Льв Гочэн, Сюй Чуньчунь, Чэн Хайдун
(Школа материаловедения и инженерии, Пекинский химико-технологический университет, Пекин 100029, Китай)
Аннотация: Взаимосвязь между восприимчивостью нержавеющей стали 304 к коррозии под напряжением и концентрацией Cl в растворе была получена с помощью эксперимента по медленному растяжению, а морфология разрушения растянутого образца была проанализирована с помощью сканирующего электронного микроскопа. Морфологию разрушения растянутого образца анализировали с помощью сканирующего электронного микроскопа и определяли критическую концентрацию хлорид-ионов для коррозии под напряжением нержавеющей стали 304. Использование самодельного устройства. Самодельное устройство использовалось для приложения растягивающего напряжения к образцу из нержавеющей стали 304, а электрохимические испытания на месте в условиях постоянной деформации использовались для изучения потенциала разрыва пассивационной пленки из нержавеющей стали 304. Потенциал разрыва пассивационной пленки из нержавеющей стали и концентрация ионов хлорида в отношениях. Было обнаружено, что связь между концентрацией Cl-, приводящей к внезапному изменению потенциала разрушения пассивационной пленки, и критической концентрацией Cl для коррозионного разрушения под напряжением такая же, как и между потенциалом разрушения. Был сделан вывод, что концентрация Cl-, приводящая к потенциалу разрушения пассивационной пленки, и критическая концентрация Cl-, вызывающая коррозионное разрушение под напряжением, в основном одинаковы.
Ключевые слова: нержавеющая сталь 304; пассивационная пленка; коррозия под напряжением; критическая концентрация хлорид-ионов
Классификационный номер: ТГ172.6 Идентификационный код документа: А Номер артикула: 1000-6613 (2008) 08-1284-04
1 Введение Нержавеющая сталь 304
Нержавеющая сталь 304 широко используется из-за ее хорошей коррозионной стойкости. Однако под действием хлорид-ионов нержавеющая сталь 304 подвергается коррозионному разрушению под напряжением [1-2], что приводит к работе оборудования, пузырению, капанию и утечкам, что часто приводит к катастрофическим последствиям. Более того, оборудование на холоде. Более того, ионы хлора в такой среде, как охлаждающая вода в оборудовании, будут постепенно концентрироваться, увеличивая коррозию оборудования. Большое количество научных исследований выявляет возникновение и развитие коррозии под напряжением[4-6]. Стрессовая коррозия нержавеющей стали связана с концентрацией Cl-, температурой, значением pH и другими ионами в растворе 7. Когда концентрация Cl- достигает критического значения, коррозия нержавеющей стали под напряжением связана с концентрацией Cl-, температурой и pH. значение и другие ионы в растворе [7]. Концентрация Cl- достигает критического значения, в нержавеющей стали 304 произойдет коррозионное разрушение под напряжением, но критическое значение не пришло к единогласному выводу [8-10], и не может быть предложено полностью избежать или устранить коррозию под напряжением. Невозможно предложить полностью избежать или устранить граничные условия коррозии под напряжением.
В определенных условиях разрыв пассивационной пленки нержавеющей стали, образующийся в результате травления отверстий, часто становится источником коррозии под напряжением, поэтому структура и характеристики пассивационной пленки влияют на коррозионную стойкость нержавеющей стали. Коррозионная стойкость пассивирующей пленки из нержавеющей стали во многом определяется разрушением металла в среде пленки. потенциал [12]. Таким образом, исследование потенциала разрыва пассивационной пленки нержавеющей стали 304 Eo может отразить стабильность пассивационной пленки нержавеющей стали и дополнительно изучить коррозионное поведение нержавеющей стали 304 под напряжением.
В этой статье критическая концентрация Cl- в нержавеющей стали 304 для коррозии под напряжением была получена с помощью эксперимента по медленному растяжению и соответствующего анализа разрушения; Электрохимический анализ на месте при постоянной деформации был использован для изучения коррозионного поведения нержавеющей стали 304 под напряжением. В этой статье критическая концентрация Cl- в нержавеющей стали 304 для коррозии под напряжением была получена путем испытания на медленное растяжение и соответствующего анализа разрушения; Связь между потенциалом разрушения пассивационной пленки из нержавеющей стали 304 и концентрацией Cl- была исследована с помощью электрохимических испытаний на месте при постоянной деформации. Проведен дальнейший анализ механизма коррозии под напряжением нержавеющей стали 304 в хлорсодержащих средах.
