钼酸根离子对双相不锈钢应力腐蚀敏感性的影响

  钼酸根离子对不锈钢的点蚀抑制作用一直被研究，G.O.Ilevbare指出钼酸根离子可以通过控制亚稳态的点蚀和稳定点蚀来提高耐蚀性能。S.A.M.Refaey 发现无机钼酸盐通过增加点蚀电位来阻止酸性和氯化物溶液中的点蚀发生。因此，钼酸根离子相当于一种抑制剂，一定含量的抑制剂可以减缓腐蚀的发生，而钼酸根与双相不锈钢应力腐蚀敏感性关系的研究目前报道很少，本节采用慢应变拉伸的方法，分别讨论钼酸根离子对2205和2507两种牌号双相不锈钢的应力腐蚀敏感性影响。

  950℃/30min 固溶处理的2205双相不锈钢在0.1mol/L NaCl和0.1mol/L NaCl+0.05mol/L MoO^2-₄ 溶液中的慢应变速率拉伸曲线如图4.18所示。慢应变速率拉伸断裂后，试样的断面收缩率和延伸率的值如表4.6所列。不同溶液中，950℃/30min 固溶处理的2205不锈钢的断口形貌如图4.19所示。

  图4.18 室温下不同溶液中，950℃/30min固溶处理的双相不锈钢慢应变速率拉伸曲线从表4.6中可以看出，950℃/30min固溶处理的2205双相不锈钢在空气中的断面收缩率和延伸率分别为63.2%、43.5%;在0.1mol/L NaCl溶液中，断面收缩率和延伸率分别降至32.0%、29.2%,应力腐蚀敏感性较高；在0.1mol/LNaCl+0.05mol/L MoO^2-₄溶液中，断面收缩率和延伸率分别上升为56.9%、39.5%.可以看出，MoO^2-₄使双相不锈钢的塑性损失变小，应力腐蚀敏感性降低。从图4.19的断口形貌中可以看出，向溶液中引入MoO^2-₄后，双相不锈钢的断口形貌中韧窝的数量增加且韧窝变细小，韧性损失降低，应力腐蚀敏感性降低。

  腐蚀产生的H原子渗入材料中，增加材料的氢脆敏感性，降低材料的耐应力腐蚀性能。MoO^2-₄加入至溶液中后，抑制H原子在材料表面的吸附，降低试样表面的H原子浓度，减小H原子的浓度梯度，降低H原子扩散的驱动力，使得H原子不易渗人材料中，降低材料的氢脆敏感性，改善材料的耐应力腐蚀性能。

  钼酸根离子对2507不锈钢应力腐蚀敏感性的影响与2205双相不锈钢相似，其于室温下在含有不同浓度钼酸根离子的3.5%NaCl溶液中SSRT结果如图4.20和表4.7所示。从图4.20中可以很明显地看出试样在空气中的抗拉强度和拉伸应变量都较高，在含有0.05mol/L MoO^2-₄的3.5%NaCl溶液中的抗拉强度和拉伸应变次之，而试样于3.5%NaCl溶液介质中的抗拉强度和拉伸应变均较小，具体数值如表4.7所列。从表4.7中可以看出试样在3.5%Nac溶液中的抗拉强度为863.573MPa,比在空气中减小了26.183MPa;试样在含有0.05mol/LMoO3的3.5%NaCl溶液中的抗拉强度为877.341MPa,比在空气中减小了12.415MPa,减小幅度小于钢在3.5%NaCl介质中的抗拉强度；除此之外，2507不锈钢在含有0.05mol/L MoO^2-₄溶液中断裂时的应变以及断裂时间分别为11.0336mm、30.07h,而在3.5%NaCl溶液中断裂时的应变以及断裂时间分别是10.9623mm、29.49h,可以看出在钼酸根离子的作用下，试样的断裂时间和断裂时的应变值都比在3.5%NaCl溶液中高断裂时的应变都较高。

 本节采用σ、δ、t指标评价2507双相不锈钢于室温下在各介质中的应力腐蚀敏感性。σ、δ、t值较大，表明2507双相不锈钢的应力腐蚀开裂敏感性更强，抗应力腐蚀开裂性能更低。

 式中：σ₀、δ₀、t₀分别为空气中的抗拉强度、断裂时间和断裂应变σ₁、δ₁、t₁分别为腐蚀溶液介质中的抗拉强度、断裂时间及断裂应变。

  根据式（4.6)~式（4.8)计算得到的应力腐蚀敏感系数σ、δ、t值如表4.8所列。从表4.7可以看出试样于3.5%NaCl溶液介质中的应力腐蚀敏感系数σ、δ、t值分别是0.02942、0.02585及0.05632,而在含有钼酸根离子腐蚀介质中的应力腐蚀敏感系数σ、δ、t值分别是0.01395、0.01951及0.03776,相比于3.5%NaCl溶液中的分别减小了0.01547、0.00634及0.01856,也就是说钼酸根离子降低了2507双相不锈钢的应力腐蚀开裂敏感性，提高了2507双相不锈钢的抗应力腐蚀开裂能力。这主要是由于钼酸根离子跟氯离子之间的“竞争吸附”作用减弱了氯离子在钢表面的吸附量，使得钢表面钝化膜的抗蚀能力得到增强；此外，钼酸根离子和氯离子的“诱导吸附”作用增强了钼酸根离子在金属表面裸露出来钝化膜处的吸附，也增强了钢的抗腐蚀性能。从第3章研究的钼酸根离子对2507双相不锈钢电化学腐蚀行为研究可知，钼酸根离子提高了钢的抗电化学腐蚀性能，且随着钼酸根离子浓度的升高作用越强，这与慢应变速率拉伸实验结果是一致的。总之，钼酸根离子降低了2507双相不锈钢的应力腐蚀开裂敏感性，提高了其抗应力腐蚀破裂的性能。

  2507双相不锈钢于含有不同钼酸根离子浓度的3.5%NaCl溶液介质中的拉伸断口显微形貌如图4.21所示。图4.21显示在各介质中2507双相不锈钢的拉伸断SEM 形貌都具有明显的韧窝，都表现为韧性断裂。但是可以明显地从图中看出试样 DSS2507在3.5%NaCl溶液介质中韧窝尺寸较大且分布不密集，但是在钼酸根离子的作用下DSS2507的拉伸断口韧窝数量增多、分布比较密集且尺寸变小，这表明钼酸根离子使2507不锈钢的韧性损失减小、减弱了钢的应力腐蚀破裂敏感性，增强了DSS2507的耐SCC能力，该结论跟应力一应变曲线所得结论是相同的。

 综上所述，钼酸根离子使2507不锈钢的应力腐蚀开裂敏感性降低，增强了其耐应力腐蚀开裂的能力。

 综合2205不锈钢和2507不锈钢的实验结果可知，在钼酸根离子的作用下，双相不锈钢的抗拉强度、断裂应变以及断裂时间都呈增大的变化趋势，而应力腐蚀敏感系数σ、δ及t呈减小的趋势。这表明钼酸根离子减弱了双相不锈钢的应力腐蚀开裂敏感性，提高了其抗应力腐蚀开裂性能。主要是因为钼酸根离子增强了双相不锈钢表面原来保护膜的完整性及致密度，同时可以抑制H原子在膜层表面的吸附，降低H原子进入双相不锈钢的概率，进而增强了双相不锈钢的耐应力腐蚀破裂性能。