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2205双相不锈钢在浓氯化钠溶液中的应力腐蚀开裂行为(英文文
献翻译)
2205双相不锈钢在浓氯化钠溶液中的应力腐蚀开裂行为
材料科学与工程学院，台湾成功大学,台南70101,台湾
接收于1999年3月4日，1999年8月12日收录
摘要
对2205双相不锈钢（DSS）在90℃的26wt％氯化钠溶液中的应力腐蚀开裂行为（SCC）进行了研究。

以4.1×10-6的应变速率做了慢应变速率试验（SSRT），在开路电位和不同的阳极电位下对2205双相不锈钢的应力腐蚀开裂行为敏感性进行了评价。

实验结果表明：2205DSS在电位低于-160mv的溶液中不受SCC的影响，当电位大于-160 mV（SCE），观察到延展性的显着减少，指示SCC敏感性。

应力腐蚀发生的临界电位与2205DSS的点蚀电位在上述环境一致。

金属断口分析表明，检查表明，点蚀的萌生和选择性溶解参与了2205 DSS在90℃NaCl溶液中应力腐蚀开裂的扩展。

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关键词：双相不锈钢；应力腐蚀开裂；麻点腐蚀；选择性溶解
1．引言
双相不锈钢（DSS）与铁素体/奥氏体1:1体积比已被视为各种水环境耐腐蚀材料。

高铬含量与高Mo和N含量导致在氯化物溶液中的高耐点蚀性。

与奥氏体不锈钢相比，铁素体体积约50％导致力度的增加。

它通常已知DSS也是在含氯化物溶液中更耐应力腐蚀开裂（SCC）。

DSS对SCC的敏感性会被合金元素、施加的应力、微观结构或环境等因素影响。

DSS在含有氯化物环境中的裂纹萌生可能与点蚀或选择性相关联了构成相的溶解。

然而，点蚀的确切作用和选择性溶解在DSS 的SCC一直没有被系统地研究。

如在脱盐工序的情况下，氯含量在水环境中可能是非常集中并达到饱和，DSS对SCC的敏感性是有显著的关系。

在本次研究中，探讨了2205 DSS的 SCC行为在浓NaCl溶液模拟海水的重复蒸发和冷凝或含氯化物的水溶液发生的情况。

结果点腐蚀和选择性溶解对SCC的发生有是特定的关系。

2.试验方法
在这次研究中所用的材料是2205 DSS，在1100摄氏度下热处理一小时，化学组成（质量分数）是Fe-22.6Cr-4.85Ni-3.02Mo-0.11N-0.023C.在90℃质量分数为26％的NaCl溶液通入N2脱除空气后做动电位极化曲线。

饱和甘汞电极（SCE），将其保持在环境温度下被用作参比电极，铂网状物用作反电极。

该极化曲线通过扫描电势来确定，扫描速率为0.5 mV S-1，从850 mV直到90毫伏的阳极方向。

慢应变速率试验（SSRT）技术被用来评估2205DSS应力腐蚀开裂在N2脱气的pH为6.0的氯化钠溶液（1±26％（质量分数））中，并在25至90摄氏度的温
度范围内的敏感性。

AISI316不锈钢也被用于作比较。

使用长为24mm和直径为4mm的圆棒试。

样品是用的600号粒度的长度方向的拉伸前的SiC纸测试。

所采用的应变速率为4.1×10-6S-1。

SSRT在控制电位下26%的NaCl溶液在90℃的条件下进行。

施加的电位，除了开路电位（OCP），均在阳极范围内。

拉伸试验后，所有折断样品都用光学显微镜或扫描电子显微镜仔细检查。

图 1 2205 DSS在N2脱气后的pH值6.0，90℃的26wt％NaCl溶液中电位极化
曲线
图 2 扫描电子显微镜图片显示出了2205不锈钢在在90℃pH为6.0的26wt％的NaCl溶液中动电位极化曲线测试后形成的坑的形态
3.试验结果与讨论
2205 DSS在氮气除氧26wt%的NaCl溶液在90℃条件下的动电位极化曲线如图1所示。

