NaCl浓溶液中双相不锈钢的应力腐蚀开裂行为研究学习教案

1、会计学1NaCl浓溶液浓溶液(rngy)中双相不锈钢的应力中双相不锈钢的应力腐蚀开裂行为研究腐蚀开裂行为研究第一页，共26页。第1页/共26页第二页，共26页。3背景背景1研究方研究方法法2试验内试验内容容3结论结论4第2页/共26页第三页，共26页。4时时 间间主主 要要 特特 点点第第一一代代20世纪世纪40年代年代含高铬和钼，有很好的耐局部腐蚀能力，含高铬和钼，有很好的耐局部腐蚀能力，但但含碳量较高含碳量较高第第二二代代20世纪世纪70年代年代超低碳超低碳，并含钼、铜或硅等元素，提高拉，并含钼、铜或硅等元素，提高拉伸性能及耐点蚀和缝隙腐蚀能力伸性能及耐点蚀和缝隙腐蚀能力第第三三代代20世

2、纪世纪80年代年代含碳量更低含碳量更低，含高钼和高氮，具有良好的，含高钼和高氮，具有良好的耐孔蚀能力耐孔蚀能力1.含钼双相不锈钢在低应力下有良好的耐氧化物腐蚀性能含钼双相不锈钢在低应力下有良好的耐氧化物腐蚀性能2.含钼双相不锈钢具有良好的耐点蚀性能、有良好的耐腐蚀疲劳和磨含钼双相不锈钢具有良好的耐点蚀性能、有良好的耐腐蚀疲劳和磨损腐蚀性能损腐蚀性能3.焊接性良好，焊后不需热处理，焊接接头有良好的耐蚀性焊接性良好，焊后不需热处理，焊接接头有良好的耐蚀性4.双相不锈钢在双相不锈钢在300C左右温度下使用，有脆性倾向左右温度下使用，有脆性倾向(qngxing)，含，含铬量越低，脆性相的危害也越小铬量

3、越低，脆性相的危害也越小第3页/共26页第四页，共26页。5第4页/共26页第五页，共26页。6第5页/共26页第六页，共26页。7第6页/共26页第七页，共26页。8n国防建设的许多部门，它通常是在事先没有明显征兆、几乎没有宏观塑性变形的情况下突然发生材料的脆性断裂，引起(ynq)各种灾难事故。据调查，应力腐蚀破裂占全部腐蚀破坏事故的45.6%。第7页/共26页第八页，共26页。9第8页/共26页第九页，共26页。10第9页/共26页第十页，共26页。保护防止SCC发生。11第10页/共26页第十一页，共26页。12分数为126%，通N2去氧，ph值为6.0，温度(wnd)从25C变化到90

4、C，同时还采用AISI 316来进行对比研究。本文作者在试验(shyn)前作的预测第11页/共26页第十二页，共26页。13处于产生应力腐蚀开裂的敏感状态，优点是快速、有效、重复性好。第12页/共26页第十三页，共26页。142205双相不锈钢双相不锈钢90C下在下在不同浓度的氯化物溶液中不同浓度的氯化物溶液中（ph=6）的低应变速率）的低应变速率(sl)测试的结果如左图测试的结果如左图1示。示。在在B、C和和D曲线上，浓度在曲线上，浓度在1到到26wt%之间变化时，应力之间变化时，应力-延伸率曲线几乎一样，这表延伸率曲线几乎一样，这表明明2205不锈钢的拉伸行为与不锈钢的拉伸行为与NaCl浓

5、度无关。浓度无关。Fig.11.温度(wnd)不变2.Ph值不变仅仅改变NaCl溶液的浓度可以看到在不同的NaCl溶液浓度中三条曲线基本上一致第13页/共26页第十四页，共26页。15从上图从上图2曲线可以看出，尽管极限抗拉强度和延伸率在断裂处随着温度的增加而降低，但是从曲线可以看出，尽管极限抗拉强度和延伸率在断裂处随着温度的增加而降低，但是从25C到到90C，变化并不是很明显，同时，变化并不是很明显，同时Post Fractographical的分析表明，在的分析表明，在25C到到90C之间，并没有充分的证据说明之间，并没有充分的证据说明26wt%的的NaCl溶液（溶液（ph=6）中存在环境

6、促使开裂的现象，因而我们可以认为温度对）中存在环境促使开裂的现象，因而我们可以认为温度对2205双相不锈钢的失效双相不锈钢的失效(sh xio)并没有影响。并没有影响。Fig.2Ph值不变NaCl溶液(rngy)浓度不变仅仅改变温度第14页/共26页第十五页，共26页。16为了为了(wi le)比较，在大气环境温度下和在比较，在大气环境温度下和在90C、26wt%的的NaCl溶液溶液（ph=6）中，对）中，对2205双相不锈钢和双相不锈钢和316不锈钢进行低应变速率测试试验，不锈钢进行低应变速率测试试验，结果如上图结果如上图3所示。在大气温度下测试得到的应力所示。在大气温度下测试得到的应力延伸

