000×
图 C.4 有害相 Ⅱ 系列评级图(20Cr双相型 B 组) (续)
C.2 定量计算法
在检验面上随机选取五个视场测量 ,每个视场面积应不小于 0. 006 5 mm2 ,取其平均值作为测量结果 。有害相的相界百分含量 P 按式(C. 1) 计算 。浸蚀出的孪晶界不参与计算 ,应扣除 。 仲裁时应用定量计算法 。
P ………………………( C. 1 )
式中 :
P — 有害相的相界百分含量 ;
S1 — 有害相的相界占视场总面积的百分比 ;
S2 — 视场中总相界占视场总面积的百分比 。
C.3 有害相的相界百分含量与夏比冲击吸收能对应关系应用示例
C.3. 1 图 C. 5 为 20Cr双相型 A组中 S21013板材(厚度 10 mm)显微组织中存在的有害相 。有害相的相界百分含量为 10% ,对应的夏比冲击吸收能量 KV2 为 70J。
GB/T 39077—2024
图 C.5 S21013板材(厚度 10 mm)中的有害相
C.3.2 图 C. 6 为 20Cr双相型 B组中 S23043板材(厚度 10 mm) 显微组织中存在的有害相 。有害相的相界百分含量 P 为 40% ,对应的夏比冲击吸收能量 KV2 为 100J。
图 C.6 S23043板材(厚度 10 mm)中的有害相
26
GB/T 39077—2024
附 录 D
(资料性)
石油、石化和天然气工业奥氏体-铁素体(双相)不锈钢的夏比冲击试验
表 D. 1 给出了适用于石油 、石化和天然气工业用奥氏体-铁素体(双相)不锈钢的夏比冲击试验验收的两种质量等级 ,其中质量等级 Ⅱ是大多数石油和天然气应用的推荐等级 ,质量等级 Ⅰ 仅适用于特殊应用 。选择质量等级 Ⅰ 可能会限制大截面产品的适用性 。
表 D. 1 夏比冲击试验最小吸收能量
材料类型
温度℃ a
产品或检验部位
质量
等级 QL
最小平均冲击吸收能
Jb
单个最小冲击吸收能量
Jb
纵向
横向
纵向
横向
20Cr双相型A组
23±5
板材 、管材 c 及配件
不适用
105
70
80
55
棒材
105
—
80
—
锻件 、铸件及热等静压
产品
70
55
焊接接头
45
35
20Cr双相型B组
22Cr双相型
25Cr双相型
27Cr双相型
-46±5
板材 、管材 c 及配件
Ⅰ
85
60
65
45
Ⅱ
65
45
50
35
棒材
Ⅰ
85
—
65
—
Ⅱ
65
—
50
—
锻件 、铸件及热等静压
产品
Ⅰ
60
45
Ⅱ
45
35
焊接接头
Ⅰ
50
40
Ⅱ
35
27
a 低于规定温度下的测试是可接受的 。
b 小尺寸试样的最小冲击吸收能量由供需双方协商确定 。
c 包括在溶液退火条件下焊管和相关焊缝金属 。
27
GB/T 39077—2024
附 录 E
(资料性)
石油、石化和天然气工业奥氏体-铁素体(双相)不锈钢的氯化铁腐蚀试验法
表 E. 1 给出了适用于石油 、石化和天然气工业用奥氏体-铁素体(双相)不锈钢的氯化铁腐蚀试验法的最大腐蚀速率 。腐蚀后的试样在 20倍的放大倍数下观察 ,表面无点腐蚀坑 。
表 E. 1 石油、石化和天然气工业用奥氏体-铁素体(双相)不锈钢的氯化铁腐蚀试验法
材料类型
母材试验温度℃
母材最大腐蚀速率
mg/(dm2 · d)
焊接接头试验温度
℃
焊接接头最大腐蚀速率
mg/(dm2 · d)
20CrA组
18±2
≤10
协议
协议
20Cr B组
30±2
≤10
协议
协议
22Cr型
25±2
≤10
22±2
≤10
25Cr型
50±2
≤10
35±2
≤10
27Cr型
60±2
≤10
40±2
≤10
28
GB/T 39077—2024
参 考 文 献
[1] GB/T 20878 不锈钢和耐热钢 牌号及化学成分
[2] ISO 15156-3 Petroleum and natural gas industries—Materials for use in H2S-containing environments in oiland gas production—Part3:Cracking-resistantCRAs (corrosion-resistant alloys) and other alloys
[3] ISO 17781: 2017 Petroleum, petrochemical and natural gas industries—Test methods for quality controlof microstructure offerritic/austenitic(duplex) stainless steels
[4] ASME Boiler and pressure vessel code,Section Ⅷ Pressure vessels
[5] ASTM E 407 Standard practice for microetching metals and alloys
[6] DNV/GL RP-F112 Design of duplex stainless steel subsea equipment exposed to cathodic protection
[7] NilssonJ. O. & ChaiG. The physicalmetallurgyofduplex stainlesssteel. SandvikMaterials Technology,R&D Centre,S-81181Sweden
[8] Byrne G. R. Francis and G. Warburton. Variation in Mechanical Properties and Corrosion Resistance of Different Alloys within the Generic Designation UNS S32760. Presented at Duplex 2000, Houston,TX,USA,February2000.
[9] MentzJ. M. Frommert,K. Mahjoub,JSiekmeyerandJ. Konrad. Correlation ofnitride pre- cipitatesand mechanicalproperties in25%CrtAlloys within the GenericDesigna. SalzgitterMannes- mann Forschung GmbH
[10] ASTM A959 Standard Guide for Specifying Harmonized Standard Grade Compositions forWroughtStainless Steels
29
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