如前所述,到1975年前后為止,評價不銹鋼的應力腐蝕斷裂一般主要采用42%~45%的MgCl2水溶液,但是就實際的應力腐蝕斷裂環境來說,由于將食鹽作為雜質成分包含在內的情況比較多,所以有時也使用濃度較高的食鹽水。在這種情況下,為了達到加速腐蝕斷裂的目的,嘗試使用了濃度較高并且添加少量氧化劑的水溶液。
日本國內的試驗例子比較少,1959年川畑等使用4%和20%的沸騰食鹽水,以及在其中添加了H2O2、NaNO2、NHNO2、N2Cr2O7、CrCl3、HgC2等成分的試驗液,采用3點支持方式對304不銹鋼以及316不銹鋼(gang)的退火材料和冷軋材料施加應力進行試驗,并發表了試驗結果。結果表明:在4%NaCl溶液中兩種鋼不易發生斷裂;在20%NaCl為主的溶液中,304不銹鋼在所有條件下都發生斷裂;而316不銹鋼只有在添加1%Na2Cr2O7·2H2O、0.25% CrCl3或者1%HgC2等成分時才會發生斷裂。此外,1961年森田針對食鹽主體溶液環境下熱處理對斷裂的影響進行了研究,其結果是:進行敏化熱處理(650℃、2h)時,在這些食鹽水溶液中,不具備耐晶間腐蝕性的304不銹鋼、316不(bu)銹鋼,其晶界裂紋敏感性也會提高;在退火狀態不發生斷裂的316鋼也往往會發生晶界斷裂;另一方面,304L不銹鋼、347不銹(xiu)鋼、316L不銹鋼等耐晶間腐蝕鋼種的裂紋敏感性卻幾乎沒有變化。還有,在154℃的MgCl2溶液中,所有鋼種都發生了穿晶裂紋,與敏化熱處理無關。
橫田等(1970年)采用比較容易導致斷裂的20%NaCl+1%Na2Cr2O7·2H2O試驗液,采取U形彎曲方式施加應力進行試驗,結果表明:在44%MgCl2溶液試驗中沒有發生應力腐蝕斷裂的18Cr-13Ni-3Si鋼也發生了應力腐蝕斷裂;但如果在18Cr-13Ni-3Si鋼中加入銅元素(最高加入1.5%Cu)組成合金試樣進行試驗,結果證明,銅含量達到0.7%以上能夠防止斷裂。之后于1973年發表的圖7.11表示出了在沸騰20%NaCl+1%Na2Cr2O7·2H2O溶液以及沸騰44%MgCI2溶液中,Cr、Si還有銅含量對于斷裂的影響,這些元素在兩種試驗液中產生的影響完全不同。也就是說,在44%MgCl2溶液中鉻含量的增加會提高裂紋敏感性,但在以食鹽為主的溶液中隨著鉻含量的增加越發不易斷裂;硅在前者中會抑制斷裂,但在后者中卻幾乎沒有影響。另一方面,銅在前者中幾乎沒有什么影響,但在后者以食鹽為主的溶液中卻有著顯著的抑制斷裂的效果。
中山等(1979年)在(zai)20%NaCl(100℃)中采(cai)用SERT法對304鋼和(he)(he)含0.24%Mo和(he)(he)0.20%Cu的304不銹鋼進行了耐應力(li)腐蝕斷裂性試(shi)驗,結果(guo)也(ye)證明后者的裂紋(wen)敏感性較低(di),與42%MgCb溶液試(shi)驗的結果(guo)完全相(xiang)反。
采用各種市售奧氏體不銹鋼,添加各種氧化劑后在20%NaCl中進行試驗,其結果如表7.5 所示。從表中可以看出:在市售鋼當中,銅的效果也非常明顯;還有,復合添加了鉬和銅的316J1鋼只有在1%Na2Cr2O7·2H2O的溶液中才會發生斷裂;鎳含量較高的V16A(18Cr-18Ni-Mo-Cu鋼)、Alloy20、Incoloy800在任何條件下都不會發生斷裂。這和實際使用效果是一致的。
此外(wai)(wai),遲沢等(deng)(1980年(nian))、小(xiao)林(lin)等(deng)(1980年(nian))運用20%NaCl來研究(jiu)應(ying)(ying)力腐蝕斷(duan)裂(lie)發(fa)生的電位-pH條件。其中,通過包含(han)了(le)各種添加劑的20%NaCl溶(rong)(rong)液(ye)(ye)(ye)得出的、針對(dui)7種奧氏(shi)體不(bu)銹(xiu)(xiu)鋼(gang)(gang)的結果如(ru)圖7.12所示(shi)。會發(fa)生應(ying)(ying)力腐蝕斷(duan)裂(lie)的鋼(gang)(gang)是(shi)304、316、18Cr-16Ni-5Mo、還有(you)21Cr-12Ni-2.5Mo-0.2N鋼(gang)(gang),普通耐腐蝕性越好的鋼(gang)(gang),其斷(duan)裂(lie)范(fan)圍(wei)就越處(chu)于低(di)pH、高(gao)電位側。其他鋼(gang)(gang)種的應(ying)(ying)力腐蝕斷(duan)裂(lie)沒有(you)發(fa)生范(fan)圍(wei),如(ru)果電位變高(gao)僅僅會出現(xian)點腐蝕;另外(wai)(wai)還發(fa)現(xian),發(fa)生應(ying)(ying)力腐蝕斷(duan)裂(lie)的鋼(gang)(gang)都是(shi)以點腐蝕為起(qi)點的。不(bu)過,作為試驗液(ye)(ye)(ye)經(jing)常使用的20%NaCl+1%Na2Cr2O7·2H2O溶(rong)(rong)液(ye)(ye)(ye)的pH值(zhi)不(bu)像高(gao)濃度MgCl2那么低(di),大(da)約為4,其特征是(shi):在(zai)同溶(rong)(rong)液(ye)(ye)(ye)中不(bu)銹(xiu)(xiu)鋼(gang)(gang)的電位先(xian)變高(gao),發(fa)生點腐蝕后,電位會移(yi)向低(di)側,到達應(ying)(ying)力腐蝕斷(duan)裂(lie)的范(fan)圍(wei)。
使(shi)用(yong)高濃度(du)(du)食(shi)鹽(yan)水(shui)對(dui)各種鋼進行比較,其結(jie)果和(he)實(shi)際(ji)應用(yong)的(de)(de)結(jie)果相一(yi)致(zhi)。但涉(she)及實(shi)際(ji)應用(yong)中高濃度(du)(du)氯(lv)化物的(de)(de)裝(zhuang)置(zhi)比較少(shao),因(yin)此在80℃以(yi)下(xia)時,以(yi)將氯(lv)離子作(zuo)為不純成(cheng)分包含(han)在內的(de)(de)溫(wen)水(shui)為對(dui)象,高濃度(du)(du)食(shi)鹽(yan)水(shui)試驗(yan)難度(du)(du)較大(da),所以(yi)隨著溫(wen)水(shui)處(chu)理裝(zhuang)置(zhi)的(de)(de)普(pu)及,一(yi)般采用(yong)帶有縫(feng)隙(xi)的(de)(de)試片(后述)通(tong)過稀(xi)薄(bo)食(shi)鹽(yan)水(shui)來進行評價。