7、率曲线上可以看延伸率曲线上可以看出，出，2205不锈钢的强度更高，而不锈钢的强度更高，而316奥氏体不锈钢则较低。奥氏体不锈钢则较低。90C时，在时，在质量分数为质量分数为26%的的NaCl溶液（溶液（ph=6.0）中，可以观察到两种合金的强度和）中，可以观察到两种合金的强度和延展性都减少，但是对于延展性都减少，但是对于2205双相不锈钢，它的强度还是比双相不锈钢，它的强度还是比316不锈钢要不锈钢要高。高。Fig.3A和A为2205B和B为316第15页/共26页第十六页，共26页。17v图图4示出了示出了2205双相不锈钢和双相不锈钢和316不锈钢在不锈钢在90下下ph=6.0的的26wt

8、%的的NaCl溶溶液中的低应变速率测试液中的低应变速率测试(csh)所得的断裂表面的所得的断裂表面的SEM微观组织。如图微观组织。如图4（a），），可以看到可以看到2205双相不锈钢出现杯锥状的颈缩，并且在整个断裂面都可以看到韧双相不锈钢出现杯锥状的颈缩，并且在整个断裂面都可以看到韧窝，表明在测试窝，表明在测试(csh)温度下的氯化物浓溶液中不存在不锈钢腐蚀开裂。然而，温度下的氯化物浓溶液中不存在不锈钢腐蚀开裂。然而，对于对于316奥氏体不锈钢，如图（奥氏体不锈钢，如图（c）示，可以看到穿晶断裂，表明发生了不锈钢）示，可以看到穿晶断裂，表明发生了不锈钢腐蚀开裂。结果表明：与奥氏体不锈钢相比，在

9、氯化物溶液中，双相不锈钢更腐蚀开裂。结果表明：与奥氏体不锈钢相比，在氯化物溶液中，双相不锈钢更能抵抗腐蚀开裂。能抵抗腐蚀开裂。Fig.4 断裂断裂(dun li)表面的表面的SEM微观组织微观组织第16页/共26页第十七页，共26页。1890C下，下，ph=6的的26%NaCl溶液中，外加电溶液中，外加电位对位对2205双相不锈钢的拉伸行为双相不锈钢的拉伸行为(xngwi)如如左图左图5示，应力示，应力-延伸率曲线显著的被分成两延伸率曲线显著的被分成两个部分。在开路电位（个部分。在开路电位（-640mV）和低于）和低于-160mV的外加电位下，极限拉伸强度和延伸的外加电位下，极限拉伸强度和延伸

10、率曲线与在大气环境条件下很接近。率曲线与在大气环境条件下很接近。然而，当外加电位高于然而，当外加电位高于-160mV时，却可以看时，却可以看到环境辅助开裂，延伸率的显著降低就是有到环境辅助开裂，延伸率的显著降低就是有力的证据。力的证据。Fig.5其余条件(tiojin)不变，只改变外加电位开路电位或电位低于-160mv电位高于-160mv曲线第17页/共26页第十八页，共26页。19v上图上图6给出了在低应变给出了在低应变(yngbin)速率测试下开裂试样的宏观组织：速率测试下开裂试样的宏观组织：v当电位低于当电位低于-160mV时，试样表面发生急剧颈缩，但是没有发现点蚀。时，试样表面发生急剧

11、颈缩，但是没有发现点蚀。v当电位远高于当电位远高于-160mV时，试样表面将会发生严重的点蚀。时，试样表面将会发生严重的点蚀。Fig.6白色(bis)的点蚀部位第18页/共26页第十九页，共26页。20在温度为在温度为90C、电位为、电位为-90mV时，时，2205双相不锈钢在双相不锈钢在26wt%的的NaCl溶溶液中的开裂图如左图液中的开裂图如左图7示。在这张微示。在这张微观组织图中，可以看到试样表面标观组织图中，可以看到试样表面标有有A的大点，同时可以看到一些由的大点，同时可以看到一些由这些点所引起的裂纹，它们这些点所引起的裂纹，它们(t men)向里扩展、合并，最终导致断裂。向里扩展、合

