NaCl濃溶液中雙相不銹鋼的應力腐蝕開裂行為研究學習教案

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1、會計學1NaCl濃溶液濃溶液(rngy)中雙相不銹鋼的應力中雙相不銹鋼的應力腐蝕開裂行為研究腐蝕開裂行為研究第一頁，共26頁。第1頁/共26頁第二頁，共26頁。3背景背景1研究方研究方法法2試驗內(nèi)試驗內(nèi)容容3結(jié)論結(jié)論4第2頁/共26頁第三頁，共26頁。4時時 間間主主 要要 特特 點點第第一一代代20世紀世紀40年代年代含高鉻和鉬，有很好的耐局部腐蝕能力，含高鉻和鉬，有很好的耐局部腐蝕能力，但但含碳量較高含碳量較高第第二二代代20世紀世紀70年代年代超低碳超低碳，并含鉬、銅或硅等元素，提高拉，并含鉬、銅或硅等元素，提高拉伸性能及耐點蝕和縫隙腐蝕能力伸性能及耐點蝕和縫隙腐蝕能力第第三三代代20世

2、紀世紀80年代年代含碳量更低含碳量更低，含高鉬和高氮，具有良好的，含高鉬和高氮，具有良好的耐孔蝕能力耐孔蝕能力1.含鉬雙相不銹鋼在低應力下有良好的耐氧化物腐蝕性能含鉬雙相不銹鋼在低應力下有良好的耐氧化物腐蝕性能2.含鉬雙相不銹鋼具有良好的耐點蝕性能、有良好的耐腐蝕疲勞和磨含鉬雙相不銹鋼具有良好的耐點蝕性能、有良好的耐腐蝕疲勞和磨損腐蝕性能損腐蝕性能3.焊接性良好，焊后不需熱處理，焊接接頭有良好的耐蝕性焊接性良好，焊后不需熱處理，焊接接頭有良好的耐蝕性4.雙相不銹鋼在雙相不銹鋼在300C左右溫度下使用，有脆性傾向左右溫度下使用，有脆性傾向(qngxing)，含，含鉻量越低，脆性相的危害也越小鉻量

3、越低，脆性相的危害也越小第3頁/共26頁第四頁，共26頁。5第4頁/共26頁第五頁，共26頁。6第5頁/共26頁第六頁，共26頁。7第6頁/共26頁第七頁，共26頁。8n國防建設的許多部門，它通常是在事先沒有明顯征兆、幾乎沒有宏觀塑性變形的情況下突然發(fā)生材料的脆性斷裂，引起(ynq)各種災難事故。據(jù)調(diào)查，應力腐蝕破裂占全部腐蝕破壞事故的45.6%。第7頁/共26頁第八頁，共26頁。9第8頁/共26頁第九頁，共26頁。10第9頁/共26頁第十頁，共26頁。保護防止SCC發(fā)生。11第10頁/共26頁第十一頁，共26頁。12分數(shù)為126%，通N2去氧，ph值為6.0，溫度(wnd)從25C變化到90

4、C，同時還采用AISI 316來進行對比研究。本文作者在試驗(shyn)前作的預測第11頁/共26頁第十二頁，共26頁。13處于產(chǎn)生應力腐蝕開裂的敏感狀態(tài)，優(yōu)點是快速、有效、重復性好。第12頁/共26頁第十三頁，共26頁。142205雙相不銹鋼雙相不銹鋼90C下在下在不同濃度的氯化物溶液中不同濃度的氯化物溶液中（ph=6）的低應變速率）的低應變速率(sl)測試的結(jié)果如左圖測試的結(jié)果如左圖1示。示。在在B、C和和D曲線上，濃度在曲線上，濃度在1到到26wt%之間變化時，應力之間變化時，應力-延伸率曲線幾乎一樣，這表延伸率曲線幾乎一樣，這表明明2205不銹鋼的拉伸行為與不銹鋼的拉伸行為與NaCl濃

