奥氏体304不锈钢及焊缝在氯化物溶液中应力腐蚀开裂行为及机理研究

<正> 本文用慢应变速率实验(SSRT)技术,研究固溶态和敏化态的304不锈钢基材和焊缝在两种环境:a)酸性介质(HCl引起的应力腐蚀);b)中性介质(Cl~-引起的应力腐蚀)中,其发生应力腐蚀开裂(SCC)的可能性、严重程度、影响因素作用规律和过程机理,获得出许多有科学意义的数据。主要试验结果如下:     

304不锈钢在室温HCl+NaCl溶液中的应力腐蚀机理

304不锈钢在室温HCl+NaCl溶液中可发生活化态下的应力腐蚀开裂(SCC).XPS成分分析表明:在酸性氯化物溶液中,试样表面形成了一层富铬的吸附产物膜,应力腐蚀裂纹的形核与这层膜的形成和Cl一局部富集有关.     

304不锈钢在室温HCl＋NaCl溶液中的应力腐蚀机理

３０４不锈钢在室温ＨＣｌ＋ＮａＣｌ溶液中可发生活化态下的应力腐蚀开裂（ＳＣＣ）．ＸＰＳ成分分析表明：在酸性氯化物溶液中,试样表面形成了一层富铬的吸附产物膜,应力腐蚀裂纹的形核与这层膜的形成和Ｃｌ一局部富集有关．     

氯化物溶液中敏化304不锈钢应力腐蚀开裂的临界电位

研究了氯化物浓度、溶液温度、应力及敏化程度对敏化304不锈钢在NaCI水溶液中晶间型应力腐蚀开裂的影响。结果表明，材料的敏化程度、NaCI浓度、溶液温度和应力对敏化304不锈钢的ER.SCC有显著的影响，敏化304不锈钢的DR．SCC低于ER．CREV，应力腐蚀开裂发生在正于ER．SCC的电位范围，而电位低于该值则免于发生应力腐蚀开裂，由此得知，ER．SCC可适用于评价敏化不锈钢的应力腐蚀开裂敏感性。     

敏化态304不锈钢在室温下发生应力腐蚀的Cl~-浓度界限

用慢应变速率实验技术研究了敏化态304不锈钢在室温氯化钠溶液中的应力腐蚀行为。结果表明:敏化态304不锈钢在近中性的氯化物溶液中呈典型的沿晶应力腐蚀开裂,随Cl-浓度的提高,应力腐蚀开裂敏感性增强,应力腐蚀的发生存在一个临界Cl-浓度。关键词     

304L不锈钢在高温高压水蒸气中的应力腐蚀开裂行为

目的 研究304L不锈钢在高温高压水蒸气中的应力腐蚀开裂行为及机理。方法 采用慢应变速率试验分别研究了304L不锈钢在常温常压水、高温高压水、高温高压水蒸气环境中的应力腐蚀开裂行为。利用SEM、三维立体显微镜和XPS,分析试样氧化后断口区域的形貌及元素分布。结果 304L不锈钢在常温常压水中的抗拉强度为730 MPa,拉伸率为94.32%。在高温高压水、高温高压水蒸气环境中的抗拉强度分别为382、379 MPa,拉伸率分别为44.98%、47.38%。304L不锈钢在三种试验环境中慢拉伸后的断口表面布满大量韧窝,断口全貌呈韧性断裂特征,高温高压水、高温高压水蒸气中试样的抗拉强度较常温常压水中明显下降。304L不锈钢在高温高压水环境和水蒸气环境中得到的XPS谱图中各结合能峰位置几乎相同,峰的相对强度因载荷的不同而发生变化。施加载荷后,在高温高压水环境中304L不锈钢表面氧化物中的Cr含量增加,而在高温高压水蒸气环境中的Cr含量略有下降。结论304L不锈钢在高温高压水和高温高压水蒸气环境中具有相似的最大抗拉强度和最大应变值。施加载荷将影响304L不锈钢氧化过程中金属元素扩散的速度,进而影响氧化产物的成分。     

敏化态304不锈钢在室温下发生应力腐蚀的Cl~－浓度界限

用慢应变速率实验技术研究了敏化态３０４不锈钢在室温氯化钠溶液中的应力腐蚀行为。结果表明：敏化态３０４不锈钢在近中性的氯化物溶液中呈典型的沿晶应力腐蚀开裂，随Ｃｌ－浓度的提高，应力腐蚀开裂敏感性增强，应力腐蚀的发生存在一个临界Ｃｌ－浓度。关键词     

