316L不锈钢在氯化钠溶液中的应力腐蚀研究

摘要

本研究包括四部分内容,前两部分主要研究了无应力条件下氯离子浓度和钢中的孪晶组织对316L腐蚀行为的影响,在此基础上,详细研究了不同应力条件下316L裂纹尖端的电化学腐蚀行为,并进一步研究了应力条件下氢原子和硫化物对裂纹尖端电化学腐蚀行为的影响:
　　 首先,利用动电位极化曲线和Mott-Schotky测试技术研究了无应力条件下,氯离子浓度对316L不锈钢耐蚀性能及其钝化膜半导体性能的影响。结果表明,随着氯离子浓度的增加,316L不锈钢的维钝电流密度逐渐增加,点蚀击破电位逐渐降低。同时,钝化膜厚度降低、点缺陷扩散系数增加,使得316L不锈钢的点蚀敏感性增加。
　　 利用微电解池技术研究了无应力条件下316L不锈钢中的孪晶的腐蚀行为。结果表明,孪晶相对于普通晶界有着更高的耐蚀能力(常规测量的点蚀电位为0.35V,孪晶区的点蚀电位为1.3V)。在不锈钢的应用方面,可以通过引入大量的孪晶来提高其耐蚀性。
　　 结合有限元分析方法和局部电化学阻抗测试技术,研究了在氯化钠溶液中不同应力下裂纹尖端的初期电化学腐蚀行为。有限元分析的三维模型结果表明,裂纹尖端处存在着较大的应力集中,呈哑铃状分布,当载荷为300N时,裂纹尖端应力集中区应力基本低于材料的屈服强度,当载荷为600N时,裂纹尖端应力集中区应力处于材料屈服极限和强度极限之间,当载荷为1000N时,应力集中最高可超过材料的强度极限,随着载荷的增加,应力集中程度逐渐增加。局部电化学阻抗测试结果表明,试样的阻抗模值由300N条件下的360～580欧姆降至1000N条件下的180～340欧姆。进一步分析表明随着应力强度因子K1或载荷的增加,阳极溶解速度的应力影响因子K0显著增大,证明了裂纹尖端的电化学腐蚀与裂纹尖端的应力集中和分布有密切关系,并且随着作用时间的延长,呈现出较为特殊的规律。
　　 同样的,利用局部电化学阻抗测试技术,研究了充氢和硫化物添加对316L不锈钢紧凑拉伸试样应力腐蚀行为的影响。结果表明,充氢加速了应力腐蚀;硫化物的添加抑制了316L不锈钢的钝化膜形成过程,促进了试样整体的阳极溶解过程。