12、并，最终导致断裂。在在-140mV和和-125mV下可以看到同下可以看到同样的现象。微观组织分析表明：点样的现象。微观组织分析表明：点蚀对蚀对2205双相不锈钢在氯化物浓溶双相不锈钢在氯化物浓溶液中的开裂（至少在开始开裂阶段）液中的开裂（至少在开始开裂阶段）起到了加速的作用。起到了加速的作用。Fig.7CLICK HERE TO PAGE21第19页/共26页第二十页，共26页。21在温度为在温度为90C、电位为、电位为-140mV的的26wt%的中性的中性NaCl溶液中试样表面的点蚀形态如上图溶液中试样表面的点蚀形态如上图8（a）示。在点中可以看到棒状或是岛状特征，反应了该形貌是由先前溶解了

13、双相不锈钢中的一相所引起的）示。在点中可以看到棒状或是岛状特征，反应了该形貌是由先前溶解了双相不锈钢中的一相所引起的.就像就像Symniotis所说的那样，双相不锈钢中每种相的优先溶解与电位有关所说的那样，双相不锈钢中每种相的优先溶解与电位有关 .在目前的研究当中，当电位远高于在目前的研究当中，当电位远高于-160mV时，在近中性的时，在近中性的26wt%NaCl溶液中，溶液中，相的优先溶解发生在点蚀中相的优先溶解发生在点蚀中.发生点蚀后，可以看到表面有穿晶断裂，而不是韧窝模式发生点蚀后，可以看到表面有穿晶断裂，而不是韧窝模式(msh)断裂（如上图断裂（如上图b），表明合金中发生了不锈钢的腐蚀

14、开裂。换言之，在温度为），表明合金中发生了不锈钢的腐蚀开裂。换言之，在温度为90C时，点蚀有助于时，点蚀有助于2205双相不锈钢在双相不锈钢在NaCl浓溶液中发生不锈钢的腐蚀开裂。浓溶液中发生不锈钢的腐蚀开裂。Fig.8ab第20页/共26页第二十一页，共26页。22v图图9 对断裂表面的近一步观察揭示了，开裂方式伴随对断裂表面的近一步观察揭示了，开裂方式伴随(bn su)着着相的选择性溶解进一步观相的选择性溶解进一步观察图察图7中标有中标有B的位置，可以发现棒状或是岛状的形貌（图的位置，可以发现棒状或是岛状的形貌（图9a），裂纹合并导致了开裂方向的），裂纹合并导致了开裂方向的改变。位置改变。

15、位置C（图（图7）的扫描电镜微观组织图如图）的扫描电镜微观组织图如图9b示：在断裂表面，随着示：在断裂表面，随着相的优先溶解，相的优先溶解，可以看到大量平行的可以看到大量平行的相晶粒。由表面点所引起的开裂的合并同样可以在图相晶粒。由表面点所引起的开裂的合并同样可以在图7D区域看到区域看到:v随着这些表面开裂产生的穿晶开裂见图随着这些表面开裂产生的穿晶开裂见图9C。Fig.9第21页/共26页第二十二页，共26页。23v-90mV下下26wt%的的NaCl溶液中发生开裂的溶液中发生开裂的2205双相不锈钢的截面微观组织见图双相不锈钢的截面微观组织见图10。开裂起始于点，推进方向垂直于加载方向，然

16、后变化一个角度，接着沿着垂直与载荷的方向重新开始，最后就像发生颈缩一样，发生韧性失效。截面的微观图通过。开裂起始于点，推进方向垂直于加载方向，然后变化一个角度，接着沿着垂直与载荷的方向重新开始，最后就像发生颈缩一样，发生韧性失效。截面的微观图通过5g CuCl2+100mlHCl+100mlC2H5OH溶液刻蚀，结果如图溶液刻蚀，结果如图10b和和c示。图示。图10b的微观图表明仍然存在的微观图表明仍然存在相，并且从与载荷方向垂直的表面区域析出相，并且从与载荷方向垂直的表面区域析出(xch)。在倾斜的开裂表面，如图。在倾斜的开裂表面，如图10c示，同样可以明显看到有优先溶解。类似的现象在示，同

17、样可以明显看到有优先溶解。类似的现象在-140mV和和-125mV下也可以发现。这项研究得到的结果表明：在开裂进行过程中，点蚀能够促使开裂和选择性溶解。在更高的电位下，选择性溶解效应将变得更加显著，结果是降低在低应变速率测试中延伸率。下也可以发现。这项研究得到的结果表明：在开裂进行过程中，点蚀能够促使开裂和选择性溶解。在更高的电位下，选择性溶解效应将变得更加显著，结果是降低在低应变速率测试中延伸率。Fig.10第22页/共26页第二十三页，共26页。24v图图11分析了在加载电位下，双相不分析了在加载电位下，双相不锈钢的极限拉伸强度和均匀延伸率的锈钢的极限拉伸强度和均匀延伸率的特点：当电位高于特点：当电位高于-160mV时，极限时，极限拉伸强度和均匀延伸率都出现陡降。拉伸强度和均匀延伸率都出现陡降。如上所述，不锈钢腐