(高清版)GBT 40403-2021 金屬和合金的腐蝕　用四點彎曲法測定金屬抗應力腐蝕開裂的方法

GB/T40403—2021/ISO16540:2015金屬和合金的腐蝕用四點彎曲法測定金屬抗應力腐蝕開裂的方法Corrosionofmetalsandalloys—Methodologyfordeterminingtheresistanceofmetalstostresscorrosioncrackingusingthefour-point(ISO16540:2015,IDT)國家市場監(jiān)督管理總局國家標準化管理委員會GB/T40403—2021/ISO16540:2015本文件按照GB/T1.1—2020《標準化工作導則第1部分：標準化文件的結(jié)構(gòu)和起草規(guī)則》的規(guī)定本文件使用翻譯法等同采用ISO16540:2015《金屬和合金的腐蝕用四點彎曲法測定金屬抗應力與本文件中規(guī)范性引用的國際文件有一致性對應關(guān)系的我國文件如下：——GB/T16545—2015金屬和合金的腐蝕腐蝕試樣上的腐蝕產(chǎn)物的清除(ISO8407:2009,IDT)。本文件由中國鋼鐵工業(yè)協(xié)會提出。本文件由全國鋼標準化技術(shù)委員會(SAC/TC183)歸口。本文件起草單位：安科工程技術(shù)研究院(北京)有限公司、安工腐蝕檢測實驗室科技(無錫)有限公I1GB/T40403—2021/ISO16540:2015金屬和合金的腐蝕用四點彎曲法測定金屬抗應力腐蝕開裂的方法ISO8407金屬和合金的腐蝕腐蝕試驗樣品中腐蝕產(chǎn)物的去除(Corrosionofmetalsandalloys—Removalofcorrosionproductsfromcorrosiontestspecimens)3.13.23.3載荷以使試樣的一個面處于拉伸狀態(tài)(在內(nèi)加載輥之間均勻受力),而另一個面處于壓縮狀態(tài)來實現(xiàn)。2GB/T40403—2021/ISO16540:20155加載夾具設計5.1應使用與圖1類似的加載夾具，對試樣施加恒定撓度。通常選擇尺寸使A=H/4。A——相鄰內(nèi)外支點間的距離；H——外支點間的距離。5.2通常母材試樣的厚度最大可取到5mm,這樣的試樣連同典型尺寸的加載夾具可比較容易地放入常規(guī)試驗容器內(nèi)。典型的加載夾具尺寸如下：內(nèi)加載輥間的距離為50mm～60mm;外加載輥的距離為100mm～130mm;加載輥直徑為6mm～10mm。5.3焊接試樣建議采用較厚的試樣(厚度可以是全壁厚)進行測試。此處，可通過增大支點間距來減小5.4試樣和加載夾具之間應電絕緣，以避免電偶腐蝕和縫隙腐蝕。優(yōu)先選用陶瓷材料的支撐輥可實現(xiàn)5.5應盡可能減小支撐輥與試樣間的摩擦力，以確保摩擦約束不影響試樣上的應力分布。通過使用低摩擦接觸表面的陶瓷輥可很好地達到此目的。如試樣加載時低摩擦接觸表面的陶瓷輥可以自由轉(zhuǎn)動，此影響可進一步減少。如陶瓷輥不可自由轉(zhuǎn)動，摩擦力的存在將會影響達到所需應變所用的加載力大加載點拉伸表面局部的應力應變增加，提高試樣中這些位置裂紋形成的可能性(見第11章)。在特定測5.6加載夾具用材料應在測試環(huán)境中抗應力腐蝕開裂，同時夾具應有足夠的剛度。通過選用耐蝕合金材料制作夾具或在夾具上增加涂層的方式均可避免夾具腐蝕產(chǎn)物對試驗溶液的污染，從而避免對測試結(jié)果產(chǎn)生影響。