D0I:10.13374/i.issnl00113.2008.05.012 第30卷第5期 北京科技大学学报 Vol.30 No.5 2008年5月 Journal of University of Science and Technology Beijing May 2008 小锥度试样在研究应力腐蚀裂纹形核中的应用 史冬梅李金许高克玮乔利杰 北京科技大学腐蚀与防护中心环境断裂教育部重点实验室，北京100083 摘要尝试利用小锥度试样测量304不锈钢应力腐蚀裂纹的形核时间，以确定裂纹形核在整个断裂过程中的贡献·结果表 明，用小锥度试样可以有效测量应力腐蚀裂纹的形核时间·对304不锈钢，在沸腾MgC2溶液中应力腐蚀裂纹的形核时间与 应力之间满足，=4310exp(一0.0097o),而断裂时间与应力的关系为4=6964exp(一0.0095o),说明应力腐蚀断裂时间的大 部分来源于裂纹的形核过程.断口形貌与外加应力有关，随外加应力增大，断口的穿晶解理部分减少. 关键词304不锈钢：应力腐蚀：裂纹形核：裂纹 分类号TG111.91 Crack initiation time determined by tapered round specimens SHI Dongmei.LI Jinxu,GAO Kewei.QIAO Lijie Corrosion and Protection Center:Environment Fracture Laboratory of the Ministry of Education of China,University of Science and Technology Bei- jing.Beijing 100083.China ABSTRACT In order to ascertain the contribution of crack nucleation process in fracture.round tapered specimens of 304 stainless steel were used to determine the initiation time of stress corrosion cracking in boiling 42%MgCl2 solution.The results showed that the relation of the time to nucleation of stress corrosion cracking (SCC)to the applied stress obeyed=4310exp(-0.0097a):how- ever,the relation of the time to fracture to the applied stress was=6964exp(-0.0095).It was indicated that the majority of fracture process consisted of crack initiation.The fracture surface was related to the applied stress.The transgranular SCC area de- creased with the increase in applied stress. KEY WORDS 304 stainless steel;stress corrosion cracking:crack initiation:crack 大多数关于应力腐蚀(SCC)的研究中，仅报道 质的应力腐蚀更是核电、火电行业不断出现的大问 了断裂时间，而如何确定裂纹的形核时间一直是困 题[90]，SCC是核电工业中构件失效的主要原因， 扰人们的难题，也是多年来人们一直关注的问 尤其是蒸汽发生器等热交换装置经常在高温高压水 题】.实际上，裂纹的形核时间是整个断裂过程 环境中经常发生SCC·美国电力研究院过去20年 的主要部分，文献[5]指出裂纹形核基本在断裂前的 的统计结果表明，蒸汽发生器破坏80%以上是由于 2~3h,而达到断裂的时间长达139h.无论是理论 SCC导致的.研究SCC形核时间的确定方法，对预 研究还是工业应用，裂纹形核时间都比断裂时间更 测预防SCC的发生具有重要应用价值，以前曾有 有意义，虽然有人利用声发射、涡流探伤、磁通量法 报道利用锥形试样来研究黄铜的SCC的形核应 以及电化学噪声等方法试图来确定裂纹的形核时 力1]；奥氏体不锈钢是核电工业中经常使用的材 间]，但一方面第1个裂纹刚形成时很难被确定， 料，因而本文选用具有代表性的304不锈钢来研究 另一方面在高温高压水介质的应力腐蚀，很难将相 SCC的形核问题 应的传感器放入该系统进行原位监测.高温高压介 1实验方法 收稿日期：2007-03-09修回日期：2007-10-23 本研究使用的材料为304不锈钢，钢的成分列 基金项目：国家自然科学基金资助项目(N。,50731003:N。- 于表1，采用锥形试样如图1所示，为了获得均匀 50671007) 作者简介：史冬梅(1966一)，女，博士研究生：乔利杰(1957一)男， 的奥氏体组织，将试样在1323K的温度下进行2h 教授，博士生导师，Email:Igiao@ustb,edu-cn 的固溶处理，然后空冷，在SCC实验前，所有试样小锥度试样在研究应力腐蚀裂纹形核中的应用 史冬梅 李金许 高克玮 乔利杰 北京科技大学腐蚀与防护中心 环境断裂教育部重点实验室‚北京100083 摘 要 尝试利用小锥度试样测量304不锈钢应力腐蚀裂纹的形核时间‚以确定裂纹形核在整个断裂过程中的贡献．