观察到广泛的钝化区。

电流冲击被发现在-160毫伏其对应于点蚀腐蚀电位。

图2给出了扫描电镜照片显示一个凹陷例子极化曲线测量在试样表面形成。

极化曲线中标记的数字表明，电位施加在拉伸试验。

2205DSS在90℃各种浓度氯化钠溶液（pH 6）和开路电位的SSRT结果如图3所示。

浓度从1到26wt%的范围，应力-伸长曲线几乎同样的。

表示对2205 DSS拉伸行为NaCl浓度的独立性。

检查结果表明环境对2205DSS在这些溶液中的断裂没有影响。

温度在开路电位对2205 DSS拉伸性能的影响如图4所示。

虽然最终的拉伸强度和断裂伸长率随着温度的升高，断裂减少。

金属断面显微镜分析表明，没有证据表明环境辅助开裂在26wt％ 90℃且PH为6的Nacl溶液从25到90℃之间。

为了比较，SSRT结果，在环境温度下在空气中进行，并在90℃pH为6.0的
OCP26wt％的NaCl溶液中，用于2205和316不锈钢如图5所示。

从应力-伸长曲线空气中的试验结果，发现2205 DSS具有更高的强度，而316不锈钢具有更好的韧性奥氏体。

在90℃pH为6.0的26wt％的NaCl溶液中，观察到这两种合金强度和延展性都有所降低。

对于2205 DSS，变化被认为是主要与溶液温度有关。

图 3 浓度对2205 DSS在 90℃pH值为6的NaCl溶液中应力-伸长曲线的影
响，应变速率= 4.1×10-6S-1
图4 温度对2205 DSS在 90℃pH值为6的NaCl溶液中开路电位应力-伸长曲
线的影响，应变速率= 4.1×10-6S-1
而对于奥氏体316不锈钢，温度和氯离子是造成拉伸性能的变化的原因。

图6和7显示了扫描电子显微镜2205 DSS和316不锈钢在90℃pH为6.0的26wt％的NaCl溶液中，慢应变速率测试后断裂表面的显微照片。

如图6（a），观察一个广泛的缩颈与杯锥2205 DSS特征，凸起在整个断裂面可见（图6（b）），指示SCC在测试温度下的浓氯化物溶液中的情况。

对于奥氏体316不锈钢，显然，穿晶断裂（图7）的发现，标志着SCC的发生。

结果明显显示，与奥氏体不锈钢相比DSS在氯化物溶液中更耐SCC。

图5 316奥氏体不锈钢和2205 DSS在空气和在90℃pH值为6的NaCl溶液中，应变速率= 4.1×10-6S-1的应力-伸长曲线
施加的电位对2205DSS在90℃pH为6.0的26wt％的NaCl溶液中的拉伸行为的影响如图8所示。

应力与伸长曲线明显分为两个组。

在开路电位（-640 mV）和施加电位低于-160 mV，极限拉伸强度（UTS）和伸长率的百分比在空气中非常接近。

SCC中没有发现任何证据的SEM断口形貌。

然而，在施加电势大于-160毫伏，观察到环境辅助断裂，就证明伸长率显著减少。

该分析显示断裂试样在SSRT后的外观在图9中给出。

在电位小于-160 mV，
图 6 经过对2205 DSS在SSRT后在中性的90℃26wt%NaCl溶液中的拉伸断裂试样的断口形貌（a）形貌显示断裂延性性质，（b）韧窝断裂表面形貌
发生了广泛的缩颈且试样表面没有发现点蚀。

然而，严重点蚀发生在试样表面电位大于-140 mV。

一些坑直径大，但大多深度较浅。

SCC将从其中一个坑发生。

虽然严重的点蚀的发生和横截面积（如图9所示）变小，其抗拉强度仍高于名义屈
图 7 SEM断口形貌显示316不锈钢应力腐蚀开裂在SSRT后在中性的90℃
26wt%NaCl溶液中的穿晶方式
服强度在无SCC发生的情况。

2205 DSS在90℃的26wt％的NaCl溶液中在-90mV时断裂的断口样貌如图10所示。

在这张显微照片显示，在图10试样表面上看到了大的标记的区域坑。

发现有几个裂缝从向内传播的凹陷发起，合并，最终导致断裂。

类似的观察在-140和-125mV发现。

金属断面显微镜检查显示，点蚀是重要的加速原因，至少在裂纹萌生阶段，2205 DSS在浓氯化钠溶液的裂解过程。

点蚀促进环境辅助开裂的作用已被各种合金/环境系统[11 ，12]报道。

试样在中性的90℃的26wt％的NaCl溶液中断裂的表面坑形貌图11A所示。

类似于图2所示，一拉杆或岛状的坑内特征来看，反映了从一个阶段的复式微观结构形貌的优先溶解。

如后面将要讨论的，在仍然剩下的坑里面，铁素体相和选择性溶解腐蚀程度较轻奥氏体相。

电偶影响和DSS在硫酸/盐酸溶液优先溶解在活性溶解被动转变范围内观察的结果已在文献[ 13,14 ]报告。

但是，奥氏体的溶解率在这种酸溶液中活化到钝化转变范围比铁素体高。

正如所指出的共存体系[ 13 ]，DSS每个阶段的优先溶解取决于电位。

例如，在2 M H2SO4 + 0.1 M HCl
图 8 施加电位对DSS在除去N2的中性90℃26wt%NaCl溶液SSRT的影响，应变
速率= 4.1×10-6S-1
图 9 2205 DSS试样在除去N2的中性90℃26wt%NaCl溶液中开路电位和各种施
加电位下的断裂肉眼图
图 10 2205 DSS在中性90℃26wt%NaCl溶液中在-90mV，应变速率=4.1×10-6S-1
下的SEM断口显微照片
溶液，对β相优先溶解发生在电位大于-300 mV，而α相选择性溶解在电位小于320 mV时发生。

