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SAF2205与SAF2507双相不锈钢抗应力腐蚀机理
发布者: 发布时间:2020/9/20 阅读:652

 浙江宏盛特钢有限公司技术人员发现绝大部分文献中都认为双相不锈钢的应力腐蚀机理为:膜破/阳极溶解机理。同时氢脆在应力腐蚀裂纹发展过程中起到了重要的加速作用。

 

一、钝化膜

 

在所有氯化物环境中,都会形成膜,这一点已经得到了广泛的认可,这些膜有的是可见有的不可见。但是他们不具有完全的保护性。膜的特性由他们形成的环境的化学性质决定,也与pH值,电压,时间和温度有关。这些膜的最重要的特点是膜中富铬贫铁和镍,其他如Mg、CI、Si或S也在膜中。一些专家认为膜为氧化物,而另一些则认为是盐,氧化物和氢氧化物的混合物。导致SCC的时间和钝化膜破裂的行为有关。在较低温度时,钝化膜与空气中形成的钝化膜相似。钝化膜比较难破。在较高温度时,钝化膜比在空气中厚,在拉力作用下更容易破]。钝化膜的行为影响了SCC的敏感性。

 

二、膜破

 

 1. 孪晶

  镍能够对材料机械性能和抗腐蚀性能起到促进作用,而几乎所有的镍都溶解在奥氏体相中,这导致它比铁素体有更强的耐腐蚀性和强度。奥氏体的高强度加强了铁素体相的变形,而铁素体变形至少有一部分是通过孪晶,这使得铁素体相对含氯离子溶液的敏感性加强例。孪晶造成了该处附近的钝化膜破裂。

 

 2. 局部腐蚀

在低pH值溶液中,任何在应力试样表面的腐蚀都会有较高的贯穿性,同时产生较高的应力集中,这将导致裂纹的产生。腐蚀坑是裂纹产生的地方,或者裂纹穿过这些蚀坑。所以腐蚀坑对裂纹的产生起着至关重要的作用。实验证明测试应力的增加导致SCC表面形态按如下的方式改变:1.没有裂纹而是互相隔开的腐蚀坑→2.在腐蚀坑底部微观裂纹形核→3.伴随腐蚀坑产生,宏观裂纹产生。腐蚀坑的产生加强了蚀坑底部的应力,并导致在蚀坑底部的滑移,这为微观的SCC提供了成核地。膜本身是沿着晶粒和相边缘破裂,这是因为:1.局部成分不同导致了在边界处膜的性质的不同(机械性和电化学性);2.在相边界处和附近有局部应力,这会加速脆性表面膜的破裂。

 

三、裂纹扩展相

 

 1. 奥氏体相

 奥氏体相和铁素体相有不同的机械性能和电化学特性。在低合金双相不锈钢管中奥氏体是机械性能较弱的相,因此塑性变形首先发生在奥氏体相中,局部塑性变形导致局部钝化膜破裂,因此应力腐蚀裂纹在奥氏体相中产生和发展。而且,奥氏体相相对于铁素体相是阳极,局部腐蚀发生在奥氏体相,吸氢和氢脆都不会在铁素体相发生,应力腐蚀裂纹只能在抗性较弱的奥氏体扩展。

 

 2. 铁素体相

 

 ①. 孪晶

 众所周知,镍对材料的机械性能和抗腐蚀性能起到促进作用,而几乎所有的镍都溶解在奥氏体相中,这导致它比铁素体有更强的耐腐蚀性和强度。奥氏体的高强度加强了铁素体相的变形,而铁素体变形至少有一部分是通过孪晶,这使得铁素体相对氯离子溶液的敏感性加强。而且由于铁素体的塑性变形,氢脆也可能发生。因此,裂纹在铁素体相中发展。裂纹之所以发生在铁素体相或铁素体奥氏体向边界处,是因为铁素体是较硬的相,而奥氏体则是较软的嵌入相,所以在相同的应力环境下,铁素体相先达到临界值而发生破裂。

 

 ②. 氢脆

 发现裂纹总是在铁素体相或铁素体奥氏体相的边界产生和发展,而终止于奥氏体相。这是因为铁素体相要比奥氏体相的氢脆敏感性更强。这说明氢脆在应力腐蚀裂纹发展过程中起到了重要的加速作用。

