硫離子作為環(huán)境中的一種有害離子會(huì)直接導(dǎo)致不銹鋼耐蝕性能的下降,浙江至德鋼業(yè)有限公司通過(guò)對(duì)2507不銹鋼在不同硫離子含量溶液中滿應(yīng)變速率拉伸實(shí)驗(yàn)來(lái)探討硫離子對(duì)雙相不銹鋼應(yīng)力腐蝕敏感性的影響。


  經(jīng)過(guò)1050℃固溶處理的2507雙相不銹鋼試樣室溫于在含有不同濃度硫離子的3.5%NaCl溶液介質(zhì)中SSRT結(jié)果如圖4.22和表4.9所示。從整體可以看出試樣于惰性介質(zhì)空氣中的抗拉強(qiáng)度值最高,為902.756MPa,而在含有不同濃度硫離子溶液中的抗拉強(qiáng)度都小于空氣中的;拉伸試樣于純的3.5%NaCl溶液中的抗拉強(qiáng)度值是882.667MPa,而隨著硫離子的引入抗拉強(qiáng)度呈減小的變化趨勢(shì),且隨著硫離子濃度的升高抗拉強(qiáng)度下降的趨勢(shì)越明顯,當(dāng)硫離子濃度為0.5mol/L時(shí)抗拉強(qiáng)度減小為851.531MPa,相比于空氣中的抗拉強(qiáng)度減小了51.225MPa、從應(yīng)變量(試樣標(biāo)距部分的拉伸量)的角度看,空氣中試樣的應(yīng)變量最大為11.2813mm,在不含硫離子的3.5%NaCl溶液中次之,為11.1307mm; 而隨著硫離子濃度升高斷裂應(yīng)變逐漸減小,硫離子濃度為0.5mol/L時(shí)斷應(yīng)變減小為10.5495mm,相比于空氣中的減小了0.7318mm.從斷裂時(shí)間的角度看也是隨著硫離子濃度的升高,固溶態(tài)為1050℃的2507雙相不銹鋼斷裂時(shí)間(b)呈下降的變化趨勢(shì),以上現(xiàn)象都意味著硫離子加強(qiáng)了2507雙相不銹鋼的應(yīng)力腐蝕開裂敏感性。


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  本節(jié)采用σ、δ、t指標(biāo)評(píng)價(jià)2507雙相不銹鋼于室溫下在各介質(zhì)中的應(yīng)力腐蝕敏感性。σ、δ、t值較大,表明DSS2507的SCC敏感性更強(qiáng),抗SCC性能更低。具體公式見式(4.6)~式(4.8).σ、δ、t的具體值如表4.10所列。