在电位-300到-320 mV范围内，两阶段具有几乎相同的溶出率[ 13 ]。

在目前的研究中，α相点蚀优先溶解发生在电位大于-160mV的近中性26wt%的NaCl溶液。

以下的坑，穿晶断裂模式而不是表面凹陷被发现（图11（b）），表明在合金SCC的发生。

换句话说，在90℃2205 DSS在浓NaCl溶液中SCC是辅助的点蚀。

在最近的一项研究中，Laitinen和Hanninen[4]指出，选择性奥氏体或铁素体相的溶解似乎确定所述DSS应力腐蚀开裂的阻力。

事实上，SCC和坑的选择性溶
图 11 2205 DSS在中性90℃26wt%NaCl溶液中在-140mV下的SEM断口显微照片（a）点蚀形态（b）断裂表面与穿晶开裂的方式
解的铁素体，在这项研究中观察到的，是非常相似的。

图10所示的断裂表面仔细检查发现，开裂路径是伴随着α相的选择性溶解。

从位置标记B在图10中，看到一个杆或岛状形态（图12（一））。

裂纹扩展引起的裂纹路径方向的变化。

SEM照片取自位置标记C图10显示在图12（b）。

在断裂面可以看到，一束平行β相颗粒，与α相优先溶解。

电偶作用显然参与了裂纹扩展阶段。

从表面凹坑产生裂缝的贯通也可以在图10中的D区看到。

以下这些表面裂纹穿晶开裂的模式，作为描绘在图12（c）被看见。

图12 高倍率的SEM照片显示在区域10的断裂面特征（a）和B的位置，（b）
和C的位置，（c）和D的位置
2205截面DSS裂缝在-90mV的26 wt% NaCl溶液在显微图像如图13所示。

裂纹路径是从一个坑发起，在垂直于加载方向的传播，是在一个角上，然后继续在垂直于加载方向，并最终失败的韧性模式的特征显示颈缩。

横截面的显微照片是蚀
图 13 2205 DSS在中性90℃26wt%NaCl溶液中在-90mV SSRT后试样横截面断裂的显微图片（a）该整体图，（b）侧视图对于表面垂直向加载方向和（c）侧视图倾斜表面。

蚀刻于5克氯化铜+100毫升盐酸+100毫升C2H5OH溶液
刻用5 g CuCl2＋100毫升盐酸+ 100毫升乙醇溶液（kalling的#2蚀刻）以揭示β和α相之间的差异。

物相鉴定也采用能量色散谱（EDS）。

结果显示在图13
（b）和（c）。

如图13（b）的显微照片表明，β相仍然从区域中的裂纹传播垂直于加载方向的表面压出。

在斜裂缝表面，优先溶解也清楚显示在图13（c）。

类似的结果也发现在-140 mV和-125 mV。

在本次调查的结果表明，点蚀能协助裂纹的萌生和裂纹扩展的选择性溶解参与过程。

在更高的电位，选择性溶解的影响变得更突出，导致在SSRT试验伸长率降低。

DSS的SCC的电位依赖性已是被公认的[ 15 ]。

在这个研究，极限拉伸强度
图 14 电位对2205 DSS在中性90℃26wt%NaCl溶液中极限拉伸强度（UTS）和均
匀伸长率百分比（UEL）的影响
（UTS）和比例关系均匀伸长率（UEL）上的外加电位，如图14所示。

在电位大于160毫伏发生UTS或UEL急剧下降。

如上所述，SCC在高于160毫伏的电位被发现。

这些结果表明，存在一个临界电位（-160毫伏），低于该值SCC不会发生。

人们还注意到，标本上观察到的凹坑，这是在潜力高于160 mV的测试。

当孔蚀电位被考虑时，结果与在图1中所示的极化曲线是一致的。

4．结论
2205 DSS的SCC在近中性浓度为26wt%，在温度范围从25到90℃的NaCl溶液中是不受影响的。

然而，一个关键的电位与点蚀电位的存在，上述伸长率急剧减少发生在SSRTs，指示着2205 DSS SCC在试验溶液中的敏感性。

点蚀会协助裂纹萌生，而α选择性溶解相参与的裂纹扩
过程。

承认
作者承认支持了国家科学委员会中华人民共和国，合同no.NSC84-2621，P006-019。

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