·1324 北京科技大学学报 第35卷 2.0 ■-250°C 开裂试样开裂部分的截面形貌.观察图6(a)可以发 。-290°℃ 现，在U型试样受拉应力最大的部位应力腐蚀裂纹 -+-320°C 1.6 部分的铁素体已遭受侵蚀，裂纹在相界位置萌生后 扩向奥氏体内部.从图6(b)可以看到，在奥氏体基 1.2 体的点蚀坑底部出现微裂纹.由此可见，大多数应 力腐蚀裂纹的发生在点蚀坑或相界位置，然后逐渐 向基体内部扩展. 0.4 图7为320℃下腐蚀360h后试样截面应力腐 120 360 720 蚀裂纹的萌生及随后的扩展情况.可以看出，在大 时间/h 多数的情况下铁素体首先遭受侵蚀形成点蚀坑（图 7(a)(d):而在少数情况下，点蚀坑会在奥氏体基 图5不同温度时腐蚀时间对氧化膜厚度的影响 体中形成（图7(e).一旦形成了点蚀坑，应力腐蚀裂 Fig.5 Oxide film thickness as a function of corrosion dura- tion at different temperatures 纹将在点蚀坑的底部形核，并倾向于沿奥氏体/铁 素体界面扩展（如图7(a)(d).在铁素体和奥氏体 2.5应力腐蚀裂纹的萌生与扩展 内部的点蚀坑底部萌生的应力腐蚀裂纹则分别向铁 图6为250℃下腐蚀360h后产生应力腐蚀 素体和奥氏体内部扩展，如图7(d)和(e)扩展. (a) (b) 14m 1 um 图6250℃下腐蚀360h后U弯试样应力腐蚀裂纹处的截面形貌 Fig.6 Cross-section morphologies of SCC cracks in U-bend samples after corrosion for 360 h at 250C 图8和图9分别为250℃及320℃下腐蚀720h (2)温度强烈地影响试样表面的氧化膜性质 后试样横截面的应力腐蚀裂纹的扩展情况.图8和 和厚度，但依然没有单调对应关系.试验温度为 图9可以看出应力腐蚀裂纹的扩展强烈地依赖于 290℃时，试样表面始终是致密的单层膜结构，氧 裂纹与奥氏体/铁素体界面的相对取向.当应力腐蚀 化膜较薄，而温度为250℃和320℃时，试样表面 裂纹扩展方向垂直于相界面时，裂纹扩展会在相界 的氧化膜呈内层致密、外层疏松的双层膜结构，氧 位置受阻，从而改变扩展方向，使裂纹转为沿相界 化膜较厚. 扩展.当应力腐蚀裂纹的扩展方向与相界面平行时， (3)大多数点蚀坑产生于铁素体相.应力腐蚀 裂纹易倾向于沿着相界面扩展. 裂纹主要萌生于点蚀坑底部及奥氏体/铁素体相界 3结论 位置 (1)核电Z3CN20-09M不锈钢的应力腐蚀开裂 (4)应力腐蚀裂纹扩展强烈地依赖于裂纹与奥 敏感性和温度并非呈单调对应关系.290℃下的应 氏体/铁素体相界的取向.当裂纹扩展方向垂直于相 力腐蚀开裂敏感性最低，320℃下最高，250℃下的 界面时，相界面对裂纹扩展起阻碍作用：当裂纹扩 应力腐蚀敏感性介于两者之间. 展方向平行于相界面时，裂纹易沿相界扩展· 1324 · 北 京 科 技 大 学 学 报 第 35 卷 图 5 不同温度时腐蚀时间对氧化膜厚度的影响 Fig.5 Oxide film thickness as a function of corrosion dura￾tion at different temperatures 2.5 应力腐蚀裂纹的萌生与扩展 图 6 为 250 ℃下腐蚀 360 h 后产生应力腐蚀 开裂试样开裂部分的截面形貌. 观察图 6(a) 可以发 现，在 U 型试样受拉应力最大的部位应力腐蚀裂纹 部分的铁素体已遭受侵蚀，裂纹在相界位置萌生后 扩向奥氏体内部. 从图 6(b) 可以看到，在奥氏体基 体的点蚀坑底部出现微裂纹. 由此可见，大多数应 力腐蚀裂纹的发生在点蚀坑或相界位置，然后逐渐 向基体内部扩展. 图 7 为 320 ℃下腐蚀 360 h 后试样截面应力腐 蚀裂纹的萌生及随后的扩展情况. 可以看出，在大 多数的情况下铁素体首先遭受侵蚀形成点蚀坑 (图 7(a)∼(d))；而在少数情况下，点蚀坑会在奥氏体基 体中形成 (图 7(e)). 一旦形成了点蚀坑，应力腐蚀裂 纹将在点蚀坑的底部形核，并倾向于沿奥氏体/铁 素体界面扩展 (如图 7(a)∼(d)). 在铁素体和奥氏体 内部的点蚀坑底部萌生的应力腐蚀裂纹则分别向铁 素体和奥氏体内部扩展，如图 7(d) 和 (e) 扩展. 图 6 250 ℃下腐蚀 360 h 后 U 弯试样应力腐蚀裂纹处的截面形貌 Fig.6 Cross-section morphologies of SCC cracks in U-bend samples after corrosion for 360 h at 250 ℃ 图 8 和图 9 分别为 250 ℃及 320 ℃下腐蚀 720 h 后试样横截面的应力腐蚀裂纹的扩展情况. 图 8 和 图 9 可以看出应力腐蚀裂纹的扩展强烈地依赖于 裂纹与奥氏体/铁素体界面的相对取向. 当应力腐蚀 裂纹扩展方向垂直于相界面时，裂纹扩展会在相界 位置受阻，从而改变扩展方向，使裂纹转为沿相界 扩展. 当应力腐蚀裂纹的扩展方向与相界面平行时， 裂纹易倾向于沿着相界面扩展. 3 结论 (1) 核电 Z3CN20-09M 不锈钢的应力腐蚀开裂 敏感性和温度并非呈单调对应关系. 290 ℃下的应 力腐蚀开裂敏感性最低，320 ℃下最高，250 ℃下的 应力腐蚀敏感性介于两者之间. (2) 温度强烈地影响试样表面的氧化膜性质 和厚度， 但依然没有单调对应关系. 试验温度为 290 ℃时，试样表面始终是致密的单层膜结构，氧 化膜较薄，而温度为 250 ℃和 320 ℃时，试样表面 的氧化膜呈内层致密、外层疏松的双层膜结构，氧 化膜较厚. (3) 大多数点蚀坑产生于铁素体相. 应力腐蚀 裂纹主要萌生于点蚀坑底部及奥氏体/铁素体相界 位置. (4) 应力腐蚀裂纹扩展强烈地依赖于裂纹与奥 氏体/铁素体相界的取向. 当裂纹扩展方向垂直于相 界面时，相界面对裂纹扩展起阻碍作用；当裂纹扩 展方向平行于相界面时，裂纹易沿相界扩展