。1572 北京科技大学学报 第32卷 由断口形貌得出：在弱酸性溶液中，304L不锈钢试 溶液H值的降低，材料的强度和塑性降低，腐蚀加 样的断裂模式为脆性断裂，发生了应力腐蚀开裂：酸 剧.在溶液H值为7时，材料的最大抗拉强度和断 性越强，应力腐蚀敏感性增大. 裂时间这两个敏感性指标高于其他条件下的指标， 试样在H值为7的中性溶液中断面中心区呈 断裂吸收能较大：同时，试样的断面收缩率和延伸率 韧窝形貌韧窝约占整个断口的50%如图2（所 也最大，表明此时材料的脆性最小，材料在中性溶液 示.中心区韧窝很浅，有的大韧窝中含有小韧窝或 中的应力腐蚀敏感性较低.由此可见，中性溶液对 微小孔洞，说明其中心部分是在连续的拉伸过程中 试样应力腐蚀开裂影响最小，是避免304L不锈钢发 发生了强烈的塑性变形而导致试样的最终断裂，而 生应力腐蚀断裂的理想环境，此时材料的应力腐蚀 断口边缘起裂处呈现脆性断裂特征的解理形貌，如 敏感性最小 图2（所示.中心韧窝和边缘解理的存在说明在中 *pH 5 性溶液中，试样断裂方式为韧性断裂和脆性断裂同 400L PH6 时存在.在H值为10的弱碱性溶液中，断面较为 pH 7 PH 10 300 粗糙，有明显的撕裂棱，如图2（所示.由断面呈 现的“河流”流向可以看出，裂纹起源于外表面，断 40 100 面也分布短小的二次裂纹，如图2（所示.此环境 0 下的断口形貌表明，试样在碱性环境中，应力腐蚀开 304L SS.SSRT 100 点20 =2.5x103mms *廷帅率 +断装时问 裂程度严重，试样的断裂形式为脆性断裂. 300℃.15.5MPa Cl]=100x10 680 H值 2.2力学性能及分析 0.1 0.2 0.3 0.4 慢应变速率拉伸结果如图3所示，实验结果数 应变 据见表4当溶液H值为5和10时，材料的最大抗 图33041不锈钢在不同H值高温高压水中力学性能曲线 拉强度和延伸率的值均较小，表明在弱酸、弱碱介质 Fg 3 Mechanical propeny curves of 3041.stainkess steel in hgh- 中，304I的塑性损失较大.在弱酸性溶液中，随着 temperaure and hh-pressue wa terw ith various IH va lues 表4不同H值下304L不锈钢实验结果(300℃) Table4 Test results of304L stanless steel at various PH vajues 300C) 应变速率/广1 压力MPa H值 最大抗拉强度MPa 延伸率% 断面收缩率% 断裂时间/h 283 17.8 13.5 49.9 6 300 21.8 165 63.4 1X10-6 15.5 7 402 346 337 983 10 323 22.1 19.0 67.2 2.3H值对SCC影响机理 此循环形成了应力腐蚀裂纹.由于腐蚀液的渗入， 通过对试样断口形貌和力学性能的分析，表明 裂纹两侧的表面也形成了大量的点蚀坑，这些点蚀 在中性溶液中，304不锈钢的应力腐蚀敏感性相对 坑的出现严重降低了材料本身的力学性能. 较低.在弱酸性和弱碱性溶液中断口呈现准解理面 Congle tar等I1o认为不锈钢在高温酸性溶液环境中， 或解理面及二次裂纹等脆性断口形貌信息，材料强 表面与溶液充分接触，发生反应，形成点蚀。在持续 度和韧性损失较大，说明在酸碱溶液中，304不锈 的拉应力作用下，这些点蚀成为裂纹源，使试样表面 钢应力腐蚀开裂敏感性较大，而且酸性越强、敏感性 产生微裂纹，微裂纹的形成使酸性溶液与新鲜金属 越强.本文中硼酸根离子和锂离子的主要作用体现 接触，从而促进裂纹的扩展.当裂纹扩展时，其缝内 在对溶液H值的调节方面，其对304L不锈钢应力 的化学条件越来越偏离表面的化学环境，因此可以 腐蚀行为的影响是通过改变H值，进而引起腐蚀 认为裂纹扩展更多依赖于裂纹尖端处的电化学条件 电化学过程改变来实现的， 而非表面的具体化学环境。Koj等四的实验结果 304不锈钢在酸性环境中的应力腐蚀开裂机 表明，在压水堆一回路水环境下(320℃，316不锈 理是阳极溶解型的，在金属腐蚀过程中，酸性溶液中 钢在含硼酸溶液中的穿晶应力腐蚀开裂裂纹扩展速 的氢有一部分扩散进入材料或裂纹尖瑞加速应力 率随[F]浓度的升高而增加.另有实验结果表明， 腐蚀开裂过程.试样在应力作用下，金属表面钝 H值越高，开裂时间越长.这可能与孔蚀有关.当 化膜被撕破，露出的新鲜金属与腐蚀液发生反应，如 H值为5~12时，在225℃下，测定了无负荷试样北 京 科 技 大 学 学 报 第 32卷 由断口形貌得出 :在弱酸性溶液中 , 304L不锈钢试 样的断裂模式为脆性断裂 ,发生了应力腐蚀开裂;酸 性越强 ,应力腐蚀敏感性增大. 