當用耐蝕合金的夾具進行碳鋼或低合金鋼測試時，可能發(fā)生由腐蝕產(chǎn)物導致試樣和夾試樣相似的材質(zhì)。在對碳鋼和低合金鋼進行測試時，優(yōu)先采用低合金鋼夾具可避免電偶效應的影響。3GB/T40403—2021/ISO16540:20156試樣制備6.1.1四點彎曲試樣應是具有均勻矩形截面和均勻厚度的平直條帶，除非測試一面是原始焊縫截面非均勻的焊接試樣、測試管材內(nèi)側(cè)原始表面狀態(tài)(截面下凹)的試樣或測試管材外側(cè)原6.1.3對氫致?lián)p傷敏感的材料，不應使用可能在樣品表面產(chǎn)生氫的制備方法，如電火花切割等。如果短氫從外表面擴散到試樣內(nèi)的時間。研磨移除的厚度宜根據(jù)材料中有效氫擴散系數(shù)進行保守評估。對可導致材料微觀組織的變化。6.2母材試樣6.2.2典型四點彎曲母材試樣如圖2a)所示。a)母材試樣6.2.3試樣寬度應是試樣厚度的1.5倍～5倍。對這一要求的任何偏離，如非常厚的碳鋼，需要證明試樣平面外側(cè)的彎曲不明顯。6.2.4可對拉伸測試表面處于原始表面狀態(tài)未經(jīng)表面打磨處理的試樣進行測試。對表面的打磨處理表面處理方法，通常要求任何非焊接試樣表面粗糙度Ra≤0.25μm。試樣在加工過程中應避免過熱和4GB/T40403—2021/ISO16540:20156.2.5試樣邊緣的毛刺可通過手工打磨的方法去除。6.3焊接試樣6.3.2典型四點彎曲焊接試樣如圖2b)所示。6.3.3當試樣一面為焊接狀態(tài)(表面未經(jīng)過打磨處理)時，由于焊接錯邊的存在，只從單側(cè)加工通常會響較小?？蓛?yōu)選近全厚度的試樣進行測試。6.3.4當試樣的一面為焊縫時，與外支點接觸的位置應加工平整，防止因試樣弧度導致陶瓷支點處存6.3.5兩面均加工的焊接試樣，試樣寬度應是試樣母材厚度的1.5倍～5倍。偏離這一要求，如非常厚6.3.7當測試焊縫經(jīng)完整加工時，受張應力表面宜盡可能貼近原始表面，因為沿厚度方向可能會存在硬度和組織的差異。尤其應保留打底焊焊道(或蓋面焊的最后一個焊道)。因此，在測試前對硬度和組面按6.2.4處理。通常表面粗糙度Ra≤0.25μm。試樣在加工過程中應避免過熱和不必要的表面冷加工。潤滑劑的使用可影響試樣表面化學特性，按6.2.4選用適當試劑對試樣除油，并采用丙酮等溶劑6.3.8試樣邊緣的毛刺可通過手工打磨的方法去除。6.4.1當試樣取自復合管或壓力容器壁的耐蝕合金時，應通過機加工徹底去除碳鋼基體。這意味著采6.4.2除非用戶另有規(guī)定，對焊接試樣，焊縫余高應去除。余高的去除應盡可能小地損傷附近熱影響7應變測量7.1當試樣加載可能導致塑性變形時，需要進行應變測量。應變測量指南見附錄B。7.2在加載應力導致塑性變形條件下對母材試樣進行測試，應將應變片貼附在校準試樣受拉應力面的趾處但具有足夠的距離，使得測得的應變值不受任何局部應力/應變集中、非均勻表面或熱影響區(qū)機械性能的直接影響。應變儀傳感器距離焊趾通常是3mm～5mm,測量時應記錄應變片位置。7.4在對焊接試樣進行應變測量時，應變片的貼附和移出應盡量減少對試樣表面狀態(tài)的影響?？稍诒M可能小的區(qū)域內(nèi)按6.2.4進行脫脂處理。應注意盡量減小受影響的面積。5GB/T40403—2021/ISO16540:20158加載加載應變應與要求應力相一致。