结果表 明‚用小锥度试样可以有效测量应力腐蚀裂纹的形核时间．对304不锈钢‚在沸腾 MgCl2 溶液中应力腐蚀裂纹的形核时间与 应力之间满足 ti＝4310exp（－0∙0097σ）‚而断裂时间与应力的关系为 tf＝6964exp（－0∙0095σ）‚说明应力腐蚀断裂时间的大 部分来源于裂纹的形核过程．断口形貌与外加应力有关‚随外加应力增大‚断口的穿晶解理部分减少． 关键词 304不锈钢；应力腐蚀；裂纹形核；裂纹 分类号 TG111∙91 Crack initiation time determined by tapered round specimens SHI Dongmei‚LI Jinxu‚GA O Kewei‚QIA O Lijie Corrosion and Protection Center‚Environment Fracture Laboratory of the Ministry of Education of China‚University of Science and Technology Bei￾jing‚Beijing100083‚China ABSTRACT In order to ascertain the contribution of crack nucleation process in fracture‚round tapered specimens of 304stainless steel were used to determine the initiation time of stress corrosion cracking in boiling42％ MgCl2 solution．T he results showed that the relation of the time to nucleation of stress corrosion cracking （SCC） to the applied stress obeyed ti＝4310exp（－0∙0097σ）；how￾ever‚the relation of the time to fracture to the applied stress was tf＝6964exp（－0∙0095σ）．It was indicated that the majority of fracture process consisted of crack initiation．T he fracture surface was related to the applied stress．T he transgranular SCC area de￾creased with the increase in applied stress． KEY WORDS 304stainless steel；stress corrosion cracking；crack initiation；crack 收稿日期：2007-03-09 修回日期：2007-10-23 基金项 目：国 家 自 然 科 学 基 金 资 助 项 目 （ No．50731003；No． 50671007） 作者简介：史冬梅（1966－）‚女‚博士研究生；乔利杰（1957－）‚男‚ 教授‚博士生导师‚E-mail：lqiao＠ustb．edu．cn 大多数关于应力腐蚀（SCC）的研究中‚仅报道 了断裂时间‚而如何确定裂纹的形核时间一直是困 扰人们的难题‚也是多年来人们一直关注的问 题［1－4］．实际上‚裂纹的形核时间是整个断裂过程 的主要部分‚文献［5］指出裂纹形核基本在断裂前的 2～3h‚而达到断裂的时间长达139h．无论是理论 研究还是工业应用‚裂纹形核时间都比断裂时间更 有意义．虽然有人利用声发射、涡流探伤、磁通量法 以及电化学噪声等方法试图来确定裂纹的形核时 间［5－8］‚但一方面第1个裂纹刚形成时很难被确定‚ 另一方面在高温高压水介质的应力腐蚀‚很难将相 应的传感器放入该系统进行原位监测．高温高压介 质的应力腐蚀更是核电、火电行业不断出现的大问 题［9－10］．SCC 是核电工业中构件失效的主要原因‚ 尤其是蒸汽发生器等热交换装置经常在高温高压水 环境中经常发生 SCC．美国电力研究院过去20年 的统计结果表明‚蒸汽发生器破坏80％以上是由于 SCC 导致的．研究 SCC 形核时间的确定方法‚对预 测预防 SCC 的发生具有重要应用价值．以前曾有 报道利用锥形试样来研究黄铜的 SCC 的形核应 力［11－12］；奥氏体不锈钢是核电工业中经常使用的材 料‚因而本文选用具有代表性的304不锈钢来研究 SCC 的形核问题． 1 实验方法 本研究使用的材料为304不锈钢‚钢的成分列 于表1．采用锥形试样如图1所示．为了获得均匀 的奥氏体组织‚将试样在1323K 的温度下进行2h 的固溶处理‚然后空冷．在 SCC 实验前‚所有试样 第30卷 第5期 2008年 5月 北 京 科 技 大 学 学 报 Journal of University of Science and Technology Beijing Vol．30No．5 May2008 DOI:10．13374／j．issn1001－053x．2008．05．012