奧氏體不銹鋼在NACE溶液中的應力腐蝕行為研究

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：本文采用電化學試驗和慢應變速率拉伸試驗（SSRT）的方法，對道路橋梁領域常用的316L和304L不銹鋼在酸性氯離子環境中的應力腐蝕現象進行試驗研究。試驗設置六種不同腐蝕環境，得到不同環境下試樣的應力-應變曲線和Tafel曲線。根據維鈍電流、擊破電位、應力腐蝕敏感性指數得出了兩種試驗材料在NACE溶液中的耐應力腐蝕性能規律。

關鍵詞：奧氏體不銹鋼；應力腐蝕；氯離子；電化學；慢應變速率拉伸

0　引言

奧氏體不銹鋼因其良好的力學性能和耐腐蝕性能被廣泛應用于橋梁結構、建筑等領域，但是，在氯離子濃度較高的環境中，易發生點蝕和應力腐蝕開裂（SCC），如位于鹽堿或近海地區的橋梁和多數石油化工設備易發生應力腐蝕開裂而降低使用壽命，甚至發生災難性后果[1,2]。

鈍化膜的結構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定性，進而研究其應力腐蝕行為。

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

本文通過電化學實驗和慢應變速率拉伸實驗研究了304L和316L 在NACE溶液中的電化學性能及溫度和壓力對其應力腐蝕性能的影響規律。

1　試驗

試驗選用兩種常用的奧氏體不銹鋼304L和316L，未經任何熱處理。

電化學試驗采用CS系列電化學工作站按照NACE TM-0198/ TM-0177標準進行，試驗溶液為NACE溶液（5% NaCl+0.5% CH3COOH）。試樣是將直徑為10mm的不銹鋼圓片經膠封后獲得，工作面需進行打磨并拋光處理，有效面積為78.5mm2。試驗通過動電位掃描法，設定恒電位范圍為：-2V—+2V，掃描速率為10mV/s。

SSRT是在慢應變拉伸試驗機上進行，采用標準為NACE TM-0198/TM-0177，拉伸速率設定為3.33×10-6s-1，試驗溶液為NACE溶液，試驗前，對試樣表面用砂紙逐級打磨，乙醇脫脂，去離子水洗凈，干燥。根據文獻報道的304L和316L所制作的化工設備最高運行參數，各確定了6組不同溫度和壓力組合的試驗環境，見表1所示。

表1　316L和304L不銹鋼敏感性指數

2　試驗結果和討論

根據電化學試驗獲取Tafel曲線如圖1所示，通過動電位極化曲線可以獲得兩個表征材料腐蝕性能的參數：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。316L的擊破電位Eb2≈0.52V，304L的擊破點位Eb1≈0.20V，304L的鈍化區電位區間比316L小約1/3。由此可見，316L在酸性氯離子環境中的耐蝕性能好于304L。

圖1　Tafel極化曲線

SSRT試驗選取應力腐蝕敏感性因子Iscc作為判斷試驗環境下應力腐蝕開裂敏感性指數，如下所示。

式中，INTP表示常溫常壓下在N2環境中的試樣的力學性能指標；Icor表示在腐蝕性環境中試樣的力學性能指標，具體數據見表2。

由表1可以看出，隨著壓力增大，316L的敏感性指數明顯減小，說明增大壓力有利于增強材料的耐應力腐蝕性能。對于304L，壓力的增大對其敏感性的影響并不明顯。隨著溫度的升高，316L和304L敏感性指數增大，其耐應力腐蝕性能降低。

3　結論

（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于304L不銹鋼。

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

參考文獻：

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

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

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

作者簡介：張彩虹,河北雞澤人,大專，助理工程師，主要從事：道橋結構和不銹鋼的腐蝕研究。

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