鉬酸根離子對不銹鋼的點蝕抑制作用一直被研究,G.O.Ilevbare指出鉬酸根離子可以通過控制亞穩態的點蝕和穩定點蝕來提高耐蝕性能。S.A.M.Refaey 發現無機鉬酸鹽通過增加點蝕電位來阻止酸性和氯化物溶液中的點蝕發生。因此,鉬酸根離子相當于一種抑制劑,一定含量的抑制劑可以減緩腐蝕的發生,而鉬酸根與雙相不銹鋼應力腐蝕敏感性關系的研究目前報道很少,本節采用慢應變拉伸的方法,分別討論鉬酸根離子對2205和2507兩種牌號雙相不銹鋼的應力腐蝕敏感性影響。
950℃/30min 固溶處理的2205雙相不銹鋼在0.1mol/L NaCl和0.1mol/L NaCl+0.05mol/L MoO2-4 溶液中的慢應變速率拉伸曲線如圖4.18所示。慢應變速率拉伸斷裂后,試樣的斷面收縮率和延伸率的值如表4.6所列。不同溶液中,950℃/30min 固溶處理的2205不(bu)銹鋼(gang)的斷口形貌如圖4.19所示。
圖4.18 室溫下不同溶液中,950℃/30min固溶處理的雙相不銹鋼慢應變速率拉伸曲線從表4.6中可以看出,950℃/30min固溶處理的2205雙相不銹鋼在空氣中的斷面收縮率和延伸率分別為63.2%、43.5%;在0.1mol/L NaCl溶液中,斷面收縮率和延伸率分別降至32.0%、29.2%,應力腐蝕敏感性較高;在0.1mol/LNaCl+0.05mol/L MoO2-4溶液中,斷面收縮率和延伸率分別上升為56.9%、39.5%.可以看出,MoO2-4使雙相不銹鋼的塑性損失變小,應力腐蝕敏感性降低。從圖4.19的斷口形貌中可以看出,向溶液中引入MoO2-4后,雙相不銹鋼的斷口形貌中韌窩的數量增加且韌窩變細小,韌性損失降低,應力腐蝕敏感性降低。
腐蝕產生的H原子滲入材料中,增加材料的氫脆敏感性,降低材料的耐應力腐蝕性能。MoO2-4加入至溶液中后,抑制H原子在材料表面的吸附,降低試樣表面的H原子濃度,減小H原子的濃度梯度,降低H原子擴散的驅動力,使得H原子不易滲人材料中,降低材料的氫脆敏感性,改善材料的耐應力腐蝕性能。
鉬酸根離子對2507不銹鋼應力腐蝕敏感性的影響與2205雙相不銹鋼相似,其于室溫下在含有不同濃度鉬酸根離子的3.5%NaCl溶液中SSRT結果如圖4.20和表4.7所示。從圖4.20中可以很明顯地看出試樣在空氣中的抗拉強度和拉伸應變量都較高,在含有0.05mol/L MoO2-4的3.5%NaCl溶液中的抗拉強度和拉伸應變次之,而試樣于3.5%NaCl溶液介質中的抗拉強度和拉伸應變均較小,具體數值如表4.7所列。從表4.7中可以看出試樣在3.5%Nac溶液中的抗拉強度為863.573MPa,比在空氣中減小了26.183MPa;試樣在含有0.05mol/LMoO3的3.5%NaCl溶液中的抗拉強度為877.341MPa,比在空氣中減小了12.415MPa,減小幅度小于鋼在3.5%NaCl介質中的抗拉強度;除此之外,2507不銹鋼在含有0.05mol/L MoO2-4溶液中斷裂時的應變以及斷裂時間分別為11.0336mm、30.07h,而在3.5%NaCl溶液中斷裂時的應變以及斷裂時間分別是10.9623mm、29.49h,可以看出在鉬酸根離子的作用下,試樣的斷裂時間和斷裂時的應變值都比在3.5%NaCl溶液中高斷裂時的應變都較高。
本節采(cai)用(yong)σ、δ、t指(zhi)標評(ping)價2507雙(shuang)相不(bu)銹鋼(gang)于(yu)室溫(wen)下在各介質中的(de)應力腐蝕(shi)敏感性。σ、δ、t值較大(da),表明2507雙(shuang)相不(bu)銹鋼(gang)的(de)應力腐蝕(shi)開(kai)裂(lie)敏感性更強,抗應力腐蝕(shi)開(kai)裂(lie)性能更低。
式中:σ0、δ0、t0分別為空氣中的抗拉強度、斷裂時間和斷裂應變σ1、δ1、t1分別為腐蝕溶液介質中的抗拉強度、斷裂時間及斷裂應變。