8.2.2所需撓度應在試樣受拉應力的表面中心進行測量，撓度可配合加載夾具使用合適的位移計，如千分尺或線性可變位移轉(zhuǎn)換器(LVDT)進行測量，如圖3所示。圖3配有撓度測量用千分尺的加載夾具 (1)E——彈性模量；t——試樣厚度；A——相鄰內(nèi)外支點間的距離；H——外支點間的距離(如圖1所示)。對于碳鋼和低合金鋼及其他在拉伸應力-應變曲線中表現(xiàn)出明顯屈服點的材料，公式(1)在屈服點度(通常為0.2%塑性變形)來定義總應變(彈性和塑性)。軸向數(shù)據(jù)應基于三組獨立的拉伸試驗，試樣應6GB/T40403—2021/ISO16540:2015取自同一熱處理批次且位置靠近的材料，并與四點彎曲試樣具有相同取向。拉伸試樣應是機加工的母8.2.5當四點彎曲試樣縱向應變值相當于軸向拉伸試驗總應變(三次試驗平均值)時，即可獲得所需的試樣加載撓度。7004003000xy——軸向應力(MPa);2——0.2%偏移量。圖4耐蝕合金應力-應變數(shù)據(jù)示例圖(四點彎曲試驗中以0.2%塑性變形定義總應變)8.2.6在測試母材時，四點彎曲試樣所加載的撓度值應通過校準試驗確定。在校準試驗中，通過施加載荷直至所需總應變來獲得撓度值。選用合適的位移計(見6.2.2)對校準試樣進行撓度測試。校準試8.2.7對焊接試樣，其目的是至少在焊縫一側(cè)對母材施加所需的應變水平。對于雙面加工的焊接試一個特定的校準試樣來確定具體的撓度值。每一個焊接試樣都應進行單獨的應變測量。在焊接試樣加8.2.9任何加載應變超過預期值1%的試樣應舍棄，或在更高應變條件下進行測試。8.3.1材料的力學性能隨溫度變化，通常彈性極限應力會降低。與馬氏體不銹鋼、碳鋼、低合金鋼相8.3.2高溫測試時，在特定試驗溫度下0.2%塑性變形對應的總應變量，應從該試驗溫度下母材對照試樣的軸向拉伸應力-應變曲線中確定(見附錄B)。試樣應當在室溫下加載至參照高溫拉伸試驗獲取的7GB/T40403—2021/ISO16540:20159試驗環(huán)境9.1試驗環(huán)境中的溶液組分和試驗氣體應體現(xiàn)預期的應用場景。ISO7539-1給出了通用指導。9.4用玻璃容器進行除氧溶液中的測試時，可使用氮氣柜密封，但是密封效果沒有用反應釜好。試驗氧濃度也可以接受。9.5保持試驗所需氧濃度的方法，需要在相同的裝置和步驟下使用氧濃度測試儀進行單獨的測試驗證。9.6除非另有規(guī)定，試驗溫度波動應保持在±3℃以內(nèi)。9.7作為保守的方法，在計算高溫條件下的總壓時應使用每種氣體的分壓而不是它的逸度。在這種計9.8所有使用的化學藥品都應是高純度等級的。10.1根據(jù)第8章，確定樣品所需的撓度。10.4按以下方式檢查應變松弛。對彈性加載的合金，測量1h后的應變。如果松弛，調(diào)整撓度并在對于耐蝕合金，將儲液罐出氣口與試驗容器進氣口相連。由試驗容器排出的氣體經(jīng)水封(如氣體濃度應保持在要求的濃度?？梢酝ㄟ^連續(xù)或定期補充氣體來實現(xiàn)。10.10對于高溫試驗，將試驗容器/反應釜加熱至試驗溫度，然后將氣體分壓增至預期的目標值?；?0.11試驗條件穩(wěn)定后，試驗開始計時(通常10.14如有必要，可按ISO8047的步驟去除腐蝕產(chǎn)物。8GB/T40403—2021/ISO16540:2015軟區(qū)開裂(SZC)。