2 Экспериментальный метод
Материал эксперимента — лист нержавеющей стали 304, состав (массовая доля): Cr 17.080 %, Ni8.010 %, Mn 1.380 %, Si 0.490 %, C 0.050 %, S 0.001 %, P 0.020 %, остальное Fe.
Si 0.490%, C 0.050%, S 0.001%, P 0.020%, остальное — Fe. Все образцы в этом исследовании были подвергнуты высокотемпературной обработке твердым раствором (1050 ℃, 0.020%).
обработка (1050 ℃, 30 мин, водяное охлаждение). Поверхности образцов шлифовали водной наждачной бумагой, обезжиривали ацетоном, промывали деионизированной водой и сушили. Промойте деионизированной водой, высушите и сохраните. Растворы NaCl различной концентрации готовили с использованием деионизированной воды и аналитически чистого NaCl, значение pH доводили до 7°C раствором NaOH или HCl. Значение pH доводили до 7±0.1 с помощью раствора NaOH или HCl. Температура испытания составила 60±0.1℃.
2.1. Метод медленной скорости деформации.
Испытание на медленное растяжение проводили с использованием образца типа гантели с расстоянием между сечением (20 мм × 3 мм × 2 мм). Эксперименты на медленное растяжение проводились на машине для испытания на коррозионную стойкость под напряжением 10 кН, скорость деформации растяжения 2 × 10⁶s'.
2.2 Анализ разрушения образца, медленно растягивающегося
После разрушения образца немедленно удалите его и защитите перелом. Продукты коррозии, прилипшие к поверхности, сначала промывали деионизированной водой, а затем сушили азотом. Сушить. В ультразвуковой очистителе используют ацетон для очистки трещины, сушку азотом с помощью сканирующего электронного микроскопа Cambridge-S250 для наблюдения за морфологией трещины. Морфологию излома наблюдали с помощью сканирующего электронного микроскопа Cambridge-S250.
2.3 Электрохимические испытания на месте при постоянной деформации
Для изучения влияния концентрации Cl на пассивационную пленку поверхности нержавеющей стали 304 при растягивающем напряжении была разработана установка для электрохимических испытаний in situ при постоянной деформации. Устройство для электрохимических испытаний in situ было разработано при постоянной деформации, см. рис. 1. Из предварительных испытаний известно, что, когда деформация превышает 30%, увеличение деформации оказывает меньшее влияние на потенциал разрыва пассивационной пленки. . Поэтому в данном исследовании использовали штамм 30%.
Образец для электрохимических испытаний имел гантельного типа, размеры промежуточной части составляли (20 мм×2 мм×2 мм). Устройство собственной конструкции, показанное на рис. 1, использовалось для приложения к образцу растягивающего напряжения. К образцу с деформацией 30 % (без разгрузки) прикладывалось растягивающее напряжение с помощью устройства собственной конструкции, представленного на рис. 1. Центральную часть образца оставляли оголенной на 1 см², а остальную часть образца герметизировали силиконом. резиновый клей. Остальная часть образца была загерметизирована силиконовым клеем.
Электрохимические испытания проводились с использованием трехэлектродной системы: образец в качестве исследуемого электрода, платиновый электрод в качестве вспомогательного электрода и насыщенный каломельный электрод в качестве электрода сравнения. Скорость сканирования кинетического потенциала составляла 20 мВ/мин.
- электрод сравнения 2. рабочий электрод 3. вспомогательный электрод 4. штифт 5. образец гантели 6. винт 7. электрохимическая рабочая станция 8. силиконовая резина 9. раствор
3 Результаты и обсуждение
3.1 Влияние изменения концентрации Cl- на восприимчивость нержавеющей стали 304 к коррозии под напряжением
В таблице 1 для образца в растворе, содержащем различные концентрации Cl-, получены данные испытаний на растяжение при медленной деформации. Удлинение – это удлинение образца. Удлинение – это отношение удлинения между маркировкой образца и исходной маркировкой после отрыва, а удлинение образца при растяжении на воздухе и в растворе равно δ. и δ. В ходе испытания было установлено, что диаметр 8.5 мм из нержавеющей стали 304 такой же, как и исходный образец. 8. Содержание нержавеющей стали 304 составило 71.44%. Потеря пластичности lδ использовалась в качестве параметра, характеризующего восприимчивость материала к коррозии под напряжением [13], т.е.
Значения lδ для образцов, растянутых в растворах Cl- различной концентрации, приведены в табл. 1.
На рис. 2 показана зависимость lδ от концентрации Cl-.
