奧氏體不銹鋼在NACE溶液中的應(yīng)力腐蝕行為研究

張彩虹（河北省雞澤縣公路管理站,河北　邯鄲　057350）

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奧氏體不銹鋼在NACE溶液中的應(yīng)力腐蝕行為研究

張彩虹
（河北省雞澤縣公路管理站,河北邯鄲057350）

摘 要：本文采用電化學(xué)試驗(yàn)和慢應(yīng)變速率拉伸試驗(yàn)（SSRT）的方法，對(duì)道路橋梁領(lǐng)域常用的316L和304L不銹鋼在酸性氯離子環(huán)境中的應(yīng)力腐蝕現(xiàn)象進(jìn)行試驗(yàn)研究。試驗(yàn)設(shè)置六種不同腐蝕環(huán)境，得到不同環(huán)境下試樣的應(yīng)力-應(yīng)變曲線和Tafel曲線。根據(jù)維鈍電流、擊破電位、應(yīng)力腐蝕敏感性指數(shù)得出了兩種試驗(yàn)材料在NACE溶液中的耐應(yīng)力腐蝕性能規(guī)律。

關(guān)鍵詞：奧氏體不銹鋼；應(yīng)力腐蝕；氯離子；電化學(xué)；慢應(yīng)變速率拉伸

0　引言

奧氏體不銹鋼因其良好的力學(xué)性能和耐腐蝕性能被廣泛應(yīng)用于橋梁結(jié)構(gòu)、建筑等領(lǐng)域，但是，在氯離子濃度較高的環(huán)境中，易發(fā)生點(diǎn)蝕和應(yīng)力腐蝕開(kāi)裂（SCC），如位于鹽堿或近海地區(qū)的橋梁和多數(shù)石油化工設(shè)備易發(fā)生應(yīng)力腐蝕開(kāi)裂而降低使用壽命，甚至發(fā)生災(zāi)難性后果[1,2]。

鈍化膜的結(jié)構(gòu)和性能影響不銹鋼的耐蝕性能。因此，研究不銹鋼的鈍化膜破裂電位Eb和維鈍電流ipass，可以得出不銹鋼鈍化膜的穩(wěn)定性，進(jìn)而研究其應(yīng)力腐蝕行為。

長(zhǎng)期以來(lái)，專家學(xué)者們研究重點(diǎn)集中在氯離子濃度、不銹鋼的拉伸變形、氧化膜以及表面熱處理對(duì)其應(yīng)力腐蝕性能的影響[3]，而溫度和壓力交互作用對(duì)奧氏體不銹鋼應(yīng)力腐蝕性能的影響的研究較少。

本文通過(guò)電化學(xué)實(shí)驗(yàn)和慢應(yīng)變速率拉伸實(shí)驗(yàn)研究了304L和316L 在NACE溶液中的電化學(xué)性能及溫度和壓力對(duì)其應(yīng)力腐蝕性能的影響規(guī)律。

1　試驗(yàn)

試驗(yàn)選用兩種常用的奧氏體不銹鋼304L和316L，未經(jīng)任何熱處理。

電化學(xué)試驗(yàn)采用CS系列電化學(xué)工作站按照NACE TM-0198/ TM-0177標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行，試驗(yàn)溶液為NACE溶液（5% NaCl+0.5% CH3COOH）。試樣是將直徑為10mm的不銹鋼圓片經(jīng)膠封后獲得，工作面需進(jìn)行打磨并拋光處理，有效面積為78.5mm2。試驗(yàn)通過(guò)動(dòng)電位掃描法，設(shè)定恒電位范圍為：-2V—+2V，掃描速率為10mV/s。

SSRT是在慢應(yīng)變拉伸試驗(yàn)機(jī)上進(jìn)行，采用標(biāo)準(zhǔn)為NACE TM-0198/TM-0177，拉伸速率設(shè)定為3.33×10-6s-1，試驗(yàn)溶液為NACE溶液，試驗(yàn)前，對(duì)試樣表面用砂紙逐級(jí)打磨，乙醇脫脂，去離子水洗凈，干燥。根據(jù)文獻(xiàn)報(bào)道的304L和316L所制作的化工設(shè)備最高運(yùn)行參數(shù)，各確定了6組不同溫度和壓力組合的試驗(yàn)環(huán)境，見(jiàn)表1所示。

表1　316L和304L不銹鋼敏感性指數(shù)

2　試驗(yàn)結(jié)果和討論

根據(jù)電化學(xué)試驗(yàn)獲取Tafel曲線如圖1所示，通過(guò)動(dòng)電位極化曲線可以獲得兩個(gè)表征材料腐蝕性能的參數(shù)：擊破電位Eb和維鈍電流ipass。由圖2可以看出，316L和304L在NACE溶液中，維鈍電流幾乎完全一樣，ipass≈9×10-3A/cm2，并且都有明顯的鈍化區(qū)。316L的擊破電位Eb2≈0.52V，304L的擊破點(diǎn)位Eb1≈0.20V，304L的鈍化區(qū)電位區(qū)間比316L小約1/3。由此可見(jiàn)，316L在酸性氯離子環(huán)境中的耐蝕性能好于304L。

圖1　Tafel極化曲線

SSRT試驗(yàn)選取應(yīng)力腐蝕敏感性因子Iscc作為判斷試驗(yàn)環(huán)境下應(yīng)力腐蝕開(kāi)裂敏感性指數(shù)，如下所示。

式中，INTP表示常溫常壓下在N2環(huán)境中的試樣的力學(xué)性能指標(biāo)；Icor表示在腐蝕性環(huán)境中試樣的力學(xué)性能指標(biāo)，具體數(shù)據(jù)見(jiàn)表2。

由表1可以看出，隨著壓力增大，316L的敏感性指數(shù)明顯減小，說(shuō)明增大壓力有利于增強(qiáng)材料的耐應(yīng)力腐蝕性能。對(duì)于304L，壓力的增大對(duì)其敏感性的影響并不明顯。隨著溫度的升高，316L和304L敏感性指數(shù)增大，其耐應(yīng)力腐蝕性能降低。

3　結(jié)論

（1）常溫常壓下，316L不銹鋼在酸性氯離子溶液中的耐蝕性能優(yōu)于304L不銹鋼。

（2）隨著壓力升高，316L在NACE溶液中的耐應(yīng)力腐蝕性能增強(qiáng)；但對(duì)于304L，壓力的升高對(duì)其應(yīng)力腐蝕敏感性影響并不明顯。隨著溫度的升高，316L和304L敏感性指數(shù)增大，其耐應(yīng)力腐蝕性能降低。

參考文獻(xiàn)：

[1]葛海艷,呂平.鋼筋混凝土橋梁腐蝕機(jī)理與防護(hù)[J].工程建設(shè),2006,38(06):13-16．

[2]洪定海．混凝土中鋼筋的腐蝕與保護(hù)[M]．北京:中國(guó)鐵道出版社，1998．

[3]許淳淳，張新生，胡鋼．拉伸變形對(duì)304不銹鋼應(yīng)力腐蝕的影響[J].材料研究學(xué)報(bào),2003,17(03):310-315.

作者簡(jiǎn)介：張彩虹,河北雞澤人,大專，助理工程師，主要從事：道橋結(jié)構(gòu)和不銹鋼的腐蝕研究。

DOI:10.16640/j.cnki.37-1222/t.2016.03.043