STRESS CORROSION CRACKING OF AUSTENITIC STAINLESS STEEL UNDER COMPRESSIVE STRESS

用表面残余压应力试样,U型弯曲试样(用其压缩区)和WOL恒位移缺口压缩试样对1Cr18Ni9不锈钢在沸腾MgCl_2溶液中进行了压应力条件下的应力腐蚀试验。结果表明,三种试样分别经110h,73—100h以及262—324h后都观察到了由压应力所产生的应力腐蚀裂纹,并获得了具有岩层状特征的准解理脆性断口。这和拉应力腐蚀时获得的解理断口明显不同。 压应力条件下应力腐蚀裂纹的孕育期比拉应力要高1—2个数量级,而且裂纹扩展缓慢,加上裂纹不能张开而难于辨认,故当试样中同时存在拉应力时将不会观察到压应力所产生的应力腐蚀裂纹。     

压应力条件下铝合金的应力腐蚀

用WOL缺口压缩试样研究LC4铝合金在3.5％NaCl水溶液中的压应力腐蚀.有限元计算指出,试样加压缩位移时缺口附近有压应力集中.实验结果表明,当压缩位移大于临界值后产生压应力腐蚀裂纹. 实验测出压应力腐蚀裂纹的门槛值为K_(ISCC*)=27.6MPam~(1/2),等于拉应力腐蚀门槛值的3.5倍.在相同K_I下压应力腐蚀裂纹的孕育期比拉应力高一个数量级.压应力腐蚀时获得带有平行条纹花样的准解理断口,这和拉应力腐蚀的沿晶断口完全不同。     

STRESS CORROSION CRACKING OF AN ALUMINIUM ALLOY UNDER COMPRESSIVE STRESS

用WOL缺口压缩试样研究LC4铝合金在3.5％NaCl水溶液中的压应力腐蚀.有限元计算指出,试样加压缩位移时缺口附近有压应力集中.实验结果表明,当压缩位移大于临界值后产生压应力腐蚀裂纹. 实验测出压应力腐蚀裂纹的门槛值为K_(ISCC*)=27.6MPam~(1/2),等于拉应力腐蚀门槛值的3.5倍.在相同K_I下压应力腐蚀裂纹的孕育期比拉应力高一个数量级.压应力腐蚀时获得带有平行条纹花样的准解理断口,这和拉应力腐蚀的沿晶断口完全不同。     

压应力下黄铜在氨水中的应力腐蚀

用十字型缺口试样和WOL缺口试样分别在压应力和拉应力下研究了黄铜在氨水中的应力腐蚀。实验表明,无论那种试样,在压应力下均能产生应力腐蚀。拉、压应力腐蚀门槛值之比K_(SCC)(压)/K_(SCC)(拉)分别等于5.9(WOL试样)和5.5(十字型试洋)。拉应力腐蚀是穿晶断裂。压应力腐蚀断口和K_1有关,当K_1较低时是典型的沿晶断口,而当K_1较高时则是混合断口。电镜观察表明,双向压应力下位错塞积在晶界和孪晶界;在双向拉应力下则晶内位错密度高于晶界,且晶界位错不呈塞积群。     

TC4钛合金在3.5%NaCl溶液中的应力腐蚀行为

采用楔形张开加载（WOL）试样开展应力腐蚀试验,研究TC4钛合金在3.5%NaCl溶液中的应力腐蚀行为,分析应力腐蚀开裂（SCC）机理。结果表明,腐蚀24 h后,即可在试样表面观察到SCC裂纹。腐蚀30 d和75 d的试样,SCC裂纹长度接近,且都明显大于腐蚀15 d的试样,说明15～30 d内SCC扩展终止。试样的加载应力越大,裂纹长度越长,随着裂纹扩展,应力逐渐松弛,当残余KI值降低到38 MPa·m~(1/2)附近时,SCC扩展终止。SCC扩展是应力和腐蚀耦合作用的过程,在SCC起始阶段,应力主导裂纹快速扩展,断口呈韧窝形貌。SCC中后阶段,断口呈解理形貌和鳞片状花样,鳞片边缘存在钛氧化物,推测是由于应力松弛后的裂纹间歇性驻留和阳极溶解促进的裂纹继续扩展反复交替作用形成的。     

