。320· 北京科技大学学报 第31卷 计了两种钢在四种溶液中的SCC孕育时间.由表4 高于低H2S含量的溶液中的.这些结果说明 可见，3Crl7Ni7Mo2SiN不锈钢最长的SCC孕育时 00Cr22Ni5Mo3N不锈钢在高H2S含量且低pH值 间为488h,而00Cr22Ni5Mo3N不锈钢在四种溶液 的介质中具有较高的SCC敏感性，其SCC受H浓 中浸泡720h均未开裂（即SCC孕育期均大于 度和H2S含量共同作用的影响显著，单一低pH值 720h),说明00Cr22Ni5Mo3N不锈钢发生SCC的孕 或高H2S含量介质中其SCC敏感性很低. 育时间很长即其具有很好的抗H2SSCC性能，SCC 100 敏感性较低.在不同的H2S条件下，其耐SCC性能 ☒00Cr22Ni5Mo3N ZZZ☑3Cr17Ni7Mo2SiN 均优于3Crl7N7Mo2SiWN不锈钢. 80 表4两种不锈钢发生SCC前的浸泡时间统计 Table 4 Statistics of the time to SCC failure of U-bent specimens 6 0 钢种 溶液1溶液2溶液3溶液4 20 3Cr17Ni7M o2SiN 376 464 384 488 00Cr22Ni5Mo3N >720>720>720>720 溶液 同时，由不锈钢发生SCC孕育时间可以看出， 图2两种钢脆性系数F的对比 相同pH值条件下3Cr17Ni7Mo2SiN发生SCC的预 Fig.2 Brittle factor of 3Cr17Ni7Mo2SiN and 00Cr22Ni5Mo3N stainless steels after SSRT 浸泡时间较接近，较低pH值条件下的时间短，较高 pH值条件下的时间长，而与HS含量的关系不大. 2.3SCC的发生机制 pH相同时，在H2S含量低的溶液中比H2S含量高 图3是两种不锈钢在溶液1中的SCC裂纹起 的溶液中发生SCC前的浸泡时间稍长.说明 源区和扩展区的断口SEM形貌.SCC裂纹起源区 3Crl7Ni7Mo2SiN在HS溶液中的SCC受pH值影 位于试样表面，为实验观察到宏观$CC首先发生的 响较大，而受HS含量的影响较小 部位：裂纹扩展区是由裂纹扩展区到瞬间断裂前裂 22SSRT与SCC敏感性 纹扩展的区域.由图3(a1)和图3(a2)可见： 为了量化讨论两种钢在硫化氢溶液中的SCC 3Cr17N7Mo2SiN裂纹起源区断口为冰糖状形貌 敏感性，将SSRT后的延伸率损失定义为脆性系数 属典型的沿晶断口，断面上存在沿晶二次裂纹（箭头 F, 标识)：随着裂纹的扩展，SCC扩展区断口形貌属于 F=(1-6)X100%. 准解理断口，为穿晶解理断口，仍存在沿晶二次裂纹 式中⑧分别为在溶液和空气中S$RT后的延伸 (图3(a2)箭头所示).这表明3Cr17Ni7Mo2SiN不 率.F的统计如图2所示.由图可见： 锈钢在SCC初期，裂纹主要以晶间裂纹的形式形 3Crl7Ni7Mo2SiN在四种溶液中的脆性系数F都较 成，随着裂纹的扩展、裂纹尺寸增加，试样的有效截 高，且F随HS含量或pH改变而变化很小，但随 面积减小、裂尖应力水平增大，增加了SCC裂纹扩 HS含量降低或H值升高其F值均有小幅度降 展的驱动力，导致裂纹快速扩展，形成穿晶型$CC. 低.且随pH值的降低较大，说明其SCC机制受HS 3Cr17Ni7Mo2SiN是奥氏体组织，氢扩散系数 含量影响较小而受pH影响较大，HIC对其SCC起 较低因此具有较强的耐HIC能力.但是，渗入钢中 到一定作用，这些与表4中U形弯试样浸泡的结果 的氢能够使奥氏体不锈钢发生马氏体化，增加其脆 完全一致.O0Cr22Ni5Mo3N不锈钢在pH值较低的 性，因而在H2S环境中具有很高的SCC敏感性可. 溶液1中的F非常高，高于同条件下 而且，在实验介质中的C厂浓度很高，能够使奥氏体 3Crl7Ni7Mo2SiN不锈钢，而在H2S含量较低或pH 组织发生严重局部腐蚀，促进晶间SCC的发生，从 值较高的溶液2~4中的脆性系数F大大降低，其 而增加SCC敏感性. 原因将在后文中结合断口形貌解释.在高pH值的 由图3(b1)和图3(b2)可见：00C22Ni5Mo3N 两种溶液中0OCr22Ni5Mo3N不锈钢的脆性系数很 不锈钢的SCC萌生区存在垂直主断面的二次裂纹， 小；与3Crl7Ni7Mo2SiN类似，00Cr22Ni5Mo3N不 对照金相组织（图1(b)可以判断这些裂纹发生在 锈钢在低pH值条件下的F值明显高于同H2S含 a一Fe和y-Fe间的相界上1凶；而在裂纹扩展区不存 量但pH值高的条件下的，高H2S含量溶液中的F 在相间裂纹断口呈现典型的解理断裂形貌.计了两种钢在四种溶液中的 SCC 孕育时间.由表 4 可见, 3C r17Ni7M o2SiN 不锈钢最长的 SCC 孕育时 间为 488 h , 而 00C r22Ni5M o3N 不锈钢在四种溶液 中浸泡 720 h 均未开裂(即 SCC 孕育期均大于 720 h),说明00C r22Ni5M o3N 不锈钢发生 SCC 的孕 育时间很长即其具有很好的抗 H2S SCC 性能 , SCC 敏感性较低 .