310S不锈钢在高温高压硫化氢和二氧化碳环境中的应力腐蚀行为研究

1. 固溶态310S不锈钢为完全奥氏体化组织，晶粒饱满圆润，无明显取向。晶粒尺寸不均。晶粒内部较为干净，位错错密度较低因此拥有良好的塑性和韧性。冷轧态310S不锈钢的组织依旧为纯奥氏体，无马氏体生成。晶界弯曲，晶粒沿变形方向被明显拉长，并具有一定的取向性。在纳米尺度上，其组织内部分布大量滑移带和孪晶，滑移带周围还分布大量位错。时效态310S不锈钢晶界有大量析出物聚集，晶内也出现了胞状析出物，析出物周围有少量位错聚集。经过分析判断该析出物为M23C6，M23C6的生成会使得其周围铬含量降低，使周围局部区域更容易蒙受介质的腐蚀。

 2. 对于不加应力的试样，冷轧态的自腐蚀电位EC和固溶态相比变化不大，自腐蚀电流密度IC有所降低。EIS测试结果表明冷轧后的310S不锈钢试样极化电阻Rp达到1555.369Ω，接近固溶态试样Rp（856.489Ω）的二倍，因此冷轧处理可以在一定程度上提高310S不锈钢的耐腐蚀性能。而时效态试样的EC发生负移，IC增加，相应的Rp减小到585.565Ω，因此时效处理会降低不锈钢材料的耐蚀性。对于加载应力后的310S试样，与固溶态相比，冷轧态试样的EC略有正移，自IC有所降低，时效态试样的EC负移，IC增加。Rp的数值对比为冷轧态＞固溶态＞时效态。由此可得在100%屈服强度加载下，冷轧态310S试样耐蚀性最好，而时效态310S不锈钢的耐腐蚀性能最差。综合来看：经过应力加载后各试样的EC都会有不同程度的负移，IC增加，Rp降低。由此可得应力会使310S不锈钢更易遭受腐蚀。通过深层分析，发现总阻抗的减小主要来源于膜电阻Rf的减小。因此可以推断加载应力后310S不锈钢钝化膜的成分、厚度或致密性等性质发生了改变，使材料的耐蚀性降低。

 3. 在四点弯曲试验中，仅冷轧态试样发生了断裂，在试样表面还可观察到许多未贯穿试样的裂纹，开裂形式为穿晶断裂。时效态310S不锈钢表面腐蚀程度最为严重，在局部区域发生了晶间腐蚀，而冷轧态试样虽然发生了开裂，但其表面腐蚀程度最轻。另外在裂纹周边发生了严重的局部腐蚀，且具有明显的分层现象。

 4. 在SSRT实验中，冷轧态310S不锈钢虽然拥有更低的ISCC，但试样的δ仅2.75%，且断裂时间短，因此它的应力腐蚀倾向最大；时效试样的ISCC达到91.51%，δ仅为4.61%，比固溶态试样更易发生开裂。经过分析与判断它们的开裂形式为准解理或解理断裂。

 5. 在硫酸环境中拉伸的310S不锈钢试样表面被严重腐蚀，渗氢试样侧面有塑性区，但它们的侧面都没有裂纹。从拉伸曲线上看，它们的强度和延伸率都有不同程度的降低，但均高于硫化氢-二氧化碳环境中的试样。通过SEM观察，断口表现出韧性断裂的特点。固溶态和渗氢后试样在空气中拉伸的侧面形貌相似，为凹凸不平的失稳褶皱，在硫酸环境中试样侧面存在大量因腐蚀而形成的孔洞，其中部分孔洞连接形成裂纹。在硫化氢-二氧化碳环境中拉伸的侧面有许多裂纹，且在裂纹周边有明显的局部腐蚀痕迹，表层局部脱落。另外在部分裂纹尖端尚未开裂的地方也发生了一定程度的局部腐蚀。

 6. 进入310S不锈钢的原子H会促进位错的运动，进而更容易发生位错的增值与塞积，导致应力集中。