• 無錫市天陸興不銹鋼有限公司是一家集加工、銷售、配送、售后服務為一體的大型不銹鋼板廠家.主要加工銷售:不銹鋼管、不銹鋼板等產品!歡迎來電咨詢

    18115368555

    B

    聯系我們

    CONTACT
    無錫市天陸興不銹鋼有限公司

    手機:18115368555
    聯系人:馮經理
    網址:www.fireeye100.com
    地址:江蘇省無錫市新吳區城南路25號
    當前位置:不銹鋼板行業新聞

    拉應力對2205雙相不銹鋼管耐點蝕性能的影響

    作者:www.fireeye100.com 點擊: 日期:2020-06-12 15:37
    目的探究分別在40℃和60℃下,拉應力與2205雙相鋼耐點蝕性能的關系。方法分析2205雙相不銹鋼管在施加0、140、540MPa三種拉應力的條件下,于臨界點蝕溫度以下(40℃)和臨界點蝕溫度附近(60℃)的3.5%NaCl溶液中的動電位極化行為,并對比了不同拉應力對2205雙相鋼阻抗特性的影響。結果動電位極化曲線表明,140MPa下點蝕電位穩定,40、60℃下擊破電位分別為0.7、0.8V;540MPa拉應力使雙相鋼點蝕電位從無應力時的0.9V下降至0.3V。阻抗分析表明,40℃時所有樣品均為單一阻抗特征,且阻抗值較大,應力會降低阻抗值。在60℃、開路電位條件下,0、140MPa拉應力時具有較高阻抗,540MPa拉應力時為具有點蝕萌生的阻抗??;在60℃、600mV偏壓條件下,0、540MPa拉應力時呈現點蝕阻抗特征,而140MPa時阻抗仍較高。阻抗譜等效電路擬合結果結合不銹鋼管表面微觀形貌表明,在40℃溶液中,OCP及600mV偏壓下試樣表面均沒有發生點蝕,應力對鈍化膜電阻Rp沒有明顯影響,阻抗值為30000Ω·cm2左右。溫度升高至60℃后,鈍化膜阻值明顯降低;開路電位、540MPa應力條件下不銹鋼管發生點蝕,阻抗值由0MPa下的20000Ω·cm2左右降到10000Ω·cm2左右;在600mV偏壓下,0、540MPa拉應力時均發生點蝕,而140MPa時均未發現點蝕。結論在40℃和60℃,140MPa拉應力可以抑制2205雙相鋼的點蝕,540MPa拉應力則加速點蝕的發生。

    2205雙相不銹鋼管具有良好的力學性能以及抗應力腐蝕能力,因此獲得了廣泛應用。由于經常服役于油田、海洋等苛刻環境中,2205雙相鋼會發生點蝕,而應力對不銹鋼管點蝕性能的影響不可忽略。目前,大部分不銹鋼管點蝕性能的研究主要集中于溫度、表面粗糙度、熱處理、溶液離子濃度等因素的影響[1—6],而應力對雙相鋼點蝕性能的影響研究相對較少。Parkins提出[7],應力在膜的破裂、再鈍化和點蝕形成過程中都起著重要作用。Chen發現[8],殘余應力會加劇微小點蝕坑的形成。Zhang等[9]在3.5%(質量分數,后同)NaCl溶液中對壓應力下Fe-20Cr的點蝕行為進行研究,發現壓應力促進了蝕孔生長。但Li和Cheng研究表明[10],載荷很小時,微小形變和應力對點蝕會產生抑制作用??梢?,應力對不銹鋼管點蝕的作用仍未得到清晰認識。2205雙相不銹鋼管的臨界點蝕溫度約為60℃[11],在臨界點蝕溫度上下特征范圍內,應力對雙相不銹鋼管點蝕行為的影響尚未見報道。為此,文中選取臨界點蝕溫度以下的40℃和臨界點蝕溫度附近60℃的3.5%NaCl溶液[12],對比不同拉應力下2205雙相不銹鋼管的動電位極化特性,并結合電化學阻抗,分析拉應力對不銹鋼管點蝕電化學特性的影響。

    1實驗

    1.1樣品

    材料為2205雙相不銹鋼管試樣,其室溫拉伸力學性能如圖1所示,屈服強度為620MPa,抗拉強度為810MPa。將樣品機加工、切割、打磨成拉伸試樣,其拉伸平行尺寸為20mm×5mm×2mm。實驗前,試樣用砂紙打磨至1500#,經丙酮超聲清洗后,在60℃的20%(質量分數)HNO3中鈍化30min,然后用硅酮膠封閉,使其與溶液的接觸面積為1cm2。

    1.2電化學測試

    采用島津EHF2000液壓伺服疲勞試驗機加載拉應力,應力分別為0、140、540MPa。根據圖1可知,加載的拉應力均在雙相不銹鋼管的彈性變形載荷區域。在CS350電化學工作站上開展3.5%NaCl溶液中的電化學阻抗和動電位極化測試,采用三電極體系:2205雙相鋼試樣為工作電極,甘汞電極為參比電極,Pt電極為對電極。NaCl溶液通過水浴分別加熱至(40±2)、(60±2)℃。分別在開路電位(OCP)和600mV(文中電位均相對于SCE)下進行電化學阻抗(EIS)測試,頻率范圍為100000~1Hz。動電位極化測量范圍為-400~1200mV,掃描速率為0.5mV/s。