CO_3~(2-)-HCO_3~-溶液中X80管线钢焊接接头的应力腐蚀开裂分析

采用慢应变速率试验(SSRT)、扫描电镜(SEM)观察研究了国产X80管线钢焊接接头在0.5mol/LNa2CO3 1mol/LNaHCO3溶液中的应力腐蚀开裂(SCC)敏感性。结果表明,拉伸试样全部断裂在焊缝或热影响区。在所研究的电位区间,拉伸试样随着外加电位正向增加,断面收缩率、断裂时间和断后伸长率增加,而断口部位的裂纹平均扩展速率减小,SCC敏感性降低。试样断口形貌在阴极电位条件下呈准解理断裂,在自腐蚀电位和阳极电位条件下,焊缝试样断口主要是韧性断裂。应力腐蚀机理可以用阳极溶解理论和氢致破裂来解释。     

X70管线钢焊缝应力腐蚀破裂的研究

采用慢应变速率试验、扫描电镜试验研究了X70管线钢焊缝拉伸试样在通5％CO2 95％N2的NS4溶液中的应力腐蚀破裂(SCC)敏感性。结果表明断口和柱面SCC裂纹均发生在热影响区(HAZ)。施加阴极电位时，在试样断口观察到明显的准解理断裂特征，断口和柱面有穿晶SCC裂纹。在自腐蚀电位和阳极电位条件下，SCC敏感性很低。在所研究的电位区间，总体趋势是随电位正向增加，断面收缩率、断裂时间和延伸率增加，而断口部位SCC裂纹平均扩展速率减少、即SCC敏感性降低。并利用显微组织变化和电化学理论分析了焊缝试样HAZ的SCC机理。     

奥氏体不锈钢应力腐蚀和氢致开裂的机理

通过金相跟踪观察、力学测量及断口分析,研究了奥氏体不锈钢氢致开裂和应力腐蚀的机理.结果表明,无论是不稳定型(321)还是稳定型(310)奥氏体不锈钢,电解充氢时先产生塑性变形,当它发展到临界状态时就导致氢致裂纹的形核.但在42%MgCl_2沸腾溶液中应力腐蚀时,裂纹的形核和滞后塑性变形无关.两种(321)輿氏体不锈钢应力腐蚀的门槛值K_(ISCC)远比严重充氢时氢致开裂的门槛值K_(IH)要低.两者的断口形貌也不同,应力腐蚀是解理断口,且和K_I无关.而氢致开裂断口和K_I有关,K_I高是韧窝,K_I低则获得准解理断口.实验表明,氢在奥氏体不锈钢应力腐蚀(沸腾MgCl_2介质)过程中并不起主要作用.     

CO32--HCO3-溶液中X80管线钢焊接接头的应力腐蚀开裂分析

采用慢应变速率试验(SSRT)、扫描电镜(SEM)观察研究了国产X80管线钢焊接接头在 0.5 mol/L Na2CO3 1 mol/L NaHCO3 溶液中的应力腐蚀开裂(SCC)敏感性.结果表明,拉伸试样全部断裂在焊缝或热影响区.在所研究的电位区间,拉伸试样随着外加电位正向增加,断面收缩率、断裂时间和断后伸长率增加,而断口部位的裂纹平均扩展速率减小,SCC敏感性降低.试样断口形貌在阴极电位条件下呈准解理断裂,在自腐蚀电位和阳极电位条件下,焊缝试样断口主要是韧性断裂.应力腐蚀机理可以用阳极溶解理论和氢致破裂来解释.     

硫化氢环境中17-4PH钢抗氢致开裂与应力腐蚀开裂性能

根据美国NACE标准研究了17-4PH钢在酸性H2S水溶液中的抗氢致开裂(HIC)和应力腐蚀开裂(SCC)的性能,利用光学显微镜及扫描电镜(SEM)观察了裂纹及组织形貌,并结合理论分析了材料的氢致开裂与应力腐蚀开裂行为。结果表明:17-4PH钢在标准NACE试验溶液中会产生氢致裂纹,试样内部微裂纹主要在晶界、夹杂等缺陷处成核并扩展;标准C型环试样在0.8σs的恒应力作用下,浸泡于饱和硫化氢溶液中,720h内3组试样均发生断裂,表明其SCC敏感性较大,试样的宏观裂纹由边缘向内部扩展;扫描电镜结果显示,SCC断口有明显的脆性断裂(解理断口)特征,应力腐蚀开裂是由HIC引起,且裂纹扩展形式多为穿晶型。     

