304不锈钢氯离子腐蚀临界浓度

1、12S4200S年第27卷節8V)304不锈钢应力腐蚀的临界氯离子浓度吕国诚.卉淳淳.程海东（北京化工大学材料科学与匸程学院,北京100029）KJ要：通过慢拉忡实檢得出了33不镌钢应力寓俅欲感也芍涪淹中C1沫度的关系.用扫描电说对拉体试样的断口形號进行了分析.外出了304不俗钢发生应力胸蚀约临界氣.禹于浓度。来用自行设计的筑JL对304K锈朋仅挥從却牡应力.通过2应变条牛下的电化学原佼測试研究了304不紡钢他化膜破聚电仗与瓠禽子来7t的*ff出导致化化膜疏裂屯位突変巧C1浓踐与发生念力腐妙袋裂付临界O浓度是基衣一致的纹论，关键词304不镣钢：悅化膜；应力&也；临界氯枣于浹度中图分笑号

2、：TG172.6文献标识码：A文SE编号：1C0）6613QOOSJ08-12&4-C4Criticalchlorideconcentrationofstresscorrosioncrackingfor304stainlesssteelIXJGuochengXUChunchunCHENGHaidong*Collegeo£Ma:eaiaESziencexxdEupaeeiiuc.BeijinzUiiive:ityofChemicalTechnology.Beijin:100029-Clima>Absuacc：Thestresscorrosioncracking(SCC)s

3、uscepubilicyof【ype304stainlesssteelinNaClsolutionwasstudiedbyslowstrainratetest(SSRT).ThefractxiremorphologyofSCCwasobservedandanalyzedbyusingscanningelectronmicroscopeSEM>.Anewmstiumentwasdesignedtoapplystresstothespecimenoftype304stainlesssteelTheeffectofchlorideconcentrationondiepassivefilmcra

4、ckpotentielwasalsostudiedinsitubyusingtheelectrochemicaltechnologyunderconstantstrain.ThecriticalchlorideconcentraticnsofSCCandpassivefilmcrackpotentialfor:ype304stainlesssteelwereobtainedandtheywerebasicallythesame.Keywords：304stainlesssteels：passivefilm：SCC：criticalchlorideconcentration304不情钳具右

5、69;好的耐蚀性能而获科r广泛的应用。但在氯离子的作用下.304不锈钢会发生皿力贾蚀破裂导致设冬电訝.滴.漏.往往会带来灾难性的后果。而11.设备中冷却水竽介质中的氯离/会逐新浓缩.加大了设缶的腐蚀卩】。大虽的科研工作捣示了应力展蚀的发生.发展规彳卜4一铁不锈钢的戒力腐皿与c厂浓必m.pH值以及溶液中其它离了仃关半C1一浓度达到临界值时304不髓销才会发生应力爛蚀破裂，但对于临界值没得出致结论旷叫也不能提出完全避免或消除应力腐蝕的边界条件。在定条件卜不锈俐钝化顶破裂所形成的蚀孔往往成为N力腐徃源.故饨化炭的结沟和性能影响不锈钢的耐谀性俗叫而不锈钢饨化災的耐辿性能在很大程度决定佥無在介质中的膜破

6、裂电位【叭冈此.研究304不侏钢的钝化膜破裂电位“可以反应出不锈钢钝化膜的稳定性.进而研究304不锈制的应力腐蚀行为本文采用慢拉伸实验和相应的断口分析得出了304不锈钢发生应力廳fell的临界C广浓虧用恒变形卜的原位电化V测试研究了304不锈钢钝化藤破裂电位与C1一浓哎的关系。井进步分析了304不锈钢在含C厂介质中的应力腐蚀机理。2实验方法实验材料为304不饬钢薄板，成分为（质址分数人Cr17.080%,Ni8.010%Mn1.380%.吹濮日期：2007-12-14：幔改I*日期：200S-02-1?.笑一作有留介：BIN诚<1981刿WLWf冗先Ecrnilawcheczbuj-.B

7、MiO：304不锈钢应力險辿的临界如肉f浓反1285Si0.490%,C0.050%,S0.001%,P0.020%.其余为Feo本研究中所有试样均经高温固溶处理<1050-C.保温30min.水冷)。试样表面均采用水砂纸逐圾磨光，用丙酮脱脂.去离子水冲洗,干燥备用。用去离子水、分析纯NaCl配制不同浓度的NaCl溶液，并用NaOH或HC1溶液调节pH值为7±0.1.试強温度为6010.1-C,2.1慢应变速率法慢拉伸实脸采用哑铃型试样,标距部分尺寸为(20mm/3mmX2mm)。慢拉伸实验在letrylOkN应力鹏蚀试验机匕进行拉伸应变速率2X10%32.2慢拉伸试样的断口分

