至德鋼業(yè)310S不銹鋼管的應(yīng)力腐蝕行為研究分析

 浙江至德鋼業(yè)有限公司通過四點彎曲和慢應(yīng)變拉伸兩種試驗方法，定性和定量的表征不同狀態(tài)310S不銹鋼管的應(yīng)力腐蝕性。通過對腐蝕產(chǎn)物、斷口形貌和裂紋擴(kuò)展等特征的觀察，歸納總結(jié)規(guī)律，并探究其應(yīng)力腐蝕開裂的機(jī)理。圖為在腐蝕環(huán)境中加載30天后的四點彎曲試樣照片，我們發(fā)現(xiàn)，在試樣表面均有黑褐色的腐蝕產(chǎn)物附著，不過腐蝕程度并不嚴(yán)重。其中冷軋態(tài)試樣發(fā)生了斷裂，在試樣表面還可觀察到許多未貫穿試樣的裂紋。而固溶態(tài)和時效態(tài)則沒有開裂，試樣表面完整，未發(fā)現(xiàn)裂紋。說明310S不銹鋼管經(jīng)過冷軋?zhí)幚砗髴?yīng)力腐蝕破裂的傾向顯著變大了。

 至德鋼業(yè)通過SEM進(jìn)一步觀察試樣，可以發(fā)現(xiàn)三種試樣表面情況類似，均被一層較薄的腐蝕產(chǎn)物覆蓋，如圖所示。進(jìn)一步放大倍數(shù)至20000倍可以觀察到，腐蝕產(chǎn)物形狀多為顆粒狀多面體，尺寸較小，同時也存在少量針狀腐蝕產(chǎn)物，其組成成分主要為鐵和鉻的硫化物和氧化物。

  1. 在四點彎曲試驗中，冷軋態(tài)試樣發(fā)生了斷裂，在試樣表面還可觀察到許多未貫穿試樣的裂紋，而固溶態(tài)和時效態(tài)則沒有開裂，試樣表面完整，未發(fā)現(xiàn)裂紋。試樣表面情況類似，均被一層較薄的腐蝕產(chǎn)物覆蓋。腐蝕產(chǎn)物形狀多為顆粒狀多面體，尺寸較小，同時也存在少量針狀腐蝕產(chǎn)物。經(jīng)過清洗后觀察，時效態(tài)310S不銹鋼管表面腐蝕程度最為嚴(yán)重，在局部區(qū)域發(fā)生了晶間腐蝕，而冷軋態(tài)310S不銹鋼管試樣雖然發(fā)生了開裂，且分布有未貫穿整個試樣的裂紋，但其表面腐蝕程度最輕，僅存在少量點蝕坑。在對裂紋的觀察過程中，我們發(fā)現(xiàn)開裂形式為穿晶斷裂，且裂紋是筆直擴(kuò)展的，并未發(fā)現(xiàn)裂紋擴(kuò)展的擇優(yōu)走向。另外，在主裂紋的兩側(cè)可以觀察到大量細(xì)小的二次裂紋，在二次裂紋的形成處均伴有金屬基體的腐蝕與剝離脫落。另外僅在裂紋周邊發(fā)生了嚴(yán)重的局部腐蝕，而距離裂紋較遠(yuǎn)的試樣表面腐蝕程度則要輕很多。選取一處局部腐蝕進(jìn)行細(xì)致觀察。發(fā)現(xiàn)這片局部腐蝕具有明顯的分層現(xiàn)象。試樣斷口表面上存在大量解理平面，在解理平面上可以看到被侵蝕出的滑移帶。因此，冷軋態(tài)310S不銹鋼管在此介質(zhì)中的開裂形式為解理斷裂或準(zhǔn)解理斷裂。

  2. 在SSRT實驗中，三種310S不銹鋼管試樣表面發(fā)生了一定程度的腐蝕。在側(cè)面存在許多肉眼可見的裂紋，裂紋方向與載荷方向垂直。從拉伸曲線上看，冷軋態(tài)310S不銹鋼管的應(yīng)力腐蝕敏感性較低，但具有更高的破裂傾向和安全隱患；時效試樣的應(yīng)力腐蝕敏感性ISCC達(dá)到91.51%，延伸率僅為4.61%，比固溶態(tài)試樣更易發(fā)生開裂。它們的斷口形貌比較平整，斷面上有許多無規(guī)則取向排布的結(jié)晶狀小刻面和扇形花樣，在滑移面上存在河流花樣，且能觀察到二次裂紋存在。綜上可判斷它們?yōu)闇?zhǔn)解理或解理斷裂。

  3. 在硫酸環(huán)境中拉伸的310S不銹鋼管試樣表面被嚴(yán)重腐蝕，滲氫試樣側(cè)面有塑性區(qū)，發(fā)生了明顯的塑性變形，但它們的側(cè)面都沒有裂紋。從拉伸曲線上看，它們的強(qiáng)度和延伸率都有不同程度的降低，但均高于硫化氫-二氧化碳環(huán)境中的試樣。通過SEM觀察，斷口具有韌性開裂的特征。

  4. 固溶態(tài)和滲氫后慢拉伸試樣在空氣中拉伸的側(cè)面形貌頗為相似，整體上看是凹凸不平的失穩(wěn)褶皺。由于發(fā)生了大量的塑性變形，表面分布有大量扭曲的滑移帶，除斷面外并無其他裂紋。在硫酸環(huán)境中試樣側(cè)面腐蝕程度較重，存在大量因腐蝕而形成的孔洞，其中部分孔洞連接形成裂紋。在硫化氫-二氧化碳環(huán)境中拉伸的側(cè)面?zhèn)让孢€有許多裂紋，且在裂紋周邊有明顯的局部腐蝕痕跡，表層局部脫落。另外在部分裂紋尖端尚未開裂的地方也發(fā)生了一定程度的局部腐蝕，說明局部腐蝕對裂紋的擴(kuò)展有重要影響。

  5. 準(zhǔn)原位氫滲透TEM實驗中，進(jìn)入310S不銹鋼管的原子H會促進(jìn)位錯的運(yùn)動，進(jìn)而更容易發(fā)生位錯的增值與塞積，導(dǎo)致應(yīng)力集中，進(jìn)而更容易發(fā)生位錯的增值與塞積，導(dǎo)致應(yīng)力集中。