 

四、裂纹发展的促进

 

 1. 氢脆

  这是因为铁素体相要比奥氏体相的氢脆敏感性更强。这说明氢脆在应力腐蚀裂纹发展过程中起到了重要的加速作用。从而得出双相不锈钢在硫化氢和二氧化碳环境中的应力腐蚀机理是反复滑移/阳极溶解和氢脆的联合作用。PH值影响主要源于高的氢扩散和金属溶解率,这将导致高裂纹敏感性。试验证明随着pH值的升高,SCC的敏感度下降。铁素体相对氢引起的裂纹更加敏感。氢会导致双相不锈钢的应力腐蚀。

 

 2. 选择性腐蚀

 奥氏体或铁素体的选择性腐蚀决定了材料抗应力腐蚀性。选择性腐蚀虽然不是引起失效的首要原因,但是它对应力腐蚀的产生和发展起到了辅助作用。选择性腐蚀发生在SCC之前,并且应力腐蚀与选择性腐蚀穿透一起发展。因为任何一相的局部腐蚀都会引起环境的局部改变。因为电化学单电池的形成以及应力集中能在产生腐蚀裂纹的蚀坑处引起局部形变。因此,选择性腐蚀加强了应力腐蚀裂纹的萌生和发展。但是选择性腐蚀并不能引起SCC,因为选择性腐蚀看起来是出现在裂纹尖端的后面。

 

五、各试验参数的影响

 

 1. 氯离子

 所有氯化物环境中,都会形成膜,这一点已经得到了广泛的认可,这些膜也许可见也许不可见。但是他们不具有完全的保护性。膜的特性由他们形成的环境的化学性质决定,也与pH值,电压,时间和温度有关。这些膜的最重要的特点是膜中富铬贫铁和镍,其他如Mg、Cl、Si或S也在膜中。

 

 2. 硫化氢的作用

 硫化氢不会影响裂纹的产生,但会产生氢脆而影响发展,氢会导致双相不锈钢的应力腐蚀。溶液中的硫化氢对裂纹的产生并不是绝对必要的。硫化氢的主要作用是加强裂缝尖端的局部阳极溶解,裂纹的发展主要是被阳极反应所控制,膜破也起到作用并吸收氢进入裸露的金属。

 

 3. pH值

 钝化膜的行为影响了SCC的敏感性。因而影响钝化膜行为的pH值对SCC敏感性的影响也就不言而喻了。实验显示随着pH值的升高,SCC敏感性和失效时间都会减小。在室温和沸腾溶液中,阳极极化过程中,低pH值溶液里的试样被腐蚀产物层所覆盖,但在表面都能发现干净的圆边的深蚀坑。这表明:在低pH值溶液中,任何在应力试样表面的腐蚀都会有较高的贯穿性,同时产生较高的应力集中,这将导致裂纹的产生。而在较高pH值溶液中,这些腐蚀将仅仅发生在表面,而无渗透性,因为裂纹的产生是更加的困难。PH值影响主要源于高的氢扩散和金属溶解率,这将导致高裂纹敏感性。金属的SCC敏感性与下列因素有关:腐蚀坑的形成,裂纹或表面缺陷,新金属在这些缺陷处的活性溶解以及金属的再钝化率。在低pH值得沸腾10MCaC2溶液中,金属的再钝化率和膜的再生成率很低,这导致了应力腐蚀失效。而pH值高时,再钝化率高。

 

 4. 温度

 导致SCC的时间和钝化膜破裂的行为有关。在较低温度时,钝化膜与空气中形成的钝化膜相似。钝化膜比较难破。在较高温度时,钝化膜比在空气中厚,在拉力作用下更容易破。

 

 5. 应力

 测试应力的增加导致SCC表面形态按如下的方式改变:1.没有裂纹而是互相隔开的腐蚀坑→2.在腐蚀坑底部微观裂纹形核→3.伴随腐蚀坑产生,宏观裂纹产生。腐蚀坑的产生加强了蚀坑底部的应力,并导致在蚀坑底部的滑移,这为微观的SCC提供了成核地。实验显示,当应力大于某一临界值时,裂纹将在腐蚀坑底部形核,并首先在铁素体相或铁素体奥氏体向边界处发展。

 

 

 
 

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