5、度無關。濃度無關。Fig.11.溫度(wnd)不變2.Ph值不變僅僅改變NaCl溶液的濃度可以看到在不同的NaCl溶液濃度中三條曲線基本上一致第13頁/共26頁第十四頁，共26頁。15從上圖從上圖2曲線可以看出，盡管極限抗拉強度和延伸率在斷裂處隨著溫度的增加而降低，但是從曲線可以看出，盡管極限抗拉強度和延伸率在斷裂處隨著溫度的增加而降低，但是從25C到到90C，變化并不是很明顯，同時，變化并不是很明顯，同時Post Fractographical的分析表明，在的分析表明，在25C到到90C之間，并沒有充分的證據(jù)說明之間，并沒有充分的證據(jù)說明26wt%的的NaCl溶液（溶液（ph=6）中存在環(huán)境

6、促使開裂的現(xiàn)象，因而我們可以認為溫度對）中存在環(huán)境促使開裂的現(xiàn)象，因而我們可以認為溫度對2205雙相不銹鋼的失效雙相不銹鋼的失效(sh xio)并沒有影響。并沒有影響。Fig.2Ph值不變NaCl溶液(rngy)濃度不變僅僅改變溫度第14頁/共26頁第十五頁，共26頁。16為了為了(wi le)比較，在大氣環(huán)境溫度下和在比較，在大氣環(huán)境溫度下和在90C、26wt%的的NaCl溶液溶液（ph=6）中，對）中，對2205雙相不銹鋼和雙相不銹鋼和316不銹鋼進行低應變速率測試試驗，不銹鋼進行低應變速率測試試驗，結(jié)果如上圖結(jié)果如上圖3所示。在大氣溫度下測試得到的應力所示。在大氣溫度下測試得到的應力延伸

7、率曲線上可以看延伸率曲線上可以看出，出，2205不銹鋼的強度更高，而不銹鋼的強度更高，而316奧氏體不銹鋼則較低。奧氏體不銹鋼則較低。90C時，在時，在質(zhì)量分數(shù)為質(zhì)量分數(shù)為26%的的NaCl溶液（溶液（ph=6.0）中，可以觀察到兩種合金的強度和）中，可以觀察到兩種合金的強度和延展性都減少，但是對于延展性都減少，但是對于2205雙相不銹鋼，它的強度還是比雙相不銹鋼，它的強度還是比316不銹鋼要不銹鋼要高。高。Fig.3A和A為2205B和B為316第15頁/共26頁第十六頁，共26頁。17v圖圖4示出了示出了2205雙相不銹鋼和雙相不銹鋼和316不銹鋼在不銹鋼在90下下ph=6.0的的26wt

8、%的的NaCl溶溶液中的低應變速率測試液中的低應變速率測試(csh)所得的斷裂表面的所得的斷裂表面的SEM微觀組織。如圖微觀組織。如圖4（a），），可以看到可以看到2205雙相不銹鋼出現(xiàn)杯錐狀的頸縮，并且在整個斷裂面都可以看到韌雙相不銹鋼出現(xiàn)杯錐狀的頸縮，并且在整個斷裂面都可以看到韌窩，表明在測試窩，表明在測試(csh)溫度下的氯化物濃溶液中不存在不銹鋼腐蝕開裂。然而，溫度下的氯化物濃溶液中不存在不銹鋼腐蝕開裂。然而，對于對于316奧氏體不銹鋼，如圖（奧氏體不銹鋼，如圖（c）示，可以看到穿晶斷裂，表明發(fā)生了不銹鋼）示，可以看到穿晶斷裂，表明發(fā)生了不銹鋼腐蝕開裂。結(jié)果表明：與奧氏體不銹鋼相比，在

9、氯化物溶液中，雙相不銹鋼更腐蝕開裂。結(jié)果表明：與奧氏體不銹鋼相比，在氯化物溶液中，雙相不銹鋼更能抵抗腐蝕開裂。能抵抗腐蝕開裂。Fig.4 斷裂斷裂(dun li)表面的表面的SEM微觀組織微觀組織第16頁/共26頁第十七頁，共26頁。1890C下，下，ph=6的的26%NaCl溶液中，外加電溶液中，外加電位對位對2205雙相不銹鋼的拉伸行為雙相不銹鋼的拉伸行為(xngwi)如如左圖左圖5示，應力示，應力-延伸率曲線顯著的被分成兩延伸率曲線顯著的被分成兩個部分。在開路電位（個部分。在開路電位（-640mV）和低于）和低于-160mV的外加電位下，極限拉伸強度和延伸的外加電位下，極限拉伸強度和延伸