Как видно из рисунка, при концентрации Cl- менее 90 мг/л с увеличением концентрации Cl- значительно возрастает подверженность коррозии под напряжением; когда концентрация Cl- превышает 90 мг/л, восприимчивость к коррозии под напряжением выше, но меняется медленно. Кривая поворачивает в точке g, поэтому эта точка представляет собой чувствительность к коррозии под напряжением с концентрацией Cl- в точке мутации, то есть возникает критическая концентрация Cl- коррозии под напряжением.
На рисунке 3 показана СЭМ-морфология излома нержавеющей стали 304 после медленного растяжения в растворах Cl- с концентрацией 60, 90, 300 и 900 мг/л.
Как видно на рис. 3, когда концентрация Cl- составляет 60 мг/л, на поверхности излома имеется большое количество прочных гнезд, что является типичной морфологией вязкого излома, см. рис. 3 (c); при концентрации Cl- 90 мг/л на поверхности излома образуется большое количество прочных гнезд. При концентрации Cl 90 мг/л на поверхности излома стали появляться мелкие вторичные трещины, но их количество было очень небольшим, см. рис. 3, б; при концентрации Cl- 300 мг/л размер и количество вторичных трещин на поверхности излома значительно увеличивались по сравнению с рис. 3 (б), см. рис. 3 (в); при концентрации Cl- 900 мг/л размер и количество вторичных трещин на поверхности излома значительно увеличивались по сравнению с рис. 3 (в); а когда концентрация Cl- составляла 900 мг/л, размер и количество вторичных трещин на поверхности излома значительно увеличивались. При концентрации Cl- 900 мг/л количество вторичных трещин на поверхности излома увеличилось по сравнению с рис. 3(в). Количество вторичных трещин на поверхности излома увеличилось при концентрации Cl 900 мг/л по сравнению с таковым на рис. 3(в), но изменение размера трещин было незначительным, см. рис. 3(г).
Из рис. 2 и рис. 3 видно, что 90 мг/л является точкой мутации чувствительности к стресс-коррозии при изменении концентрации Cl-, т.е. 90 мг/л является критической концентрацией Cl- для возникновения Коррозия под напряжением в условиях испытаний. Когда концентрация Cl- превышает или равна этому значению, на поверхности излома появляются вторичные трещины и возникает коррозия под напряжением; когда концентрация Cl- менее 90 мг/л, на поверхности излома нет вторичных трещин и чувствительность к коррозии под напряжением невелика.
3.2 Влияние концентрации Cl- на потенциал разрушения пассивационной пленки из нержавеющей стали 304 под действием растягивающего напряжения
На рис. 4 представлены анодные поляризационные кривые образцов с деформацией 30 % в различных концентрациях раствора Cl-. Плотность тока коррозии в зоне пассивации очень мала, около 2 мкА/см² (известно по экспериментальным данным), и пассивационная пленка обеспечивает хорошую защиту. Когда потенциал превышает потенциал разрушения пассивационной пленки, плотность тока коррозии быстро увеличивается, нержавеющая сталь 304 подвергается сильной коррозии. Таким образом, потенциал разрушения пассивационной пленки является очень важным параметром, который можно использовать для оценки стабильности пассивационной пленки в растворе. Чем положительнее потенциал разрыва, тем стабильнее пассивационная пленка; чем более отрицателен потенциал разрыва, тем менее стабильна пассивационная пленка. Плотность тока коррозии 10 мкА/см² при соответствующем потенциале пассивационного разрыва пленки Eb[14], то есть на рисунке 4 потенциал каждой кривой на витке.
Как видно из рис. 4, с увеличением концентрации Cl- в растворе ширина зоны пассивации нержавеющей стали 304 сужается, а потенциал разрыва пассивационной пленки становится отрицательным. потенциал становится отрицательным. Это показывает, что концентрация Cl- оказывает значительное влияние на коррозию нержавеющей стали 304 под действием растягивающего напряжения.
На рисунке 5 показан потенциал разрушения пассивационной пленки нержавеющей стали 304 при различных концентрациях раствора Cl в зависимости от концентрации Cl. При низкой концентрации Cl- пассивационная мембрана разрывает потенциал Е. При повышении концентрации Cl- быстро происходит отрицательный сдвиг и зависимость линейная; когда концентрация Cl- велика, пассивационная мембрана разрывает потенциал E, с увеличением концентрации Cl- медленно смещается в отрицательную сторону, также линейная зависимость, две прямые линии пересекаются в точке F (98 мг/л, 266). Две линии пересекаются в точке F (98 мг/л, 266 мВ).То есть, когда концентрация Cl- превышает 100 мг/л, потенциал разрыва пассивационной мембраны более отрицателен, и изменение невелико, что указывает на то, что пассивационная мембрана была повреждена, увеличивая концентрацию Cl-, воздействие было небольшим; когда концентрация Cl- менее 100 мг/л, с уменьшением концентрации Cl-, потенциал разрыва быстро смещается в положительную сторону, что Это пассивационная мембрана для защиты от быстрого увеличения.Поэтому можно считать, что она выдерживает 30% растягивающей деформации нержавеющей стали 304 в растворе Cl- с концентрацией менее 100 мг/л, имеет лучшую устойчивость к коррозии под напряжением. Это соответствует критической концентрации Cl, которая приводит к коррозионному разрушению нержавеющей стали 304.