a)用10倍放大鏡進行初步目視檢查；b)進行無損探傷以評估裂紋是否存在，包括磁粉檢驗(MPI)、加載應力面裂紋液體滲透探傷，或超聲檢測；c)對在a)和b)中發(fā)現(xiàn)有可疑特征的試樣位置取樣；d)在無裂紋的情況下，在兩個位置進行縱向切割(通常為1/3和2/3寬度處),制備金相試樣，在未浸蝕的情況下用100倍顯微鏡觀察截面，裂縫的尺寸和位置應在浸蝕條件下進行確認。11.1.4目視觀察到的腐蝕坑或其他顯著特征也應記錄。在沒有裂縫的情況下，應考慮腐蝕坑是否能在更長試驗周期內(nèi)繼續(xù)發(fā)展并轉(zhuǎn)化為裂紋。為了評估這種可能性，應測定最大蝕坑深度(見ISO11463)。11.1.5對未加載的對照試樣應按11.1.2進行裂紋評價。11.2.1用10倍以上的低倍顯微鏡檢11.2.2目視/低倍顯微檢查可輔以著色探傷(DPE)或熒光著色探傷(FDPE)。11.2.4在無表面裂紋的情況下，在兩個位置進行縱向切割(通常為1/3和2/3寬度處),制備金相試樣，用100倍顯微鏡觀察截面。11.2.5對未加載的對照試樣應按11.2.2和11.2.3進行裂紋評價。試驗報告應至少包括本文件編號和以下信息(如適用):參數(shù)(如已知);c)取樣位置、取樣方向、曲率(如有)、尺寸(包括任何不均勻的厚度)、焊根輪廓說明(焊接態(tài)試d)四點彎曲試驗裝置數(shù)據(jù)；9GB/T40403—2021/ISO16540:2015e)應變測量步驟；f)加載步驟；h)裂紋檢驗的方法；GB/T40403—2021/ISO16540:2015(資料性)表面準備(見ISO7539-1)A.1概述了反映特定應用環(huán)境，因材料、構(gòu)件/產(chǎn)品的性質(zhì)和環(huán)境的侵A.2表面變形表面準備的基本目標是所采用的準備過程應以循序漸進的方式進行，使得打磨或加工的每個階段都可去除任何先前存留的近表面影響。否則，試樣即使達到了表面粗糙度要求，仍可能殘留亞表面變形。應在對照試樣上使用電子背散射衍射(EBSD)對截面金相檢驗以評估亞表面變形程度和所用步驟變形過程的逐步去除是不充分的。圖A.1UNSS30403不銹鋼橫截面EBSD圖像程中納米晶層顯然已被有效去除。表面處理越精細表面變形深度越小，但與Ra值無關(guān)，納米晶層在注：兩個黃色水平線之間的納米晶層大約2μm厚(這個區(qū)域內(nèi)和上方的小紫點大部分是干擾像素點)和晶界變形圖A.2UNSS30403不銹鋼橫截面表層試樣EBSD取向圖殘余應力/MPa殘余應力/MPa殘余應力/MPa殘余應力/MPaGB/T40403—2021/ISO16540:2015A.3殘余應力除利用EBSD表征外，不同表面處理方式可以產(chǎn)生不同的殘余應力值(圖A.3)。因此，測量殘余應力有助于理解在環(huán)境致開裂試驗或應力消除中相關(guān)的不同現(xiàn)象。01200十20040060080010008004000200800400800600白400.2000UNSS30403不銹鋼在不同表面處理后的殘余應力曲線(橫截面交錯打磨、單向打磨)A.4表面缺陷除近表面變形和殘余應力外，即使經(jīng)過非常精細的打磨或拋光，加工/打磨過GB/T40403—2021/ISO16540:2015圖A.4由打磨形成的表面缺陷(局部溝槽)A.5熱瞬變形成的氧化物耐蝕合金焊接過程中熱瞬變會改變氧化物的特性(氧化著色),有氧化著色特征的材料對點蝕和應力腐蝕開裂可能更為敏感。因此，在對焊接試樣測試時，應判斷在焊接態(tài)還是在酸洗后(有或無鈍化)進行試驗。有必要與最終用戶協(xié)商評估適用于服役情況的實驗室步驟。