根(gen)(gen)(gen)(gen)(gen)據(ju)式(4.6)~式(4.8)計算得(de)到的(de)(de)(de)(de)應(ying)(ying)(ying)力(li)(li)(li)(li)腐(fu)(fu)(fu)(fu)蝕(shi)(shi)敏(min)(min)感(gan)(gan)系(xi)數(shu)σ、δ、t值如表4.8所列。從(cong)表4.7可以看出(chu)試樣(yang)于(yu)3.5%NaCl溶液介質(zhi)中(zhong)的(de)(de)(de)(de)應(ying)(ying)(ying)力(li)(li)(li)(li)腐(fu)(fu)(fu)(fu)蝕(shi)(shi)敏(min)(min)感(gan)(gan)系(xi)數(shu)σ、δ、t值分別是(shi)0.02942、0.02585及(ji)(ji)0.05632,而在含有鉬(mu)酸(suan)根(gen)(gen)(gen)(gen)(gen)離子(zi)腐(fu)(fu)(fu)(fu)蝕(shi)(shi)介質(zhi)中(zhong)的(de)(de)(de)(de)應(ying)(ying)(ying)力(li)(li)(li)(li)腐(fu)(fu)(fu)(fu)蝕(shi)(shi)敏(min)(min)感(gan)(gan)系(xi)數(shu)σ、δ、t值分別是(shi)0.01395、0.01951及(ji)(ji)0.03776,相(xiang)(xiang)比于(yu)3.5%NaCl溶液中(zhong)的(de)(de)(de)(de)分別減小了(le)(le)0.01547、0.00634及(ji)(ji)0.01856,也就是(shi)說鉬(mu)酸(suan)根(gen)(gen)(gen)(gen)(gen)離子(zi)降低(di)了(le)(le)2507雙(shuang)相(xiang)(xiang)不(bu)(bu)銹(xiu)鋼(gang)的(de)(de)(de)(de)應(ying)(ying)(ying)力(li)(li)(li)(li)腐(fu)(fu)(fu)(fu)蝕(shi)(shi)開裂(lie)敏(min)(min)感(gan)(gan)性(xing),提高了(le)(le)2507雙(shuang)相(xiang)(xiang)不(bu)(bu)銹(xiu)鋼(gang)的(de)(de)(de)(de)抗(kang)應(ying)(ying)(ying)力(li)(li)(li)(li)腐(fu)(fu)(fu)(fu)蝕(shi)(shi)開裂(lie)能(neng)力(li)(li)(li)(li)。這主要是(shi)由(you)于(yu)鉬(mu)酸(suan)根(gen)(gen)(gen)(gen)(gen)離子(zi)跟氯(lv)(lv)離子(zi)之間的(de)(de)(de)(de)“競爭吸(xi)附”作(zuo)用(yong)(yong)減弱(ruo)了(le)(le)氯(lv)(lv)離子(zi)在鋼(gang)表面(mian)的(de)(de)(de)(de)吸(xi)附量,使得(de)鋼(gang)表面(mian)鈍化(hua)(hua)(hua)膜的(de)(de)(de)(de)抗(kang)蝕(shi)(shi)能(neng)力(li)(li)(li)(li)得(de)到增(zeng)(zeng)強;此外,鉬(mu)酸(suan)根(gen)(gen)(gen)(gen)(gen)離子(zi)和氯(lv)(lv)離子(zi)的(de)(de)(de)(de)“誘導吸(xi)附”作(zuo)用(yong)(yong)增(zeng)(zeng)強了(le)(le)鉬(mu)酸(suan)根(gen)(gen)(gen)(gen)(gen)離子(zi)在金屬表面(mian)裸露出(chu)來鈍化(hua)(hua)(hua)膜處的(de)(de)(de)(de)吸(xi)附,也增(zeng)(zeng)強了(le)(le)鋼(gang)的(de)(de)(de)(de)抗(kang)腐(fu)(fu)(fu)(fu)蝕(shi)(shi)性(xing)能(neng)。