321不锈钢在酸性氯离子溶液中的应力腐蚀开裂机理

证明了321不锈钢在酸性氯离子溶液中处于活性阳极溶解状态.其应力腐蚀开裂(SCC)无法用钝化膜破裂-再钝化理论或氢脆理论解释,而可能是阳极溶解降低了裂纹尖端金属的开裂强度     

H~+和Cl~-对304不锈钢在室温HCI+NaCl溶液中应力腐蚀行为的影响

本文用慢应变速率实验(SSRT)方法研究了奥氏体304不锈钢在室温酸性氯化物溶液中的应力腐蚀开裂(SCC)敏感性。H~+和Cl~-浓度是影响该体系发生SCC的两个重要因素,对SCC敏感的H~+浓度范围为:0.01-1.2M,溶液中H~+浓度的改变,可使材料的腐蚀形态发生显著变化;Cl~-浓度的增加,可以提高溶液中H~+的活性;H~+和Cl~-对该体系发生SCC既有竞争作用又有协同作用。最后给出了“304不锈钢/HCl+NaCI”体系发生SCC的介质条件,即:“[Cl~-]-[H~+]-SCC图”。     

304 不锈钢在模拟深海和浅海环境中的应力腐蚀行为

目的研究304不锈钢在模拟深海和浅海中的应力腐蚀开裂(SCC)行为。方法通过控制不同环境因素模拟南海某海域环境,利用动电位扫描、交流阻抗谱、慢应变速率拉伸(SSRT)及SEM表面分析等手段进行研究。结果 304不锈钢在模拟海水溶液中呈现钝化状态,出现应力腐蚀敏感性,且裂纹扩展方式为穿晶开裂。在深海中的SCC机制为氢致开裂,浅海中的SCC机制主要为阳极溶解。结论 304不锈钢在深海与浅海中的SCC机制不同,但两者的SCC敏感性相近且相对较低,在模拟海水环境中的应用不受海水深度限制。     

304不锈钢应力腐蚀促进马氏体相变

304不锈钢在143℃硅油中恒载荷邓蠕变足长时间后，再在143℃MgCl2溶液中相同恒载荷下进行应力腐蚀，结果表明，在开路条件下应力腐蚀能使表层和体内σ′马氏体分别升高14％和1．5％，但如放在不发生应力腐蚀（VSCE＝－600mV阴极极化）的沸腾MgCl2溶液中，则马氏体含量基本不变，测量了在不同恒电位的143℃MgCl2溶液中形成印化膜中形成钝化膜后产生的膜致内应力，结果表明，当阴极电位VSCE≤-550mV后，钝化膜应力为零或是压应力，同时亦发生应力腐蚀；如VSCE＞－550mV,则随电位升高，钝化膜引起的拉应力也升高，与此同时，应力腐蚀敏感性也升高，因此：304不锈钢应力腐蚀促进马氏体相变和腐蚀印化引起的附加拉应力有关。     

304不锈钢在含硼和锂的高温水中的应力腐蚀破裂和断口分析

采用高温高压慢应变速率拉伸试验方法，考察304奥氏体不锈钢在含B和Li离子的介质中的应力腐蚀敏感性。结果显示，材料的处理方式、介质中含Cl及试验温度均影响该钢种的应力腐蚀破裂敏感性，并在断口形貌中得以反映。     

氢致马氏体对304不锈钢在MgCl2中应力腐蚀的影响

通过电解充氢后除气，即可在304奥氏体不锈钢中引入不同数量的氢致马氏体（ε α′，其中ε占2/3），同时并未明显改变试样的强度和位错密度，氢致马氏体使304不锈钢脆化，塑性损失随马氏体含量升高而升高，在沸腾MgCl2溶液中慢应变速率拉伸实验表明，随氢致马氏体含量升高，应力腐蚀敏感性也升高，但当马氏体总量超过10%之后，应力腐蚀敏感性逐渐趋势地一个稳定值。     