GB/T40403—2021/ISO16540:2015(資料性)應變測量步驟和軸向應力-應變校準曲線的確定B.1用于確定四點彎曲試驗總應變的軸向拉伸試驗對照試樣的準備拉伸試驗試樣的應變可使用引伸計或應變儀進行測量。考慮到不完全對齊引起彎曲的可能性，應在試樣兩側(cè)進行測量，使用平均應變來繪制應力-應變曲線。引伸計的使用指南參考ISO6892-1,這里也給出了四點彎曲試驗用應變儀的一些附加說明。a)選用的應變儀、電纜、粘合劑和消耗品宜匹配固化條件和試驗溫度的要求。b)應變儀的安裝可參考英國應變測量學會CP1:2009:——用38μm(400目)碳化硅砂紙打磨表面。——使用合適的溶劑(如異丙醇)清潔表面，清除研磨過程中的殘留物?！褂脺睾偷乃嵝砸后w和中性試劑保持表面的化學惰性?！褂脠A珠筆輕輕標記應變片的位置。———使用低黏度膠帶將應變片貼附在標記線上?！鶕?jù)制造商的建議涂抹粘合劑(此步驟應在20min內(nèi)完成)?！褂脧椈蓨A定位，并在固化過程中施加輕微的夾緊力?！?—依照制造商建議固化樣品。通常后固化溫度比工作溫度高30℃~40℃?！ニ心z帶和消耗品。——檢查應變片的安裝，并記錄應變測量和安裝的所有細節(jié)。B.2在試驗溫度下軸向?qū)φ赵嚇釉囼炘囼灠ㄈ缦聝?nèi)容：a)將應變計(或適當?shù)囊煊?安裝在拉伸試樣的兩側(cè)；b)將導線焊接到試樣應變儀上，并確保導線高溫可用；c)將試樣固定在夾鉗中間(對平板啞鈴試樣有鍥入作用);d)將熱電偶放在試樣表面；e)檢查應變儀功能是否正常，平衡載荷和位移；f)以試樣處熱電偶為參考，加熱溫控箱中的試樣到所需溫度；g)待樣品溫度到達設定值后，靜置30min;h)移動十字夾頭直到剛剛開始受力，將位移復位；i)啟動應變監(jiān)測設備；j)以適當速率加載試樣(比如1mm/min,也就是25mm標距應變速率為6.7s-1)。B.3彈性模量計算宜檢查四點彎曲試驗加載夾具的剛度?？梢酝ㄟ^測量載荷-應變曲線，計算彈性模量以確保測試材料在試驗溫度下的數(shù)據(jù)與文獻數(shù)據(jù)相一致。與文獻數(shù)據(jù)偏離表明夾具的剛度不夠或測試方法在某些方面不可靠。使用公式(B.1)在載荷-應變數(shù)據(jù)線性區(qū)間內(nèi)估算彈性模量：…………(B.1)GB/T40403—2021/ISO16540:2015式中：e———拉伸應變；σ——拉伸應力。由公式(B.2)給出：式中：d?——內(nèi)外加載輥間距的一半；…………(B.2)W施加載荷；t試樣厚度。GB/T40403—2021/ISO1654[1]ISO6892-1金屬材料拉伸試驗第1部分：室溫試驗方法(Metallicmaterials—Tensiletesting—Part1:Methodoftestatroomtetesting—Part2:Methodoftestatelevatedtemperature)[3]ISO7539-1金屬和合金的腐蝕應力腐蝕試驗第1部分：試驗方法總則(Corrosionofmetalsandalloys—Stresscorrosiontesting—Part1:Generalguidanceontestingprocedures)[4]ISO7539-2金屬和合金的腐蝕應力腐蝕試驗第2部分：彎梁試樣的制備和應用(Cor-rosionofmetalsandalloys—Stresscorrosiontesting—Part2:Preparationanduseofbent-beamspeci-mens)rosio