不锈钢Ⅱ型试样的应力腐蚀和氢致开裂

研究了奥氏体不锈钢(1Cr18Ni9Ti)Ⅱ型试样的应力腐蚀和氢致开裂。实验表明,该试样在沸腾MgCl_2溶液中能产生应力腐蚀,裂纹形核门槛值为K_(ⅡSCC)/K_(ⅢX)=0.16。但裂纹并不在缺口面的最大剪应力处(θ=80°)形核,而是在最大正应力处(θ=-110°)形核,并指向正应力的法线方向。该试样动态充氢时能发生氢致开裂,其门槛值K_(ⅡH)/K_(ⅡX)=0.59,远比应力腐蚀的值要高,当K_Ⅱ较高时,氢致裂纹在最大剪应力处形核。当K_Ⅱ较低时,则在最大三向应力处(θ=-110°)形核。应力腐蚀是解理断口,且与K_Ⅱ无关。而氢致开裂断口则与K_Ⅱ有关,K_Ⅱ较高时是分布有二次裂纹的剪切韧窝断口,K_Ⅱ较低时则是准解理断口。     

紧凑拉伸Be试样应力和断裂行为研究

利用X射线应力分析仪和在线加载装置测试了紧凑拉伸(compacttension,CT)Be试样缺口前端的应力分布,利用万能拉伸试验机、引伸计和扫描电镜研究了紧凑拉伸Be试样的断裂行为.研究表明:样品加工缺陷如缺口在载荷作用下形成应力集中,样品首先在此开裂,获得了紧凑拉伸铍试样的载荷-裂纹张开曲线和平面应变断裂韧性为15.4MPa√m.扫描电镜观察表明Be断口呈现解理特征,紧凑拉伸试样断口呈现出3个特征区.裂纹尖端扩展观察表明沿基滑移面形成解理微裂纹,这些微裂纹长大后受主应力控制.利用断裂韧性评估了Be材存在微裂纹时的断裂强度.     

应力腐蚀开裂所引起的表面形变机制的研究

对于D_6AC钢(σ_b=203.5kgf/mm~2)和24CrMnSiNi钢(σ_b=161.0kgf/mm~2),在裂纹张口处滴水的条件下进行了应力腐蚀开裂实验。在光学显微镜和干涉显微镜下观察并研究了应力腐蚀开裂所引起的试样表面形变现象。结果表明,表面形变对于不同强度级别的钢具有不同的特征。在试样表面上所观察到的应力腐蚀裂纹的开裂路径,大多沿着一侧形变带或两形变带的会合处。讨论了产生这种表面形变现象的机制,认为与观察到的应力腐蚀裂纹在试样厚度上呈舌形扩展有关,此时未开裂的薄的试样表面层在外力作用下经受剪切变形,因而造成所观察到的试样表面形变现象。     

温度对1Cr11MoNiW1VNbN不锈钢疲劳性能的影响

以超临界汽轮机叶片用1Cr11MoNiW1VNbN不锈钢为研究对象,测试叶片模拟工作温度下拉压疲劳极限的变化规律,用扫描电镜观察试样宏观及微观断口.结果表明,1Cr11MoNiW1VNbN不锈钢试样的疲劳极限随试验温度的变化有明显变化.当试验温度为538、566、593 ℃时,试验钢的拉压疲劳极限的最大变化量为81 MPa.其疲劳试样宏观断口包括裂纹萌生、裂纹扩展及最终断裂3个阶段,存在明显的裂纹前沿;微观断口具有典型的准解理断口特征.     

MECHANISM OF SLOW CRACK GROWTH AND STRESS CORROSION CRACKING IN AUSTENITIC STAINLESS STEEL

通过金相跟踪观察、力学测量及断口分析,研究了奥氏体不锈钢氢致开裂和应力腐蚀的机理.结果表明,无论是不稳定型(321)还是稳定型(310)奥氏体不锈钢,电解充氢时先产生塑性变形,当它发展到临界状态时就导致氢致裂纹的形核.但在42%MgCl_2沸腾溶液中应力腐蚀时,裂纹的形核和滞后塑性变形无关.两种(321)輿氏体不锈钢应力腐蚀的门槛值K_(ISCC)远比严重充氢时氢致开裂的门槛值K_(IH)要低.两者的断口形貌也不同,应力腐蚀是解理断口,且和K_I无关.而氢致开裂断口和K_I有关,K_I高是韧窝,K_I低则获得准解理断口.实验表明,氢在奥氏体不锈钢应力腐蚀(沸腾MgCl_2介质)过程中并不起主要作用.     

