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(shi)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(bu)銹鋼(gang)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。
本節采用σ、δ、t指標評價2507雙(shuang)相(xiang)不銹(xiu)鋼(gang)于室(shi)溫下在各介(jie)質中的(de)應力腐蝕敏(min)感性(xing)。σ、δ、t值(zhi)較大,表(biao)明2507雙(shuang)相(xiang)不銹(xiu)鋼(gang)的(de)應力腐蝕開(kai)裂(lie)敏(min)感性(xing)更強,抗(kang)應力腐蝕開(kai)裂(lie)性(xing)能(neng)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)據式(shi)(4.6)~式(shi)(4.8)計(ji)算得(de)(de)到的(de)(de)應力(li)腐(fu)(fu)蝕(shi)(shi)敏感(gan)系數σ、δ、t值如表(biao)4.8所列(lie)。從表(biao)4.7可以(yi)看(kan)出(chu)試樣于3.5%NaCl溶液(ye)介(jie)質中(zhong)的(de)(de)應力(li)腐(fu)(fu)蝕(shi)(shi)敏感(gan)系數σ、δ、t值分(fen)(fen)別是(shi)(shi)0.02942、0.02585及0.05632,而在(zai)含有鉬(mu)(mu)(mu)酸(suan)(suan)根(gen)(gen)(gen)離(li)(li)子(zi)(zi)腐(fu)(fu)蝕(shi)(shi)介(jie)質中(zhong)的(de)(de)應力(li)腐(fu)(fu)蝕(shi)(shi)敏感(gan)系數σ、δ、t值分(fen)(fen)別是(shi)(shi)0.01395、0.01951及0.03776,相(xiang)比于3.5%NaCl溶液(ye)中(zhong)的(de)(de)分(fen)(fen)別減(jian)小(xiao)了(le)0.01547、0.00634及0.01856,也(ye)就是(shi)(shi)說鉬(mu)(mu)(mu)酸(suan)(suan)根(gen)(gen)(gen)離(li)(li)子(zi)(zi)降(jiang)低(di)(di)了(le)2507雙相(xiang)不(bu)銹(xiu)鋼(gang)(gang)(gang)的(de)(de)應力(li)腐(fu)(fu)蝕(shi)(shi)開(kai)裂(lie)敏感(gan)性(xing),提高了(le)2507雙相(xiang)不(bu)銹(xiu)鋼(gang)(gang)(gang)的(de)(de)抗應力(li)腐(fu)(fu)蝕(shi)(shi)開(kai)裂(lie)能力(li)。這(zhe)主要是(shi)(shi)由于鉬(mu)(mu)(mu)酸(suan)(suan)根(gen)(gen)(gen)離(li)(li)子(zi)(zi)跟氯(lv)(lv)離(li)(li)子(zi)(zi)之(zhi)間(jian)的(de)(de)“競爭吸附(fu)”作用減(jian)弱了(le)氯(lv)(lv)離(li)(li)子(zi)(zi)在(zai)鋼(gang)(gang)(gang)表(biao)面(mian)的(de)(de)吸附(fu)量,使得(de)(de)鋼(gang)(gang)(gang)表(biao)面(mian)鈍(dun)化(hua)膜(mo)的(de)(de)抗蝕(shi)(shi)能力(li)得(de)(de)到增(zeng)強;此外,鉬(mu)(mu)(mu)酸(suan)(suan)根(gen)(gen)(gen)離(li)(li)子(zi)(zi)和氯(lv)(lv)離(li)(li)子(zi)(zi)的(de)(de)“誘導吸附(fu)”作用增(zeng)強了(le)鉬(mu)(mu)(mu)酸(suan)(suan)根(gen)(gen)(gen)離(li)(li)子(zi)(zi)在(zai)金屬表(biao)面(mian)裸露(lu)出(chu)來鈍(dun)化(hua)膜(mo)處(chu)的(de)(de)吸附(fu),也(ye)增(zeng)強了(le)鋼(gang)(gang)(gang)的(de)(de)抗腐(fu)(fu)蝕(shi)(shi)性(xing)能。