Page 22 - 理化检验-物理分册2024年第九期

孙绪鲁，等：高锰钢在模拟海洋环境中的应力腐蚀行为

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数的Cl 、HSO 3 及不同pH海洋环境下的腐蚀规律。 区的腐蚀速率远大于晶粒区的腐蚀速率时，腐蚀会
FAJARDO等 采用极化曲线、阻抗谱方法研究Fe- 沿着晶界发展，在拉应力作用下，材料易发生应力腐
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Mn-Al-Si高锰钢在Cl 环境下的腐蚀行为。张文利 蚀失效。笔者以低温高锰钢为研究对象，采用恒载
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等 [10] 针对高锰钢，采用实验室加速全浸、间浸腐蚀 荷应力腐蚀试验研究其在模拟人工海水溶液中的应
试验方法与实海环境暴露试验结果进行对比，发现 力腐蚀行为，为低温高锰钢的应用生产提供基础数
据支持。
高锰钢在海水环境中主要发生全面非均匀腐蚀，局
部可见明显点腐蚀特征。 1 试验材料及试验方法
低温高锰钢中C、Mn元素含量较高，且存在Cr 1.1 试验材料
元素，晶界上可能会析出碳化物，或产生一定程度的 试验材料为市售30 mm厚低温高锰钢板材，状
成分偏析。当材料与腐蚀介质接触时，析出相（或成 态为固溶态，其化学成分如表1所示，其室温拉伸性
分偏析处）与其附近区域会形成腐蚀原电池，当晶界 能如表2所示。
表1 高锰钢的化学成分 %
质量分数
项目
C Si Mn S P Cr Cu B N
实测值 0.35~0.55 0.10~0.50 22.50~25.50 0.010 0.030 3.00~4.00 0.30~0.70 0.005 0.050

表2 高锰钢的室温拉伸性能
取样方向 试样编号 屈服强度/MPa 抗拉强度/MPa 断后伸长率/% 断面延伸率/% 弹性模量/GPa
纵向 L 431.3 850.3 57.2 67.3 135.6
横向 T 432.7 840.7 58.0 62.0 137.6

1.2 试验方法 级加载的方式，根据试验1的结果确定试验时间，添
1.2.1 微观观察 加对比试样，单级加载不改变应力，若达到一定时间
采用线切割方法截取金相试样，将试样磨制、抛 试样未断裂，将试样在室温下拉断，得到试样的剩余
光后，采用体积分数为4%的硝酸乙醇溶液腐蚀试样 强度。采用式（1）计算材料的应力腐蚀指数I，在式(1)
表面，并利用光学显微镜观察腐蚀后试样表面、横截 中， I为0~1， I越趋近于0表明试样无应力腐蚀敏感
面及纵截面的显微组织形貌。 性， I越趋近于1表明试样应力腐蚀敏感性增强。具
采用扫描电子显微镜（SEM）观察腐蚀后试样 体试验条件如表3所示。
表面的微观形貌，加速电压为20 kV。利用X射线能 R
I =1- m1 （1）
谱仪（EDS）进行穿晶线扫，分析试样表面的元素分 R
m0
布情况。
式中： R m1 为应力腐蚀试验后的试样强度； R m0 为空
采用透射电镜（TEM）观察材料的析出相等组 白对比试样强度。
织特征。透射电镜试样由机械预减薄后双喷穿孔
1.2.3 电化学性能测试
而成，电解液为体积分数为 25%的硝酸和体积分
采用三电极体系，即参比电极-饱和甘汞电极
数为75%的甲醇混合液，采用液氮冷却，温度低于
（SCE），辅助电极-铂电极，工作电极-被测试样，
－20 ℃， 加速电压为200 kV。
对试样进行电化学性能测试，测试仪器选用Gamry
1.2.2 恒载荷应力腐蚀性能测试
Instruments Framework型电化学工作站，介质条件
取横向棒状应力腐蚀试样，工作段直径为
为室温人工海水溶液，先测3 600 s开路电位， 之后极
5 mm，试验环境为 35 ℃ 的人工海水，并加载应
化曲线电压为－0.5~0.5 V（相对于饱和甘汞电极），
力（通常以屈服强度的百分比计算），屈服强度取
扫描速率为30 mV/min。
431 MPa。设计了两种应力腐蚀试验，试验1采用逐
2 试验结果
级加载的方式，首先在一定应力条件下保持7 d，若
试样断裂，记录断裂时间，若试样未断裂，继续增加 2.1 微观观察
应力（5%屈服强度）直至试样断裂。试验2采用单 图1~3分别为低温高锰钢表面、纵截面和横截
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