• 12S4 •200S年第27卷節8 V)\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：TG 172.6 文献标识码：A 文SE编号：1C0）・6613 QOOSJ 08 - 12&4 - C4Critical chloride concentration of stress corrosion cracking for 304stainless steelIXJ Guocheng・ XU Chunchun • CHENG Haidong* College o£Ma:eaiaE Szience xxd Eupaeeiiuc. Beijinz Uiiive::ity of Chemical Technology. Beijin:: 100029 - Clima>Absu acc： The stress corrosion cracking (SCC) suscepubilicy of【ype 304 stainless steel in NaCl solution was studied by slow strain rate test (SSRT) . The fractxire morphology of SCC was observed and analyzed by using scanning electron microscope SEM >. A new mstiument was designed to apply stress to the specimen of type 304 stainless steel The effect of chloride concentration on die passive film crack potentiel was also studied in situ by using the electrochemical technology under constant strain. The critical chloride concentraticns of SCC and passive film crack potential for :ype 304 stainless steel were obtained ・ and they were basically the same.Key words： 304 stainless steels： passive film： SCC： critical chloride concentration304不情钳具右©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⑺•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 Cr 17.080%, Ni 8.010% ■ Mn 1.380%.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・W LWf冗先・E crnil awcheczbu j-aboo .BMiO： 304不锈钢应力險辿的临界如肉f浓反• 1285 •Si 0.490%, C 0.050%, S0.001 %, P 0.020%.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(20 mm/3 mmX2 mm)慢拉伸实验在 letrylO kN 应力鹏蚀试验机匕进行•拉伸应变速率2X10%3 2.2慢拉伸试样的断口分折试样斯裂后,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(20 mm：<2 mmX2 mm)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 在试样的中间部分裸霍1 cm:. 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•? I 8TI 椽脱：9一殆f»3结果与讨论3.1 C1—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90 mg’L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90 mgL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60 mg/L、90 mgL、300 mgL 900mgL溶液中IS拉伸后断口 的SEM形貌由图3可见,当CT浓度为60 mg L 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90 mg/L时.断口表而开始 出现细小的二次裂纹•但数凰很少，见图3 S 当 C厂浓度为300 mg/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 增多.但裂纹尺寸变化不明站 见图3 (d).'.a •‘ eOmgLb* WnxL'c> 3Wzn§L一 0.4 - 0.2 0.0 0.2 0.4 0.6 O.S电位&x/V图4不问a浓度溶液中的闭极极化曲线30O20C1WO V-・宝』忘旨亘孑期咤LW 3不同Cl浓度中拉伸试样的WB I形貌'SEM>o0 500 10：0 15C0 2000 25W 3000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.90 mg.-L绘应力腐蚀敏感性 随CFW变化的突变点，即90 m&-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;X C「浓度小J- 90 mg/L时•断而没 “出现:次裂纹•应力腐蚀敏感性较小。
3・2 CT•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 (98 mg/L・266 mV)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100 nigL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60 C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] Osami M Ahousif. RokuroNi-hinura. Tie $we« conoaon crackingUbavxjr of stamhss steds m boucz 口a护shm chbri6eiolurUn^fJ] Corrozhn 乂07. 40. »04i).30Sl[2] Kax=ux: Y^xamoco. Keizo Hosoya. ConHn't)- >f Br_ and CT o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.議市二锻污电厂瞬冷 却水州倆读研究卩化r.ilW.紳.23 (3)： 32306.[4] Nfasayuki 口map. Tskuni rfe^na. Iniusnce o: l(x£ stress o匸mioatioQ bshaucr of sress carosioa cracki笔 for $en5ct»d 珈 皿ble,,金叫以 Sc細"・ 2(07. 4<>(8)： 3303-3314.P] Osnna M Alyouuf. Rokjro NisiHEura Ibe efik: of s-t teneeniture on SCC tetonoi of au^eainc $:amle>s >:eeb m Ccili卑 urjratec man»sium chlorife -olwioafJ] Corrosan Sd^^. 2006. 43(12)： 42S3-4293(6] Mcoika Gto^z-Dma. Digb}- D >hcd:cald Sxes- cocoiioc cackng of secsinzed rype 304 staote-s -*eel it thioadphate 5olutx>a (II) Dysaiks of fiKturwIl C卯6伽 Same ・ 2006. 4S(7)： 16CS-1622□ Rohiro Ni：hiiniir^ Char^rrenzmx>n ^zvi of cottoscotcra±mg of austedtk sumless Meek (npe 304 and xpe 316^ m acic ^oltmon^ tKing cau:an: x»d nuwod[J] Cwroucm M0?.49(1)： 81-91.0] Rjoiuio NbhiuxiH ・ Yisuilu Mj*. S(»$i canoiion alkies of r)pe 3% austemtk -aiiLess steel ii >ulphunc add sohtoc iK/jdnig 50±um dionde aid dwoccaoeJ) Ccrm:wn 2004. 46(2)：343-3^0.[P] Rokuro Nshmni The efect of chloride ioas oa 53«5> coiroscoc cra±mg of npe 304 rd n^e 316 n-:ennc stainless Meek k >uliric aod 2oh;:)cm(J] Ccnoa:^ St戚@・!993・ 34(11)： 185?-1S^S[10] CeHve:”. CakrAF. UrsenM.Nw accela-a:ed•»=• formKh^n?the su-cejdbilin- of stzmless steeLs :o cKcnde sress cottomx mrkinz into 巩r cu竝J] Corn仙 2■淞e. 296•菊(ll)： 2M・204S.[11] Nfxriixs 1 Ma3:: B Bcttaomo G c: xl Ar-implsawhoQ co AISI >5> -eel aga2i>: pit i±tiatx p?ocesse>[Ji Szftc@ & Car帀導 T心00 2CO5・ 201： 1671-1673.[12] Alcmo C ・ CasieLoce M. Aadnde C. Chlocioe ±resh>ki dependeice o: pitUDE potent of rexoxemai:=[J] E；心cc说c .衣ra ・ 2002. 47： J469-34SI.[B] i怡儿竽止和・H叨及・$•不的钢金同学丹・ 20C1. 37 ⑼：985490[14] EamcaT・ ShibaaT・ Ioyo:a L In:w:ion p^pazatioo of >:re^ coro^ioo 二rack? for tyje 304 iwites steel :a cK^ride rZiuoh coixaiting thiosufe:e[J] Common 攵⑷“・！997・ 39(1111)： 1935-1947.[15] Qi» L J. Hydrog«i-mdj：ed cracking aid -ties： coirozon aa:eel uaoer mode ill 血dug” common- 1W7. 4%8)： 479-587.[15] Si W Y. Wanz H L Mechaci-m of HIC ad SCC m autedtc 1934・ 4C： 487495.[V] Ma-nrn T. Ch:空関td・ Ohra R. Me6an:=m of britfe tactile in 2 ducxCs 315 alloy dusins HQ二 conoa&a[J). ga \fm：L 130・ 3&7)： 1313.[IS] l^irmn M J. ficK J1 D.^daxe tor io:ain& a.iccie tMxrure u bmle tr心缪皿匸 SCC of ductile FCC alloyj] Acta 站era”. Mswr.・ 1995. 36(2)： 213.[19] Tshio Shbaia. breakd)^ aid -ties- coupon cracking of •uxle5> seel[J]. Corrosbn . 2：07・ 49： 20-30.。