Ti-679合金热盐应力腐蚀行为

在350～500℃范围内研究了Ti-679合金的热盐应力腐蚀性能。实验表明合金的显微组织对热盐应力腐蚀的敏感性有很大的影响,在相同的热暴露条件下α+β相区热处理试样的临界应力比β相区热处理的要高。试验结果也表明,表面存在压应力的试样的临界应力高于无压应力者。用离子探针对断口表而进行的测定显示出在裂纹中有氢的大量富集,这表明钛合金在受热盐应力腐蚀过程中所产生的并随后被吸收的氢是开裂的主要原因。     

50Mn18Cr4WN奥氏体钢的应力腐蚀和氢致开裂

本文采用悬臂弯曲预裂纹试样应力腐蚀试验方法和紧凑拉伸试样恒载荷法测定了50Mn18Cr40WN奥氏体钢在含C1-和NO3-的水溶液中应力腐蚀以及电解充氢条件下氢致开裂的门槛值,并对应力腐蚀和氢致开裂的裂纹走向与断口形貌进行了观察.50Mn18Cr4WN钢在含C1-和NO3-的水溶液中均能产生应力腐蚀开裂,且在含NO3-的水溶液中比在含C1-的水溶液中应力腐蚀敏感性大.在电解充氢条件下,50Mn18Cr4WN钢也能产生氢致开裂.     

淬火温度对4330M钢应力腐蚀的影响——晶界上杂质偏聚对高强度钢应力腐蚀开裂的作用

本文研究了淬火温度对4330M钢在蒸馏水中的应力腐蚀裂纹扩展速率的影响。实验表明,淬火温度从870℃上升到1100℃时,裂纹扩展速率da/dt显著下降(相差一个数量级);从1100℃上升到1200℃时,裂纹扩展速率da/dt却稍提高,在1100℃处,da/dt有一最小值。断口分析表明,随淬火温度升高,应力腐蚀的断裂方式有所改变,870,1000℃淬火的试样系沿晶断裂,而1100,1200℃淬火试样则是穿晶准解理断裂。用饱和苦味酸溶液腐蚀显示奥氏体晶界,通过奥氏体晶界腐蚀沟槽深度估算出杂质磷在奥氏体晶界的平衡偏聚浓度,它和淬火加热温度之间的关系符合Mclean的平衡偏聚理论。磷在奥氏体晶界的偏聚是造成应力腐蚀裂纹扩展速率da/dt变化的主要原因。采用杂质原子偏聚和氢对脆性断裂影响的理论,对各种实验现象加以解释,并认为杂质原子在晶界偏聚和氢共同作用的氢脆断口是沿晶断裂型,而单纯氢起作用的氢脆断口是穿晶准解理断裂型。     

NZ2锆合金碘致应力腐蚀

研究了NZ2锆合金板材在不同温度、不同浓度的碘蒸气中的力学行为,并进一步通过扫描电镜观察其断口形貌。结果表明,试验温度为400℃,其发生应力腐蚀的临界碘蒸气压约为102Pa;横向试样较轧向试样更具应力腐蚀敏感性;温度升高能够促进裂纹尖端的应力释放,有利于碘能被更有效地吸附到裂纹尖端,加快对锆合金的腐蚀作用,从而降低了应力腐蚀的临界碘浓度。在高温碘蒸气中,断口腐蚀产物主要为锆的氧化物;虽然碘蒸气对锆有较强的腐蚀作用,但是不足以穿透其表面的保护膜,而局部变形则可以促进碘对金属锆的腐蚀。     

高含H_2S/CO_2环境中P110钢应力腐蚀

用恒载荷拉伸法,结合腐蚀电化学测试技术和断口扫描电镜(SEM)分析技术,研究了P110钢在H_2S/CO_2NACE标准溶液中的硫化物应力腐蚀(SSCC)行为。结果表明,随着溶液中的H_2S含量增高,P110钢的自腐蚀电位(E_(corr))急剧下降,至极小值后缓慢升高,约5 h后达到稳定值直至断裂,试样呈解理状脆性断口;随溶液中通入CO_2量的增大,P110钢的自腐蚀电位(E_(corr))稍有增高,自腐蚀电流(I_(corr))减小,试样断裂时间延长,断口由脆性解理向韧窝状韧性转化。这种现象的产生与H_2S/CO_2在钢表面的竞争吸附及P110钢在应力腐蚀环境中表面膜的拉伸破裂与再生有关。