8、折试样斯裂后,立即取出.保护好断口。先用公离子水冲洗表面附若的腐ife产物,然后用氮吹干。在超声波清洗仪中使用丙倒清洗断口氯'(吹干后采用Cambridge-S250型扌I描电镜观察断11形荻。2.3恒应变下的原位电化学测试为J'硏究拉血力作用下C1-浓度对304不锈钢表面钝化炭的形响,设计了恒应变下的原位电化学测试装置.见图1。通过预试验可知.当应变大于30%后应变的増加对钝化腔破裂电位的影响较小.故本研究采用30%的应变电化学实验试样为哑後型.标距部分尺寸为(20mm：<2mmX2mm)。采川图1所示自行设i|的装置施加拉应力至试样发生30%变形(不卸裁人在试样的中间

9、部分裸霍1cm:.K余部分用硅橡胶黏合剂密封。电化学测试用三电极体系,试样为研究电极钳电极为辅助电极,饱和甘汞电极为参比电极。动电位扫描速度为20mV/mino7电化?I8TI椽脱：9一殆f»3结果与讨论3.1C1浓度的变化对30不锈钢应力腐蚀敏感性的影响i<1为试样在會不同ci-浓度的溶液中进行慢应变拉伸试验所得式验数据。延伸率是指试样拉断后试樺标距间伸长量与原始标距的比.在空气中和溶液中拉伸的延伸率分别为缶和恥实验测得304不锈钢的岔为71.44%.采用塑性损失厶作为材料应力肉蚀敬感件的衣征参数卩叫WIQ(1_珈X100%试样在不同浓度cr«?液中拉伸的厶值见表K

10、表1氯韶子浓度对应力感性的影响环f侬血庇V1"%13%6069£512269063£0!0.矽1206170B6；30060.6015.1760060.0315.9790059.43!6$】图2为心对C1-浓度的关系。山图可见.当CT浓度小于90mgL时.随若C1一浓度馆増加.应力腐蚀敏感性明显増大：当CL浓度大于90mgL时.应力腐性敏感性较大但变化缓慢。恤线在g点处转折.故该点是应力岛蚀敬感性随C1一浓度变化的突变点.即应力腐蚀交生的临界CT浓度。图3为304不锈钢在C厂浓度为60mg/L、90mgL、300mgL900mgL溶液中IS拉伸后断口的SEM形貌。

11、由图3可见,当CT浓度为60mgL时.断LI表而存在大規阎跖为典型的側斯形我.见图3(c)：当CT浓度为90mg/L时.断口表而开始出现细小的二次裂纹但数凰很少，见图3S当C厂浓度为300mg/L时.断口表面二次裂纹的尺寸和数址都比图3(b)明显增大见图3<c)：当CT浓度为900mg/L时.断I表面二次裂纹的数虽比图3<c>增多.但裂纹尺寸变化不明站见图3(d).12S6-化工进展20CS年第27卷'.aeOmgLb*WnxL'c>3Wzn§L一0.4-0.20.0O.S电位&x/V图4不问a浓度溶液中的闭极极化曲线

12、30O20C1WOV-宝忘旨亘孑<d>期咤LW3不同Cl浓度中拉伸试样的WBI形貌'SEM>o050010：015C0200025W3000魁岛f侬戍加逞L_,图5盹化朕破裂电位瓦豹C1浓换的变化6C05C04C03CO2C01C0从图2、图3可知.90mg.-L绘应力腐蚀敏感性随CFW变化的突变点，即90m&-L是该试验条件F发生应力腐蚀的临界CT浓度严C厂浓度大F等丁此值时.断I农面才会出现:次裂纹应力腐蚀才会发生;XC浓度小J-90mg/L时断而没“出现:次裂纹应力腐蚀敏感性较小。32CT浓度对拉应力下304不锈钢钝化膜破裂电位的影响图4杲应变为30%的

13、试样在不同浓度C1溶液中的阳极极化曲线。腐蚀电流密度在钝化区内很小.约为2pA/cn?（实验数据中斜知,饨化膜农现出很好保护性：肖电位超过钝化膜的破裂电位时.腐蚀电流密度迅速增加.304不锈钢遭到严页腐如因此.钝化胆的破裂电竝泉个很重耍的参数.可用來评价饨化膜在溶液中的稳定性。破裂电位越1匕饨化膜越稳定：破裂电位越负.饨化膜的隐定性越差。腐讪电流密度为10屮Ven?时对应的电位为钝化膜破裂电位即叫即樹4屮各条|!1|线转折处的电位。山閤4可如.随若溶液中C浓度的增加,304不锈钢饨化区的宽度变窄钝化膜的破裂电位变负。说明C厂浓度对拉应力状态卜304不绣钢的腐蚀产生了显苦的影响。：；SrHWO：

