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NACEA溶液中S31603不锈钢慢应变速率拉伸试验研究

周成;钟允攀;王瑞岩;刘海滨;褚言会

【摘要】采用慢应变速率拉伸实验方法,研究了温度和压力对S31603奥氏体不锈

钢在标准NACEA溶液(5.0％NaC1和0.5％CH3COOH)中应力腐蚀敏感性的影响;

通过扫描电子显微镜(SEM)对断口形貌进行观察和分析表明,S31603不锈钢在

NACEA溶液中易发生应力腐蚀开裂,温度和压力对S31603奥氏体不锈钢的应力

腐蚀敏感性有较大的影响,随着温度和压力的升高,试样的力学性能下降,应力腐蚀敏

感性增强;在16MPa、160℃环境下,S31603不锈钢试样的断后延伸率和内积功应

力腐蚀敏感性指数分别达到65.06％和72.1％,应力腐蚀开裂倾向最为显著.

【期刊名称】《燕山大学学报》

【年(卷),期】2016(040)003

【总页数】6页(P207-212)

【关键词】S31603;奥氏体不锈钢;应力腐蚀开裂;慢应变速率拉伸试验

【作者】周成;钟允攀;王瑞岩;刘海滨;褚言会

【作者单位】青岛市特种设备检验检测研究院,山东青岛266071;山东大学机械工

程学院,山东济南250061;山东大学机械工程学院,山东济南250061;青岛市特种设

备检验检测研究院,山东青岛266071;青岛市特种设备检验检测研究院,山东青岛

266071

【正文语种】中文

【中图分类】TQ050.9

S31603是一种含钼的低碳奥氏体不锈钢，具有较高的抗拉强度、极好的塑性和韧

性以及良好的焊接性能和耐腐蚀性能，因此被广泛用于制造各种压力容器、管道和

部分海洋设备［1］。S31603的耐腐蚀性能优于S30408和S32168等不锈钢，

能够耐多种介质腐蚀，但在含H2S和氯离子环境中有较高的应力腐蚀开裂倾向，

在氯离子环境中尤为严重，在氯离子达到几个ppm的浓度时，就能引发应力腐蚀

开裂事故［2］。

国内外对S31603奥氏体不锈钢应力腐蚀开裂行为进行了大量的实验研究，主要

通过电化学实验、点蚀实验和慢应变速率拉伸试验等方法研究了Cl-浓度、H2S浓

度、温度和pH值对S31603不锈钢应力腐蚀敏感性的影响［3-8］。吴恒［9］

利用慢应变速率拉伸和电化学的方法研究了316L在淡化海水中的耐腐蚀性能。黄

毓晖［7］针对316L焊接头经固溶处理后对敏化的改善，在酸性氯化钠溶液中，

应用慢应变速率拉伸评价80℃下的应力腐蚀行为。本文采用慢应变速率拉伸腐蚀

试验，研究了在Cl-环境中，温度和压力的单独和交互作用对S31603不锈钢应力

腐蚀敏感性的影响，对奥氏体不锈钢材料的应力腐蚀及工程应用中选材具有重要意

义。

1.1试验材料

试验材料为S31603奥氏体不锈钢板，化学成分（质量分数）如表1所示，试样

被加工成直径为3mm，标距为25mm的拉伸试样，沿材料轧制方向制取，其形

状和尺寸见图1。试验前，采用金相砂纸将试样标距部分逐级打磨至1200#，然

后依次用乙醇和丙酮混合液超声清洗2分钟，再用去离子水冲洗并吹干，放入干

燥器中待用。

1.2试验方法

试验采用美国CORTEST公司生产的高温高压慢应变速率拉伸腐蚀试验机。试验介

质依据美国腐蚀工程师学会NACETM-01-77-05标准配制NACEA溶液

（5.0%NaCl和0.5%CH3COOH）。参考目前工业在役的S31603不锈钢设备的

实际操作温度和压力，根据压力和温度的不同取值，确定了7组试验介质环境，

具体参数组合见表2。

确定合适的应变速率是慢应变速率拉伸腐蚀试验中至关重要的一步，参考相关文献

的研究结果，本文采用的应变速率为1×10-6/s。拉伸试验结束后采用JSM-

6360LV型扫描电子显微镜观察试样断口形貌和裂纹形态。

2.1应力-应变曲线

根据在慢应变速率拉伸试验过程中采集的数据，分别绘制了S31603奥氏体不锈

钢在10MPa和16MPa环境下对应不同温度的应力-应变曲线，如图2所示。

S31603奥氏体不锈钢试样在常温常压N2环境中，具有明显弹性变形区和塑性变

形区。但在高