從第3章研究(jiu)的(de)(de)鉬(mu)(mu)(mu)酸(suan)(suan)根(gen)(gen)(gen)離(li)(li)子(zi)(zi)對2507雙相(xiang)不(bu)銹(xiu)鋼(gang)(gang)(gang)電化(hua)學腐(fu)(fu)蝕(shi)(shi)行為(wei)研究(jiu)可知,鉬(mu)(mu)(mu)酸(suan)(suan)根(gen)(gen)(gen)離(li)(li)子(zi)(zi)提高了(le)鋼(gang)(gang)(gang)的(de)(de)抗電化(hua)學腐(fu)(fu)蝕(shi)(shi)性(xing)能,且隨著鉬(mu)(mu)(mu)酸(suan)(suan)根(gen)(gen)(gen)離(li)(li)子(zi)(zi)濃度(du)的(de)(de)升(sheng)高作用越強,這(zhe)與慢應變速率(lv)拉伸實驗結果是(shi)(shi)一致的(de)(de)。總之(zhi),鉬(mu)(mu)(mu)酸(suan)(suan)根(gen)(gen)(gen)離(li)(li)子(zi)(zi)降(jiang)低(di)(di)了(le)2507雙相(xiang)不(bu)銹(xiu)鋼(gang)(gang)(gang)的(de)(de)應力(li)腐(fu)(fu)蝕(shi)(shi)開(kai)裂(lie)敏感(gan)性(xing),提高了(le)其抗應力(li)腐(fu)(fu)蝕(shi)(shi)破裂(lie)的(de)(de)性(xing)能。
2507雙(shuang)相不銹(xiu)鋼(gang)(gang)(gang)于含有不同鉬酸(suan)(suan)根(gen)離(li)子濃度的(de)3.5%NaCl溶液(ye)介(jie)(jie)質(zhi)中(zhong)的(de)拉伸(shen)斷口顯微形(xing)貌如圖(tu)4.21所(suo)示。圖(tu)4.21顯示在(zai)各(ge)介(jie)(jie)質(zhi)中(zhong)2507雙(shuang)相不銹(xiu)鋼(gang)(gang)(gang)的(de)拉伸(shen)斷SEM 形(xing)貌都具有明(ming)(ming)顯的(de)韌窩(wo),都表現為(wei)韌性斷裂。但(dan)是(shi)可(ke)以明(ming)(ming)顯地從圖(tu)中(zhong)看出試樣(yang) DSS2507在(zai)3.5%NaCl溶液(ye)介(jie)(jie)質(zhi)中(zhong)韌窩(wo)尺(chi)(chi)寸較大且分布(bu)不密集,但(dan)是(shi)在(zai)鉬酸(suan)(suan)根(gen)離(li)子的(de)作用(yong)下(xia)DSS2507的(de)拉伸(shen)斷口韌窩(wo)數(shu)量增多(duo)、分布(bu)比較密集且尺(chi)(chi)寸變小(xiao),這表明(ming)(ming)鉬酸(suan)(suan)根(gen)離(li)子使2507不銹(xiu)鋼(gang)(gang)(gang)的(de)韌性損失減小(xiao)、減弱了(le)(le)鋼(gang)(gang)(gang)的(de)應力(li)腐蝕破裂敏感性,增強(qiang)了(le)(le)DSS2507的(de)耐SCC能力(li),該(gai)結(jie)(jie)論(lun)跟(gen)應力(li)一應變曲線(xian)所(suo)得結(jie)(jie)論(lun)是(shi)相同的(de)。
綜上所(suo)述,鉬酸根離子使2507不銹鋼的應(ying)力腐蝕開裂敏感性降(jiang)低,增強了其耐應(ying)力腐蝕開裂的能力。
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。