S32168不锈钢在氯离子环境中的应力腐蚀研究
奥氏体不锈钢性能优良，并且在抗腐蚀性和生物相容性上都优于其他类型的不锈钢，因此在各个行业得到了广泛的应用。但是奥氏体不锈钢在某些特定的环境中会表现出较高的应力腐蚀敏感性，当腐蚀介质中含有氯离子时，由于氯离子的存在加速了奥氏体不锈钢表面氧化膜的溶解，使金属基体暴露在腐蚀环境中，诱使奥氏体不锈钢发生点蚀并导致应力腐蚀。
以S32168奥氏体不锈钢作为研究对象，研究其在氯离子环境中的应力腐蚀机理。分析表明，S32168奥氏体不锈钢在氯离子环境中发生应力腐蚀的主要机理是阳极溶解，在氯离子作用下，S32168不锈钢经过膜破裂、溶解和最终破裂三个阶段，在此过程中氯离子对膜破裂过程起到了至关重要的作用。
将S32168不锈钢虚拟到管道中，应用FLUENT软件模拟点蚀处的速度矢量、湍流强度、管壁受到的压力和剪切力，分析流体和离散相气泡对点蚀的影响情况。模拟研究发现，由于点蚀的发生，流体在流经点蚀坑时流场发生改变，点蚀坑迎流面的应力恶化，会加速点蚀上裂纹的扩展，当材料在发生应力腐蚀时，裂纹会优先在点蚀坑的迎流面发展。
对比不同类型应力腐蚀试验方法的特点，分析了不同试验方法的使用条件，最终确定的试验仪器为慢应变速率拉伸试验机，用慢拉伸的方法研究S32168不锈钢在含氯离子介质环境中的应力腐蚀行为。试验过程中采用的拉伸速率为1.9×10-5s-1，设定的腐蚀溶液为NACE标准溶液，依据实际工况，设置五种试验环境，得到在这五种环境下的试样断裂时间、伸长量。通过测量和计算得到试样的伸长率、断口收缩率和断裂的内积功，并绘制不同条件下的应力-应变曲线。将所得的指标与在空气中拉伸断裂的试样相比较，得到S32168不锈钢在氯离子环境中的应力腐蚀敏感性指数。
将断裂的试样在扫描电子显微镜下观察，发现在常温常压下S32168不锈钢发生塑性断裂，在断口表面有大量韧窝，断口侧表面也没有裂纹。在150℃、1.6MPa和150℃、11MPa环境中试样断口开始出现准解理特征，断口侧表面也有大量裂纹出现，但是在这两种环境中S32168不锈钢的应力腐蚀敏感性指数相差不大。说明在此温度下，压力变化对S32168不锈钢的应力腐蚀敏感性影响很小。在260℃、4.6MPa和260℃、11MPa环境中试样断口开始出现明显准解理特征，并出现大量的二次裂纹，敏感性指数明显增大，并且在断口侧表面出现大量的点蚀坑，点蚀坑周围分布着大量裂纹，说明随着温度和压力的升高，S32168不锈钢的应力腐蚀敏感性也越来越高。
不锈钢;应力腐蚀;数值模拟;慢拉伸试验;氯离子环境
山东大学
硕士
化工过程机械
陈颂英
2013
中文
TQ050.9
71
2013-10-30（万方平台首次上网日期，不代表论文的发表时间）