在不同的 H2S 条件下, 其耐 SCC 性能 均优于 3Cr17Ni7Mo2SiN 不锈钢. 表 4 两种不锈钢发生SCC 前的浸泡时间统计 Table 4 St atistics of the time to SCC f ailure of U-bent specimens h 钢种 溶液 1 溶液 2 溶液 3 溶液 4 3Cr17Ni7M o2SiN 376 464 384 488 00Cr22Ni5Mo3N >720 >720 >720 >720 同时, 由不锈钢发生 SCC 孕育时间可以看出 , 相同 pH 值条件下 3Cr17Ni7M o2SiN 发生 SCC 的预 浸泡时间较接近 ,较低 pH 值条件下的时间短, 较高 pH 值条件下的时间长, 而与 H2S 含量的关系不大 . pH 相同时 , 在 H2S 含量低的溶液中比 H2S 含量高 的溶 液中发 生 SCC 前的 浸泡时 间稍 长.说 明 3Cr17Ni7Mo2SiN 在 H2S 溶液中的 SCC 受 pH 值影 响较大,而受 H2S 含量的影响较小. 2.2 SSRT 与 SCC敏感性 为了量化讨论两种钢在硫化氢溶液中的 SCC 敏感性 ,将 SSRT 后的延伸率损失定义为脆性系数 F , F =(1 -δ/ δ0)×100 %. 式中 δ、δ0 分别为在溶液和空气中 SSRT 后的延伸 率.F 的 统 计 如 图 2 所 示 .由 图 可 见 : 3Cr17Ni7Mo2SiN 在四种溶液中的脆性系数 F 都较 高,且 F 随 H2S 含量或 pH 改变而变化很小 , 但随 H2S 含量降低或 pH 值升高其 F 值均有小幅度降 低,且随 pH 值的降低较大, 说明其SCC 机制受 H2S 含量影响较小而受 pH 影响较大 , HIC 对其 SCC 起 到一定作用,这些与表 4 中 U 形弯试样浸泡的结果 完全一致 .00Cr22Ni5M o3N 不锈钢在 pH 值较低的 溶液 1 中 的 F 非 常 高 , 高 于 同 条 件 下 3Cr17Ni7Mo2SiN 不锈钢,而在 H2S 含量较低或 pH 值较高的溶液 2 ～ 4 中的脆性系数 F 大大降低 , 其 原因将在后文中结合断口形貌解释.在高 pH 值的 两种溶液中 00Cr22Ni5Mo3N 不锈钢的脆性系数很 小;与 3Cr17Ni7Mo2SiN 类似, 00Cr22Ni5M o3N 不 锈钢在低 pH 值条件下的 F 值明显高于同 H2S 含 量但 pH 值高的条件下的, 高 H2S 含量溶液中的 F 高于低 H2S 含 量的 溶液 中的.这些 结果 说明 00Cr22Ni5M o3N 不锈钢在高 H2S 含量且低 pH 值 的介质中具有较高的 SCC 敏感性 ,其 SCC 受 H +浓 度和 H2S 含量共同作用的影响显著, 单一低 pH 值 或高H2S 含量介质中其 SCC 敏感性很低. 图2 两种钢脆性系数 F 的对比 Fig.2 Brittle f act or of 3C r17Ni7Mo2SiN and 00Cr22Ni5Mo3N st ainless steels aft er S SRT 2.3 SCC的发生机制 图 3 是两种不锈钢在溶液 1 中的 SCC 裂纹起 源区和扩展区的断口 SEM 形貌.SCC 裂纹起源区 位于试样表面 ,为实验观察到宏观 SCC 首先发生的 部位 ;裂纹扩展区是由裂纹扩展区到瞬间断裂前裂 纹扩展 的区域 .由图 3 (a1)和图 3 (a2)可见: 3Cr17Ni7Mo2SiN 裂纹起源区断口为冰糖状形貌, 属典型的沿晶断口 ,断面上存在沿晶二次裂纹(箭头 标识);随着裂纹的扩展 , SCC 扩展区断口形貌属于 准解理断口 ,为穿晶解理断口,仍存在沿晶二次裂纹 (图 3(a2)箭头所示).这表明 3Cr17Ni7Mo2SiN 不 锈钢在 SCC 初期 , 裂纹主要以晶间裂纹的形式形 成 ,随着裂纹的扩展 、裂纹尺寸增加, 试样的有效截 面积减小、裂尖应力水平增大 , 增加了 SCC 裂纹扩 展的驱动力 ,导致裂纹快速扩展 ,形成穿晶型 SCC . 3Cr17Ni7Mo2SiN 是奥氏体组织 , 氢扩散系数 较低,因此具有较强的耐HIC 能力.但是 ,渗入钢中 的氢能够使奥氏体不锈钢发生马氏体化 , 增加其脆 性 ,因而在 H2S 环境中具有很高的 SCC 敏感性[ 6] . 而且,在实验介质中的 Cl -浓度很高, 能够使奥氏体 组织发生严重局部腐蚀 ,促进晶间 SCC 的发生, 从 而增加 SCC 敏感性. 由图 3(b1)和图 3(b2)可见 :00C r22Ni5M o3N 不锈钢的 SCC 萌生区存在垂直主断面的二次裂纹, 对照金相组织(图 1(b))可以判断这些裂纹发生在 α-Fe 和γ-Fe 间的相界上[ 12] ;而在裂纹扩展区不存 在相间裂 纹, 断口 呈现典 型的解 理断裂 形貌. · 320 · 北 京 科 技 大 学 学 报 第 31 卷