    2結果和分析

    2.1應力對2205雙相鋼動電位極化的影響

    圖2為在40℃、60℃的3.5%NaCl溶液中,不同應力下2205雙相鋼的動電位極化曲線。如圖2a所示,在40℃溶液中加載應力時,試樣的擊破電位隨應力的增加而降低,在0、140、540MPa下的擊破電位分別約為0.9、0.7、0.5V;同時,拉應力使不銹鋼管陽極區的電流密度增大。如圖2b所示,當溫度升高至60℃時,無應力條件下的擊破電位從0.9V降低至0.4V。根據文獻,該溫度在2205雙相鋼的臨界點蝕溫度附近,因此擊破電位明顯降低。此溫度下將拉應力增大至540MPa,同樣明顯降低了擊破電位;同時鈍化區的電流密度呈現暫態峰,該峰的出現表明鈍化過程中亞穩態點蝕的形成。140MPa下盡管也具有暫態峰,但擊破電位仍然較高,約為0.8V,表明該條件下的耐點蝕能力仍然較強。

    2.2應力對2205雙相鋼電化學阻抗特性的影響

    圖3為在40、60℃的3.5%NaCl溶液中,于開路電位和600mV偏壓條件下測得的阻抗Nyquist曲線。由圖3a和b可知,40℃時,加載應力減小了阻抗弧半徑,電荷轉移電阻隨之降低。當溫度升高至60℃時,0MPa和140MPa下的曲線具有較高的阻抗,而540MPa下的阻抗明顯降低,如圖3c所示。根據阻抗弧形態和值的大小,60℃、開路電位下2205雙相鋼已經發生點蝕,曲線顯示的結果與腐蝕形貌觀察一致。在60℃、600mV偏壓條件下,0MPa和540MPa下的阻抗弧減小,表明電荷轉移電阻明顯降低,并且觀察發現,2205雙相鋼表面已經形成肉眼可見的點蝕坑;而140MPa下的阻抗弧較大,同時未發現明顯點蝕坑。分析結果表明,2205雙相鋼在140MPa拉應力下耐蝕性較高,而在540MPa拉應力下更易發生點蝕。

    圖4為分析不同條件下的阻抗譜所用的等效電路圖。當溫度為40℃時(低于臨界點蝕溫度),試樣表面處于鈍化狀態,采用圖4a所示的等效電路。60℃下的等效電路與40℃下的明顯不同:在540MPa下形成穩態點蝕時,加入了與鈍化區等效電路并聯的擴散控制點蝕區的等效電路(其中Rpass為鈍化膜電阻,Rpit為點蝕擴散電阻,Rs.pit為點蝕坑內溶液電阻),如圖4b所示;在140MPa下,根據極化曲線和阻抗圖可知,主要發生亞穩態點蝕,而沒有穩態點蝕,其等效電路如圖4c所示。

    為了分析雙電層的阻抗行為,在圖4的等效電路中使用常相位角原件(CPE),其表達式為:ZCPE=P-1·(iω)-n(1)式中:P是CPE的數值;ω是角頻率;n是誤差參數,0≤n≤1。對于含有CPE的等效電路,雙電層電容可以根據(2)式得出[14]:Cpass=P1n·R(1-n)/nct(2)從表1可知,40℃、OCP條件下,應力對鈍化膜電阻Rpass沒有明顯影響。從表2可知,在600mV條件下,540MPa的應力降低了鈍化膜阻值,由0MPa下的32449Ω·cm2降至15459Ω·cm2。溶液溫度升高至60℃后,電荷遷移能力加快,Cl離子對鈍化膜的侵蝕性增強,鈍化膜阻值明顯降低,且發生點蝕時擴散電阻值也相對較低,見表3。當極化偏壓從OCP增加至600mV時,鈍化膜的常相位角原件n值由大于0.95降至0.6~0.7,同樣表明此時離子穿透鈍化膜的能力得到提高,鈍化膜完整性遭到破壞,其結果與文獻[14]、[15]報道結果一致。在60℃、140MPa條件下,根據擬合計算結果(表4),其中一個Rpass1值較高,與鈍化膜阻值接近,而較低的Rpass2值可能與此時的亞穩態點蝕有關。

    2.3點蝕形貌

    圖5為雙相鋼在60℃溶液中經過600mV偏壓的阻抗測試,3種不同應力條件下試樣表面的SEM圖像??梢钥闯?,0MPa下不銹鋼管表面形成了數個點蝕坑,蝕坑最大尺寸約為400μm,且試樣表面有產物沉積,如圖5a所示。140MPa下的試樣表面沒有觀察到明顯的點蝕,如圖5b所示。當應力增加至540MPa,點蝕坑肉眼可見,且蝕坑最大尺寸達1mm左右,如圖5c所示。這表明140MPa應力可抑制點蝕的形成,而540MPa應力促進點蝕的生長。

    3結論

    1)動電位極化測試表明,在40℃溶液中,增大拉應力降低了2205雙相不銹鋼管的擊破電位,增加了陽極電流密度;在60℃溶液中,陽極區出現亞穩態暫態峰,0、540MPa拉應力下的擊破電位明顯降低,但140MPa拉應力下仍可維持相對較高的擊破電位值。

    2)電化學阻抗和等效電路擬合結果表明:540MPa拉應力降低了電荷轉移電阻,在60℃、600mV偏壓下形成點蝕阻抗特征;140MPa拉應力下沒有發現明顯的穩態點蝕阻抗特征。這說明140MPa拉應力可以提高2205雙相鋼的耐點蝕性能。

    3)腐蝕形貌分析表明:40℃下試樣沒有發生點蝕;60℃、600mV下,試樣在140MPa下沒有發生點蝕,在0、540MPa下表面出現較大點蝕坑。該結果可為進一步拓展2205雙相鋼在溫度與應力綜合環境中的應用提供支持。