玻璃喷丸处理提高304不锈钢焊接接头抗应力腐蚀性能的研究

基于对304不锈钢焊接试板表面喷丸处理前后的表层残余应力X射线衍射测量，研究了在42％沸腾MgCl2溶液中，表面玻璃喷丸和铸钢喷丸对304不锈钢焊接试板应力腐蚀开裂敏感性的影响，比较了采用不同铸钢喷丸和玻璃喷丸处理工艺的304不锈钢焊接试板抗应力腐蚀开裂的能力．试验结果表明：未喷丸处理的焊接试板6h就发生开裂，50％、100％覆盖率的铸钢喷丸焊接试板分别在试验310h和3500h开裂，而200％覆盖率的铸钢喷丸焊接试板，50％、100％、200％覆盖率的玻璃喷丸焊接试板经历3500h也未见开裂．因此，喷丸处理工艺能够很好地提高焊接构件抗应力腐蚀开裂能力；且在同样喷丸强度下，焊接接头经玻璃喷丸工艺处理后的抗应力腐蚀能力明显优于铸钢喷丸处理工艺．     

氯离子对316L不锈钢在连多硫酸中应力腐蚀的影响

用恒变形U形弯曲试样应力腐蚀试验研究了长期服役在650～720℃下的316L奥氏体不锈钢室温下在0．38mol／L连多硫酸溶液及0．38mol／L连多硫酸 0．5mg/L NaCl溶液中的应力腐蚀破裂(SCC)行为。采用金相显微镜(OM)、扫描电子显微镜(SEM)对裂纹形态、断口形貌进行观察和分析。结果表明，该钢在0．38mol／L连多硫酸溶液中没有发生应力腐蚀破裂现象，而在0．38mol／L连多硫酸 0．5mg／L NaCl溶液中发生了应力腐蚀破裂，裂纹扩展为混合型，氯离子对钢表面钝化膜的破坏是诱发应力腐蚀破裂的主要原因之一。     

304不锈钢在高温水中的应力腐蚀破裂SCIEI

采用U型弯曲法应力腐蚀破裂试验、电化学测量以及Auger电子能谱(AES)分析方法研究了温度、氯离子浓度和溶解氧含量在高温水中对304不锈钢的应力腐蚀破坏(SC)敏感性的影响及其与表面膜之间的关系。在空气饱和的高温水中(溶解氧为8ppm),随着温度的升高(200—300℃)或氯离子浓度的降低(500—20ppm)304钢SCC敏感性降低。文中还讨论了氧化膜在SCC萌生和扩展中的作用。     

奥氏体304不锈钢在活化态下的应力腐蚀与马氏体相变

用ＳＳＲＴ和电化学方法研究了３０４不锈钢在酸性氯化物溶液中的应力腐蚀与形变诱发马氏体的关系．结果表明形变诱发马氏体相不仅有利于应力腐蚀裂纹的形核而且它的选择性溶解构成了裂纹扩展的活性通道．文中讨论了裂纹沿马氏体相扩展的机制．     

钝化膜应力导致不锈钢应力腐蚀

用恒位移载台，在透射电镜（TEM）中原位观察应力前后裂前方位错组态的变化以及微裂纹的形核和扩展，结果有明，310不锈钢在沸腾的25％MgCl2水溶液中应力腐蚀时腐蚀过程能促进位错发射，增殖和运动，当腐蚀促进的位错发射和运动达到临界状态时，应力腐蚀裂纹形核和扩展，测量表明，304不锈钢在沸腾MgCl2中自然腐蚀时表面钝化膜会产生一个附加拉应力，它可能是腐蚀促进位错发射和运动的原因。     

晶界网络特征对304不锈钢晶间应力腐蚀开裂的影响

通过晶界工程(GBE)处理,可使304不锈钢样品中的低∑CSL晶界比例提高到70%(Palumbo Aust标准)以上,同时形成了大尺寸的互有∑3~n取向关系晶粒的团簇显微组织.采用C型环样品恒定加载方法,在pH值为2.0的沸腾20%NaCl酸化溶液中进行应力腐蚀实验.GBE样品在平均浸泡472 h后出现应力腐蚀裂纹,SEM,EBSD和OM分析表明,应力腐蚀开裂(SCC)为沿晶开裂(IGSCC)和穿晶开裂(TGSCC)的混合型.而未经GBE处理的样品在平均浸泡192h后出现多条应力腐蚀主裂纹,且多为沿晶界裂纹.经过GBE处理的样品中大尺寸的晶粒团簇及大量相互连接的∑3-∑3-∑9和∑3-∑9-∑27等∑3~n类型的三叉界角,阻碍了IGSCC裂纹的扩展,从而提高了304不锈钢样品的抗IGSCC性能