10、率曲線與在大氣環(huán)境條件下很接近。率曲線與在大氣環(huán)境條件下很接近。然而，當外加電位高于然而，當外加電位高于-160mV時，卻可以看時，卻可以看到環(huán)境輔助開裂，延伸率的顯著降低就是有到環(huán)境輔助開裂，延伸率的顯著降低就是有力的證據(jù)。力的證據(jù)。Fig.5其余條件(tiojin)不變，只改變外加電位開路電位或電位低于-160mv電位高于-160mv曲線第17頁/共26頁第十八頁，共26頁。19v上圖上圖6給出了在低應變給出了在低應變(yngbin)速率測試下開裂試樣的宏觀組織：速率測試下開裂試樣的宏觀組織：v當電位低于當電位低于-160mV時，試樣表面發(fā)生急劇頸縮，但是沒有發(fā)現(xiàn)點蝕。時，試樣表面發(fā)生急劇

11、頸縮，但是沒有發(fā)現(xiàn)點蝕。v當電位遠高于當電位遠高于-160mV時，試樣表面將會發(fā)生嚴重的點蝕。時，試樣表面將會發(fā)生嚴重的點蝕。Fig.6白色(bis)的點蝕部位第18頁/共26頁第十九頁，共26頁。20在溫度為在溫度為90C、電位為、電位為-90mV時，時，2205雙相不銹鋼在雙相不銹鋼在26wt%的的NaCl溶溶液中的開裂圖如左圖液中的開裂圖如左圖7示。在這張微示。在這張微觀組織圖中，可以看到試樣表面標觀組織圖中，可以看到試樣表面標有有A的大點，同時可以看到一些由的大點，同時可以看到一些由這些點所引起的裂紋，它們這些點所引起的裂紋，它們(t men)向里擴展、合并，最終導致斷裂。向里擴展、合

12、并，最終導致斷裂。在在-140mV和和-125mV下可以看到同下可以看到同樣的現(xiàn)象。微觀組織分析表明：點樣的現(xiàn)象。微觀組織分析表明：點蝕對蝕對2205雙相不銹鋼在氯化物濃溶雙相不銹鋼在氯化物濃溶液中的開裂（至少在開始開裂階段）液中的開裂（至少在開始開裂階段）起到了加速的作用。起到了加速的作用。Fig.7CLICK HERE TO PAGE21第19頁/共26頁第二十頁，共26頁。21在溫度為在溫度為90C、電位為、電位為-140mV的的26wt%的中性的中性NaCl溶液中試樣表面的點蝕形態(tài)如上圖溶液中試樣表面的點蝕形態(tài)如上圖8（a）示。在點中可以看到棒狀或是島狀特征，反應了該形貌是由先前溶解了

13、雙相不銹鋼中的一相所引起的）示。在點中可以看到棒狀或是島狀特征，反應了該形貌是由先前溶解了雙相不銹鋼中的一相所引起的.就像就像Symniotis所說的那樣，雙相不銹鋼中每種相的優(yōu)先溶解與電位有關所說的那樣，雙相不銹鋼中每種相的優(yōu)先溶解與電位有關 .在目前的研究當中，當電位遠高于在目前的研究當中，當電位遠高于-160mV時，在近中性的時，在近中性的26wt%NaCl溶液中，溶液中，相的優(yōu)先溶解發(fā)生在點蝕中相的優(yōu)先溶解發(fā)生在點蝕中.發(fā)生點蝕后，可以看到表面有穿晶斷裂，而不是韌窩模式發(fā)生點蝕后，可以看到表面有穿晶斷裂，而不是韌窩模式(msh)斷裂（如上圖斷裂（如上圖b），表明合金中發(fā)生了不銹鋼的腐蝕

14、開裂。換言之，在溫度為），表明合金中發(fā)生了不銹鋼的腐蝕開裂。換言之，在溫度為90C時，點蝕有助于時，點蝕有助于2205雙相不銹鋼在雙相不銹鋼在NaCl濃溶液中發(fā)生不銹鋼的腐蝕開裂。濃溶液中發(fā)生不銹鋼的腐蝕開裂。Fig.8ab第20頁/共26頁第二十一頁，共26頁。22v圖圖9 對斷裂表面的近一步觀察揭示了，開裂方式伴隨對斷裂表面的近一步觀察揭示了，開裂方式伴隨(bn su)著著相的選擇性溶解進一步觀相的選擇性溶解進一步觀察圖察圖7中標有中標有B的位置，可以發(fā)現(xiàn)棒狀或是島狀的形貌（圖的位置，可以發(fā)現(xiàn)棒狀或是島狀的形貌（圖9a），裂紋合并導致了開裂方向的），裂紋合并導致了開裂方向的改變。位置改變。