14、304不诱钢仪力加辿的临界從离f浓换1287图5为304不锈钢在不同浓度C厂溶液中的钝化腔破嘤电位对C1一浓度的关系在ci浓度较低时Hi化棋破裂电位£b履C1浓度的睹加出咗向釦11里线性关系：当cr浓度校大吋,钝化脈破裂电位厶随cr浓度的增加缓慢负移.也呈线性关系,两宜线交r点F(98mg/L266mV)。即当Cl浓度大于100mg/L时.钝化瞒破裂电位独位IL变化不九说明饨化膜已经遭到破坏.增加C厂的浓度.形响已经较小VCT浓度小于100nigL时.随若C厂瑕度的减小.破裂电位迅述匸移即饨亿股的保护性迅速增大。故可认为氐受30%拉应变的304不锈钢在小于100mgl的CF溶液中,具

15、有较好的耐应力溜蚀性能。这与导致304不饬钢发生屁力腐蚀破裂的临界CT浓度是吻令的。关于阳械溶解起控制作用的应力屈蚀破裂机理匕进衬广泛的研九但存任争汉。许多人提出r腐蚀过稈促进局部勉性变形从而尿致材料的应力腐蚀破裂旷叭木文得出的导孜钝比膜破裂电位突变的C1一浓度与发生用力腐谀破發旳临界CT浓度的致性说明饨化腆的破怨在304，锈钢的股力腐纯中起到了很垂要的作用。膜破裂后，局部的阳极溶解会形成点蚀等薄弱结构(叫应力腐蚀在薄弱区形核、扩展。4结论(1) 304不锈钢在60C中性溶祓中发生应力腐蚀的临界Cl浓度约勿90mg.To(2) 采用恒应变原位电化学测试法能较快地测出导致肢喊裂电位的突变C1浓阪

16、山此对以初步判斯304不锈钢发生应力埸I*破钗的可能性.参考文诚1 OsamiMAhousif.RokuroNi-hinura.Tie$we«conoaoncrackingUbavxjrofstamhssstedsmboucz口a护shmchbri6eiolurUnfJCorrozhn乂07.40.»04i).30Sl2 Kax=ux:Yxamoco.KeizoHosoya.ConHn't)->fBr_andCTo匸dp朗$iainle>s$ieel；J殂“a加吕刖uw"垮.W5.198：239-245.卩简晚家姉买IKG义.尊.議市二锻污电厂

17、瞬冷却水州倆读研究卩化r.ilW.紳.23(3)：32306.4Nfasayuki口map.Tskunirfena.Iniusnceo:l(x£stresso匸mioatioQbshaucrofsresscarosioacracki笔for$en5ct»d珈皿ble,金叫以Sc細"2(07.4<>(8)：3303-3314.POsnnaMAlyouuf.RokjroNisiHEuraIbeefik:ofs-tteneenitureonSCCtetonoiofaueainc$:amle>s>:eebmCcili卑urjratecman

18、7;siumchlorife-olwioafJCorrosanSd.2006.43(12)：42S3-4293(6McoikaGtoz-Dma.Digb-D>hcd:caldSxes-cocoiioccackngofsecsinzedrype304staote-s-*eelitthioadphate5olutx>a(II)DysaiksoffiKturwIlC卯6伽Same2006.4S(7)：16CS-1622RohiroNi：hiiniirCharrrenzmx>nzviofcottoscotcra±mgofaustedtksumlessMeek(npe304a

19、ndxpe316macicoltmontKingcau:an:x»dnuwodJCwroucmM0?.49(1)：81-91.0RjoiuioNbhiuxiHYisuiluMj*.S(»$icanoiionalkiesofr)pe3%austemtk-aiiLesssteelii>ulphuncaddsohtociK/jdnig50±umdiondeaiddwoccaoeJ)Ccrm:wn2004.46(2)：343-30.PRokuroNshmniTheefectofchlorideioasoa53«5>coiroscoccra±

20、mgofnpe304rdne316n-:enncstainlessMeekk>uliricaod2oh;:)cm(JCcnoa:St戚!99334(11)：185?-1SS10 CeHve:”.CakrAF.UrsenM.Nwaccela-a:ed»=formKhn?thesu-cejdbilin-ofstzmlesssteeLs:ocKcndesresscottomxmrkinzinto巩rcu竝JCorn仙2淞e.296菊(ll)：2M204S.11 Nfxriixs1Ma3:BBcttaomoGc:xlAr-implsawhoQcoAISI><Mtam>5>-eelaga2i>:piti±tiatxp?ocesse>JiSzftc&Car帀導T心002CO5201：1671-1673.12 AlcmoCCasieLoceM.AadndeC.Chlocioe±resh>kidependeiceo:pitUDEpotentofrexoxemai:=JE；心cc说c.衣ra2002.4