试样在 pH值为 7的中性溶液中断面中心区呈 韧窝形貌, 韧窝约占整个断口的 50%, 如图 2(e)所 示 .中心区韧窝很浅 , 有的大韧窝中含有小韧窝或 微小孔洞,说明其中心部分是在连续的拉伸过程中 发生了强烈的塑性变形而导致试样的最终断裂 ,而 断口边缘起裂处呈现脆性断裂特征的解理形貌 ,如 图 2(f)所示 .中心韧窝和边缘解理的存在说明在中 性溶液中,试样断裂方式为韧性断裂和脆性断裂同 时存在 .在 pH值为 10的弱碱性溶液中, 断面较为 粗糙, 有明显的撕裂棱, 如图 2(g)所示.由断面呈 现的“河流 ”流向可以看出 , 裂纹起源于外表面, 断 面也分布短小的二次裂纹 ,如图 2(h)所示 .此环境 下的断口形貌表明,试样在碱性环境中,应力腐蚀开 裂程度严重 ,试样的断裂形式为脆性断裂 . 2.2 力学性能及分析 慢应变速率拉伸结果如图 3所示 ,实验结果数 据见表 4.当溶液 pH值为 5和 10时 ,材料的最大抗 拉强度和延伸率的值均较小,表明在弱酸 、弱碱介质 中 , 304L的塑性损失较大.在弱酸性溶液中, 随着 溶液 pH值的降低 ,材料的强度和塑性降低 ,腐蚀加 剧.在溶液 pH值为 7时 ,材料的最大抗拉强度和断 裂时间这两个敏感性指标高于其他条件下的指标, 断裂吸收能较大;同时, 试样的断面收缩率和延伸率 也最大,表明此时材料的脆性最小 ,材料在中性溶液 中的应力腐蚀敏感性较低 .由此可见, 中性溶液对 试样应力腐蚀开裂影响最小 ,是避免 304L不锈钢发 生应力腐蚀断裂的理想环境, 此时材料的应力腐蚀 敏感性最小. 图 3 304L不锈钢在不同 pH值高温高压水中力学性能曲线 Fig.3 Mechanicalpropertycurvesof304Lstainlesssteelinhigh￾temperatureandhigh-pressurewaterwithvariouspHvalues 表 4 不同 pH值下 304L不锈钢实验结果(300℃) Table4 Testresultsof304LstainlesssteelatvariouspHvalues(300℃) 应变速率 /s-1 压力 /MPa pH值 最大抗拉强度 /MPa 延伸率 /% 断面收缩率/% 断裂时间 /h 5 283 17.8 13.5 49.9 1×10 -6 15.5 6 300 21.8 16.5 63.4 7 402 34.6 33.7 98.3 10 323 22.1 19.0 67.2 2.3 pH值对 SCC影响机理 通过对试样断口形貌和力学性能的分析 , 表明 在中性溶液中, 304L不锈钢的应力腐蚀敏感性相对 较低.在弱酸性和弱碱性溶液中断口呈现准解理面 或解理面及二次裂纹等脆性断口形貌信息 , 材料强 度和韧性损失较大, 说明在酸碱溶液中 , 304L不锈 钢应力腐蚀开裂敏感性较大,而且酸性越强、敏感性 越强.本文中硼酸根离子和锂离子的主要作用体现 在对溶液 pH值的调节方面, 其对 304L不锈钢应力 腐蚀行为的影响是通过改变 pH值, 进而引起腐蚀 电化学过程改变来实现的 . 304L不锈钢在酸性环境中的应力腐蚀开裂机 理是阳极溶解型的,在金属腐蚀过程中,酸性溶液中 的氢有一部分扩散进入材料或裂纹尖端, 加速应力 腐蚀开裂过程 [ 9] .试样在应力作用下 , 金属表面钝 化膜被撕破 ,露出的新鲜金属与腐蚀液发生反应,如 此循环形成了应力腐蚀裂纹 .由于腐蚀液的渗入, 裂纹两侧的表面也形成了大量的点蚀坑 ,这些点蚀 坑的 出现 严 重降 低 了 材料 本 身的 力 学 性 能. Congleton等 [ 10]认为不锈钢在高温酸性溶液环境中, 表面与溶液充分接触 , 发生反应 ,形成点蚀, 在持续 的拉应力作用下,这些点蚀成为裂纹源 ,使试样表面 产生微裂纹,微裂纹的形成使酸性溶液与新鲜金属 接触 ,从而促进裂纹的扩展.当裂纹扩展时, 其缝内 的化学条件越来越偏离表面的化学环境 ,因此可以 认为裂纹扩展更多依赖于裂纹尖端处的电化学条件 而非表面的具体化学环境.Koji等 [ 11] 的实验结果 表明 ,在压水堆一回路水环境下 (320 ℃), 316不锈 钢在含硼酸溶液中的穿晶应力腐蚀开裂裂纹扩展速 率随 [ H + ]浓度的升高而增加 .另有实验结果表明, pH值越高 ,开裂时间越长 .这可能与孔蚀有关 .当 pH值为 5 ～ 12时 ,在 225 ℃下, 测定了无负荷试样 · 1572·