15、位置C（圖（圖7）的掃描電鏡微觀組織圖如圖）的掃描電鏡微觀組織圖如圖9b示：在斷裂表面，隨著示：在斷裂表面，隨著相的優(yōu)先溶解，相的優(yōu)先溶解，可以看到大量平行的可以看到大量平行的相晶粒。由表面點所引起的開裂的合并同樣可以在圖相晶粒。由表面點所引起的開裂的合并同樣可以在圖7D區(qū)域看到區(qū)域看到:v隨著這些表面開裂產(chǎn)生的穿晶開裂見圖隨著這些表面開裂產(chǎn)生的穿晶開裂見圖9C。Fig.9第21頁/共26頁第二十二頁，共26頁。23v-90mV下下26wt%的的NaCl溶液中發(fā)生開裂的溶液中發(fā)生開裂的2205雙相不銹鋼的截面微觀組織見圖雙相不銹鋼的截面微觀組織見圖10。開裂起始于點，推進方向垂直于加載方向，然

16、后變化一個角度，接著沿著垂直與載荷的方向重新開始，最后就像發(fā)生頸縮一樣，發(fā)生韌性失效。截面的微觀圖通過。開裂起始于點，推進方向垂直于加載方向，然后變化一個角度，接著沿著垂直與載荷的方向重新開始，最后就像發(fā)生頸縮一樣，發(fā)生韌性失效。截面的微觀圖通過5g CuCl2+100mlHCl+100mlC2H5OH溶液刻蝕，結(jié)果如圖溶液刻蝕，結(jié)果如圖10b和和c示。圖示。圖10b的微觀圖表明仍然存在的微觀圖表明仍然存在相，并且從與載荷方向垂直的表面區(qū)域析出相，并且從與載荷方向垂直的表面區(qū)域析出(xch)。在傾斜的開裂表面，如圖。在傾斜的開裂表面，如圖10c示，同樣可以明顯看到有優(yōu)先溶解。類似的現(xiàn)象在示，同

17、樣可以明顯看到有優(yōu)先溶解。類似的現(xiàn)象在-140mV和和-125mV下也可以發(fā)現(xiàn)。這項研究得到的結(jié)果表明：在開裂進行過程中，點蝕能夠促使開裂和選擇性溶解。在更高的電位下，選擇性溶解效應將變得更加顯著，結(jié)果是降低在低應變速率測試中延伸率。下也可以發(fā)現(xiàn)。這項研究得到的結(jié)果表明：在開裂進行過程中，點蝕能夠促使開裂和選擇性溶解。在更高的電位下，選擇性溶解效應將變得更加顯著，結(jié)果是降低在低應變速率測試中延伸率。Fig.10第22頁/共26頁第二十三頁，共26頁。24v圖圖11分析了在加載電位下，雙相不分析了在加載電位下，雙相不銹鋼的極限拉伸強度和均勻延伸率的銹鋼的極限拉伸強度和均勻延伸率的特點：當電位高于

18、特點：當電位高于-160mV時，極限時，極限拉伸強度和均勻延伸率都出現(xiàn)陡降。拉伸強度和均勻延伸率都出現(xiàn)陡降。如上所述，不銹鋼腐蝕開裂發(fā)生在電如上所述，不銹鋼腐蝕開裂發(fā)生在電位為位為-160mV時。這些時。這些(zhxi)結(jié)果表結(jié)果表明存在一個臨界電位（明存在一個臨界電位（-160mV），），低于它時將不會發(fā)生不銹鋼的腐蝕開低于它時將不會發(fā)生不銹鋼的腐蝕開裂。同樣只有當測試電位高于裂。同樣只有當測試電位高于-160mV時，才能觀察到試樣上的點蝕。時，才能觀察到試樣上的點蝕。Fig.11第23頁/共26頁第二十四頁，共26頁。25n點蝕可以引起開裂，而相的選擇性溶解可以促使開裂的進展。第24頁/共26頁第二十五頁，共26頁。第25頁/共26頁第二十六頁，共26頁。