Механизм коррозионного разрушения под напряжением, в котором анодное растворение играет решающую роль, широко изучен, но является спорным. Многие предполагают, что процесс коррозии способствует локальной пластичности. что процесс коррозии способствует локализованной пластической деформации, приводящей к коррозионному разрушению материала под напряжением [15-18]. В этой статье мы получили результаты, приводящие к разрыву пассивационной пленки. Согласование между концентрацией Cl, которая приводит к потенциальной мутации, и критической концентрацией Cl для возникновения коррозионного разрушения под напряжением в этой статье предполагает, что разрыв Пассивационная пленка играет значительную роль в коррозии под напряжением нержавеющей стали 304. Сталь играет важную роль в коррозии под напряжением. После разрыва пленки локализованное анодное растворение приводит к образованию слабых структур, таких как питтинговая коррозия.1191 Коррозия под напряжением образует зародыши в слабых зонах. Коррозия под напряжением зарождается и распространяется в слабой зоне.
Заключение 4
(1) Критическая концентрация коррозии под напряжением нержавеющей стали 304 в нейтральном растворе при 60 ℃ составляет около 90 мг/л. Концентрация Cl- нержавеющей стали 304 в нейтральном растворе при 60 ℃ составляет около 90 мг/л.
(2) Метод электрохимических испытаний при постоянной деформации на месте позволяет быстро измерить внезапное изменение концентрации Cl-, которое приводит к потенциалу разрыва мембраны, и, таким образом, мы можем предварительно оценить возможность коррозионного разрушения нержавеющей стали 304 под напряжением.
Рекомендации
[1] Усама М. Алюсиф, Рокуро Нисимура. Коррозионное растрескивание под напряжением аустенитных нержавеющих сталей в кипящих растворах хлорида магния [J]. Коррозионная наука,
2007, 49: 3040-3051.
[2] Кацуми Ямамото, Кейзо Хосоя. Коррозионная активность Br – и C1 – на дуплексной нержавеющей стали [J]. Материаловедение и инженерия, 1995, 1 98: 239-243.
[3]苟晓东，黄种买，虞启义，等，城市二级污水回用作电厂循环冷却水铜管腐蚀研究[J],化工进展,
2004, 23 (3): 304–306.
[4] Масаюки Камая, Такуми Харуна. Влияние локального стресса на поведение инициации
коррозионное растрескивание под напряжением для сенсибилизированной нержавеющей стали 304[J]. Коррозионная наука, 2007, 49(8): 3303-3324.
[5] Усама М. Алюсиф, Рокуро Нисимура. Влияние температуры испытания на поведение SCC аустенитных нержавеющих сталей в кипящем насыщенном растворе хлорида магния [J]. Коррозионная наука, 2006, 48(1 2): 4283-4293.
[6] Моника Гомес-Дюран, Дигби Д. Макдональд Коррозионное растрескивание сенсибилизированной нержавеющей стали типа 304 под напряжением в растворе тиосульфата (II). Динамика перелома[J]. Коррозионная наука, 2006, 48(7): 1 608-1622.
[7] Рокуро Нисимура. Характеристика и перспективы коррозионного растрескивания под напряжением
аустенитные нержавеющие стали (тип 304 и тип 316) в растворах кислот при постоянной нагрузке
метод [J]. Коррозионная наука, 2007, 49(1): 81-91.
[8] Рокуро Нисимура, Ясуаки Маэда. Коррозионное растрескивание аустенитного типа 304 под напряжением.
нержавеющая сталь в растворе серной кислоты, включая хлорид натрия и хромат[J]. Коррозионная наука, 2004, 46(2): 343-360.
[9] Рокуро Нисимура. Влияние хлорид-ионов на коррозионное растрескивание под напряжением типа 304
и аустенитные нержавеющие стали типа 316 в растворе серной кислоты [J]. Коррозионная наука, 1993, 34(11): 1859-1868.
