弹性应力下304L不锈钢点蚀行为的研究

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304L不锈钢因其优良的耐腐蚀性能、高温抗氧化性能及抗晶间腐蚀能力,被广泛应用于化工、石油、能源、动力等工业中。但在含盐腐蚀性介质尤其是常见的C1-中,不锈钢易发生点蚀等局部腐蚀,再加之现役工业设备大都在带压状态下运行,这使得腐蚀行为显著加剧。局部腐蚀的发生,往往导致设备发生跑、冒、漏、滴,使设备寿命降低,对人员及国家经济造成灾难性后果和不可预测性损失。高应力下的腐蚀行为国内外研究较多且较为系统,而弹性应力下不锈钢局部腐蚀的萌发和发展情况如何还鲜有报道,因此弹性应力条件对不锈钢在NaC1介质中点蚀行为的影响规律研究显得尤其重要。在此基础上,选取304L不锈钢作为研究对象,采用了电化学测试手段(电化学交流阻抗谱,动电位极化测试,恒电位极化测试),声发射监测技术及表面形貌观察对弹性应力下304L不锈钢在3.5 wt.%NaC1溶液中的点蚀行为进行了研究。研究内容主要包括不同应力水平下张应力及压应力对304L不锈钢在3.5 wt.%NaC1溶液中点蚀行为的影响及其差异性,弹性应力对不同pH值下点蚀行为的影响,弹性应力下不同SO42-和C032-浓度下的点蚀行为,以及弹性应力对不同钝化时间下稳态点蚀及亚稳态点蚀的影响。研究结果表明随着应力水平的增加,在张应力及压应力下点蚀电位均会发生负移,点蚀敏感性增加,使得点蚀发生初期阳极电流密度的增长速率减慢,最终导致Eb100增大。对比张应力及压应力对于点蚀的影响可以看出,压应力对于点蚀发展的影响大于张应力。当应力小于30%σ0.2时,压应力对于点蚀发生初期电流密度增长的影响要强于张应力。随着应力水平的提升,无论是张应力还是压应力,点蚀坑数量均不断增加,同时点蚀坑的形貌也会发生变化,包括多处活性小孔、次生小孔的出现,以及点蚀坑尺寸的增加。弹性应力的存在对于早期钝化膜性质无显著影响,钝化膜阻抗值随着pH值的增大而增大,相同pH下弹性应力存在时点蚀电位发生负移,在pH为1时负移最为显著。而弹性应力对于不同pH值下点蚀形貌上的影响与无应力下典型点蚀形貌不同,由典型的规则圆形变为较为不规则形状,且在各pH值下均出现裂痕状生长的现象。304L表面钝化膜阻抗值在浸泡初期随着SO42-浓度的增加而增加,在0 mo1/L-0.035 mo1/L范围内变化较不显著,而从0.035 mo1/L-0.60 mo1/L这一范围可观察随着SO42-浓度的增加点蚀电位不断正移,在0.35mo1/L-0.60mo1/L之间时点蚀敏感性最低。浸泡初期当(CO32-浓度由0 mo1/L增加到0.0070 mo1/L,阻抗值略微增大,而当CO32-浓度由0.0070 mo1/L增加到0.035 mo1/L后阻抗值显著增加,之后基本不再随CO32-浓度的增加而增大并趋于稳定。点蚀电位随着CO32-浓度的增加先上升后下降,当浓度约为0.070 mo1/L时点蚀敏感性最低。弹性应力的存在对不同钝化时间下的304L不锈钢稳态点蚀及亚稳态点蚀行为均会产生一定的影响,这种影响往往在钝化膜厚度较薄的情况下较为显著。弹性应力的存在一定程度上会减弱了 304L不锈钢本身的再钝化能力,同时会使得稳态点蚀的敏感性增加。弹性应力对于亚稳态点蚀的影响主要体现在亚稳孔存活时间的延长和亚稳态点蚀电流峰生长速率的减缓,而这一结果与弹性应力下出现在0.1μA/cm2附近的稳定电流平台存在密切联系。声发射对于电化学加速点蚀下应力水平对点蚀行为的影响以及弹性应力对于不同pH下点蚀行为的影响都能得到较好的响应,体现在声发射累积撞击次数随应力的增大而增加,随pH的增大而增加,弹性应力的存在会使得声发射事件数增加。
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