奥氏体不锈钢在NACE溶液中的应力腐蚀行为研究

张彩虹（河北省鸡泽县公路管理站,河北　邯郸　057350）



奥氏体不锈钢在NACE溶液中的应力腐蚀行为研究

张彩虹
（河北省鸡泽县公路管理站,河北邯郸057350）

摘 要：本文采用电化学试验和慢应变速率拉伸试验（SSRT）的方法，对道路桥梁领域常用的316L和304L不锈钢在酸性氯离子环境中的应力腐蚀现象进行试验研究。试验设置六种不同腐蚀环境，得到不同环境下试样的应力-应变曲线和Tafel曲线。根据维钝电流、击破电位、应力腐蚀敏感性指数得出了两种试验材料在NACE溶液中的耐应力腐蚀性能规律。

关键词：奥氏体不锈钢；应力腐蚀；氯离子；电化学；慢应变速率拉伸

0　引言

奥氏体不锈钢因其良好的力学性能和耐腐蚀性能被广泛应用于桥梁结构、建筑等领域，但是，在氯离子浓度较高的环境中，易发生点蚀和应力腐蚀开裂（SCC），如位于盐碱或近海地区的桥梁和多数石油化工设备易发生应力腐蚀开裂而降低使用寿命，甚至发生灾难性后果[1,2]。

钝化膜的结构和性能影响不锈钢的耐蚀性能。因此，研究不锈钢的钝化膜破裂电位Eb和维钝电流ipass，可以得出不锈钢钝化膜的稳定性，进而研究其应力腐蚀行为。

长期以来，专家学者们研究重点集中在氯离子浓度、不锈钢的拉伸变形、氧化膜以及表面热处理对其应力腐蚀性能的影响[3]，而温度和压力交互作用对奥氏体不锈钢应力腐蚀性能的影响的研究较少。

本文通过电化学实验和慢应变速率拉伸实验研究了304L和316L 在NACE溶液中的电化学性能及温度和压力对其应力腐蚀性能的影响规律。

1　试验

试验选用两种常用的奥氏体不锈钢304L和316L，未经任何热处理。

电化学试验采用CS系列电化学工作站按照NACE TM-0198/ TM-0177标准进行，试验溶液为NACE溶液（5% NaCl+0.5% CH3COOH）。试样是将直径为10mm的不锈钢圆片经胶封后获得，工作面需进行打磨并抛光处理，有效面积为78.5mm2。试验通过动电位扫描法，设定恒电位范围为：-2V—+2V，扫描速率为10mV/s。

SSRT是在慢应变拉伸试验机上进行，采用标准为NACE TM-0198/TM-0177，拉伸速率设定为3.33×10-6s-1，试验溶液为NACE溶液，试验前，对试样表面用砂纸逐级打磨，乙醇脱脂，去离子水洗净，干燥。根据文献报道的304L和316L所制作的化工设备最高运行参数，各确定了6组不同温度和压力组合的试验环境，见表1所示。

表1　316L和304L不锈钢敏感性指数

2　试验结果和讨论

根据电化学试验获取Tafel曲线如图1所示，通过动电位极化曲线可以获得两个表征材料腐蚀性能的参数：击破电位Eb和维钝电流ipass。由图2可以看出，316L和304L在NACE溶液中，维钝电流几乎完全一样，ipass≈9×10-3A/cm2，并且都有明显的钝化区。316L的击破电位Eb2≈0.52V，304L的击破点位Eb1≈0.20V，304L的钝化区电位区间比316L小约1/3。由此可见，316L在酸性氯离子环境中的耐蚀性能好于304L。

图1　Tafel极化曲线

SSRT试验选取应力腐蚀敏感性因子Iscc作为判断试验环境下应力腐蚀开裂敏感性指数，如下所示。

式中，INTP表示常温常压下在N2环境中的试样的力学性能指标；Icor表示在腐蚀性环境中试样的力学性能指标，具体数据见表2。

由表1可以看出，随着压力增大，316L的敏感性指数明显减小，说明增大压力有利于增强材料的耐应力腐蚀性能。对于304L，压力的增大对其敏感性的影响并不明显。随着温度的升高，316L和304L敏感性指数增大，其耐应力腐蚀性能降低。

3　结论

（1）常温常压下，316L不锈钢在酸性氯离子溶液中的耐蚀性能优于304L不锈钢。

（2）随着压力升高，316L在NACE溶液中的耐应力腐蚀性能增强；但对于304L，压力的升高对其应力腐蚀敏感性影响并不明显。随着温度的升高，316L和304L敏感性指数增大，其耐应力腐蚀性能降低。

参考文献：

[1]葛海艳,吕平.钢筋混凝土桥梁腐蚀机理与防护[J].工程建设,2006,38(06):13-16．

[2]洪定海．混凝土中钢筋的腐蚀与保护[M]．北京:中国铁道出版社，1998．

[3]许淳淳，张新生，胡钢．拉伸变形对304不锈钢应力腐蚀的影响[J].材料研究学报,2003,17(03):310-315.

作者简介：张彩虹,河北鸡泽人,大专，助理工程师，主要从事：道桥结构和不锈钢的腐蚀研究。

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