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 從表4.10中可以看出固溶態(tài)為1050℃的2507雙相不銹鋼的應(yīng)力腐蝕敏感性因子σ、δ、t值在不含硫離子介質(zhì)中最低,分別為0.02225、0.0133及0.00255,而當(dāng)向3.5%NaCl溶液中加入硫離子后σ、δ、t值都隨著硫離子濃度的升高呈增大的變化趨勢(shì),隨著硫離子濃度升高到0.5M時(shí)σ、δ、t值分別升高到0.05674、0.0649及0.06591,相比于試樣在3.5%NaCl溶液中的σ、δ、t分別升高了0.03449、0.0516及0.06336.以上現(xiàn)象說(shuō)明硫離子增強(qiáng)了DSS2507的應(yīng)力腐蝕破裂敏感性,減弱了鋼抗應(yīng)力腐蝕破裂的能力。這主要是由于2507雙相不銹鋼在硫離子的作用下,其表面的鈍化膜遭受破壞進(jìn)而提高了腐蝕敏感性。在不含硫離子的條件下,雙相不銹鋼在鈍化過(guò)程中Cr-通過(guò)離子鍵與O2-或OH-相結(jié)合,生成一層致密且成分主要是Cr的氧化物或氫氧化物(Cr2O3或Cr(OH)3)的氧化膜,該氧化膜可以增強(qiáng)鋼的耐應(yīng)力腐蝕開裂能力。但是在硫存在的情況下,由于硫元素與氧元素在元素周期表中屬于同一主族,進(jìn)而該兩種元素具有相似的原子結(jié)構(gòu),所以硫離子(S2-)與氧離子(O2-)也具有相似的離子結(jié)構(gòu),硫離子(S2-)加入腐蝕介質(zhì)中后會(huì)取代部分O2-或OH-的位置與Cr-相結(jié)合,進(jìn)而導(dǎo)致2507雙相不銹鋼原來(lái)氧化膜的完整性跟致密度遭受破壞,增強(qiáng)了2507雙相不銹鋼的腐蝕敏感性,降低了2507雙相不銹鋼的耐應(yīng)力腐蝕開裂能力。雙相不銹鋼的應(yīng)力腐蝕類型為陽(yáng)極溶解型,跟材料的電化學(xué)腐蝕行為有著較為密切的聯(lián)系。當(dāng)鋼表面的氧化膜被破壞裸露出新鮮表面,該表面與其他的覆蓋有氧化膜的表面形成大陰極小陽(yáng)極的腐蝕電池(裸露出的新鮮表面為陽(yáng)極,鋼表面覆蓋有氧化膜的表面為陰極),金屬發(fā)生陽(yáng)極反應(yīng),金屬原子溶解成為離子,形成裂紋。該裂紋朝著縱深處方向發(fā)展同時(shí)又由于應(yīng)力集中在裂紋尖端處,導(dǎo)致裂紋尖端附近區(qū)域產(chǎn)生塑性形變,陽(yáng)極電位下降提高了陽(yáng)極溶解速度,最終導(dǎo)致裂紋的擴(kuò)展。從第3章研究的硫離子對(duì)DSS2507電化學(xué)腐蝕行為影響的結(jié)果可知,硫離子降低了2507雙相不銹鋼的抗電化學(xué)腐蝕性能,且隨著硫離子濃度的升高作用越強(qiáng),這與SSRT所得結(jié)論是一致的??傊螂x子提高了2507雙相鋼的應(yīng)力腐蝕開裂敏感性,降低了其抗應(yīng)力腐蝕開裂的性能。


  2507 雙相不銹鋼試樣在含有不同濃度硫離子的3.5%NaCl溶液介質(zhì)中的拉伸斷口顯微形貌如圖4.23所示。從圖4.23可以明顯看出于含有不同濃度硫離子的3.5%NaCl溶液介質(zhì)中2507雙相不銹鋼的拉伸斷口SEM形貌都具有明顯的韌窩,都顯示為韌窩斷裂特征。


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  2507雙相不銹鋼于純的3.5%NaCl溶液介質(zhì)中的拉伸斷口韌窩數(shù)量最多尺寸小分布較密集其韌性斷裂特征更為明顯。圖4.23中的(b)(c)及(d)顯示隨著硫離子濃度的升高韌窩數(shù)量明顯減少、密集度降低且深度變淺,拉伸斷口變得更齊平其韌窩斷裂的特征減弱,其中圖4.23(d)即DSS2507在含有0.5mol/L硫離子介質(zhì)中的拉伸斷口形貌,雖然擁有韌窩斷裂特征,但是有明顯準(zhǔn)解理斷裂面的出現(xiàn),有脆性破裂的傾向。以上現(xiàn)象表明S2-使DSS2507的SCC敏感性增強(qiáng),且S2-濃度越高作用越強(qiáng)。


  綜上所述,硫離子濃度的升高使2507雙相不銹鋼在腐蝕介質(zhì)中的抗拉強(qiáng)度及斷裂應(yīng)變都表現(xiàn)為減小的趨勢(shì);應(yīng)力腐蝕開裂敏感系數(shù)σ、δ及t則表現(xiàn)成逐漸升高的趨勢(shì)。表明硫離子提高了2507雙相不銹鋼的應(yīng)力腐蝕開裂敏感性能、減弱了材料的耐應(yīng)力腐蝕開裂能力。主要由于硫離子破壞了2507雙相不銹鋼表面原來(lái)鈍化膜的完整性及致密度,提高了材料的腐蝕敏感性,進(jìn)而降低了雙相不銹鋼的抗應(yīng)力腐蝕破裂性能。