從(cong)第3章研(yan)究的(de)(de)(de)(de)鉬(mu)酸(suan)根(gen)(gen)(gen)(gen)(gen)離子(zi)對(dui)2507雙(shuang)相(xiang)(xiang)不(bu)(bu)銹(xiu)鋼(gang)電(dian)(dian)化(hua)(hua)(hua)學(xue)腐(fu)(fu)(fu)(fu)蝕(shi)(shi)行為研(yan)究可知,鉬(mu)酸(suan)根(gen)(gen)(gen)(gen)(gen)離子(zi)提高了(le)(le)鋼(gang)的(de)(de)(de)(de)抗(kang)電(dian)(dian)化(hua)(hua)(hua)學(xue)腐(fu)(fu)(fu)(fu)蝕(shi)(shi)性(xing)能(neng),且(qie)隨著鉬(mu)酸(suan)根(gen)(gen)(gen)(gen)(gen)離子(zi)濃度的(de)(de)(de)(de)升高作(zuo)用(yong)(yong)越強,這與慢應(ying)(ying)(ying)變速率(lv)拉伸實驗結果(guo)是(shi)一致(zhi)的(de)(de)(de)(de)。總之,鉬(mu)酸(suan)根(gen)(gen)(gen)(gen)(gen)離子(zi)降低(di)了(le)(le)2507雙(shuang)相(xiang)(xiang)不(bu)(bu)銹(xiu)鋼(gang)的(de)(de)(de)(de)應(ying)(ying)(ying)力(li)(li)(li)(li)腐(fu)(fu)(fu)(fu)蝕(shi)(shi)開裂(lie)敏(min)(min)感(gan)(gan)性(xing),提高了(le)(le)其(qi)抗(kang)應(ying)(ying)(ying)力(li)(li)(li)(li)腐(fu)(fu)(fu)(fu)蝕(shi)(shi)破裂(lie)的(de)(de)(de)(de)性(xing)能(neng)。
2507雙相(xiang)不(bu)銹(xiu)鋼(gang)于含有不(bu)同鉬(mu)酸(suan)根離(li)子濃度的(de)(de)3.5%NaCl溶(rong)液(ye)介(jie)質中的(de)(de)拉(la)伸斷(duan)口顯微形(xing)貌如(ru)圖4.21所示。圖4.21顯示在(zai)各(ge)介(jie)質中2507雙相(xiang)不(bu)銹(xiu)鋼(gang)的(de)(de)拉(la)伸斷(duan)SEM 形(xing)貌都具(ju)有明(ming)顯的(de)(de)韌窩,都表(biao)現為韌性斷(duan)裂(lie)。但是(shi)可以明(ming)顯地(di)從圖中看(kan)出(chu)試樣 DSS2507在(zai)3.5%NaCl溶(rong)液(ye)介(jie)質中韌窩尺寸較大且分(fen)布不(bu)密集(ji),但是(shi)在(zai)鉬(mu)酸(suan)根離(li)子的(de)(de)作用下DSS2507的(de)(de)拉(la)伸斷(duan)口韌窩數量(liang)增(zeng)多、分(fen)布比(bi)較密集(ji)且尺寸變小,這表(biao)明(ming)鉬(mu)酸(suan)根離(li)子使2507不(bu)銹(xiu)鋼(gang)的(de)(de)韌性損(sun)失減小、減弱了鋼(gang)的(de)(de)應力腐蝕破裂(lie)敏感性,增(zeng)強了DSS2507的(de)(de)耐SCC能力,該(gai)結論跟應力一應變曲線(xian)所得(de)結論是(shi)相(xiang)同的(de)(de)。
綜上所述,鉬酸根離子(zi)使2507不銹鋼的應力腐(fu)蝕開裂(lie)(lie)敏(min)感(gan)性降(jiang)低,增強了其耐(nai)應力腐(fu)蝕開裂(lie)(lie)的能力。
綜合2205不銹鋼和2507不銹鋼的實驗結果可知,在鉬酸根離子的作用下,雙相不銹鋼的抗拉強度、斷裂應變以及斷裂時間都呈增大的變化趨勢,而應力腐蝕敏感系數σ、δ及t呈減小的趨勢。這表明鉬酸根離子減弱了雙相不銹鋼的應力腐蝕開裂敏感性,提高了其抗應力腐蝕開裂性能。主要是因為鉬酸根離子增強了雙相不銹鋼表面原來保護膜的完整性及致密度,同時可以抑制H原子在膜層表面的吸附,降低H原子進入雙相不銹鋼的概率,進而增強了雙相不銹鋼的耐應力腐蝕破裂性能。