拉应力对2205双相不锈钢管耐点蚀性能的影响

2205双相不锈钢管具有良好的力学性能以及抗应力腐蚀能力，因此获得了广泛应用。由于经常服役于油田、海洋等苛刻环境中，2205双相钢会发生点蚀，而应力对不锈钢管点蚀性能的影响不可忽略。目前，大部分不锈钢管点蚀性能的研究主要集中于温度、表面粗糙度、热处理、溶液离子浓度等因素的影响［1—6］，而应力对双相钢点蚀性能的影响研究相对较少。Parkins提出［7］，应力在膜的破裂、再钝化和点蚀形成过程中都起着重要作用。Chen发现［8］，残余应力会加剧微小点蚀坑的形成。Zhang等［9］在3．5%（质量分数，后同）NaCl溶液中对压应力下Fe-20Cr的点蚀行为进行研究，发现压应力促进了蚀孔生长。但Li和Cheng研究表明［10］，载荷很小时，微小形变和应力对点蚀会产生抑制作用。可见，应力对不锈钢管点蚀的作用仍未得到清晰认识。2205双相不锈钢管的临界点蚀温度约为60℃［11］，在临界点蚀温度上下特征范围内，应力对双相不锈钢管点蚀行为的影响尚未见报道。为此，文中选取临界点蚀温度以下的40℃和临界点蚀温度附近60℃的3．5%NaCl溶液［12］，对比不同拉应力下2205双相不锈钢管的动电位极化特性，并结合电化学阻抗，分析拉应力对不锈钢管点蚀电化学特性的影响。

1实验 1．1样品 材料为2205双相不锈钢管试样，其室温拉伸力学性能如图1所示，屈服强度为620MPa，抗拉强度为810MPa。将样品机加工、切割、打磨成拉伸试样，其拉伸平行尺寸为20mm×5mm×2mm。实验前，试样用砂纸打磨至1500#，经丙酮超声清洗后，在60℃的20%（质量分数）HNO3中钝化30min，然后用硅酮胶封闭，使其与溶液的接触面积为1cm2。 1．2电化学测试 采用岛津EHF2000液压伺服疲劳试验机加载拉应力，应力分别为0、140、540MPa。根据图1可知，加载的拉应力均在双相不锈钢管的弹性变形载荷区域。在CS350电化学工作站上开展3．5%NaCl溶液中的电化学阻抗和动电位极化测试，采用三电极体系：2205双相钢试样为工作电极，甘汞电极为参比电极，Pt电极为对电极。NaCl溶液通过水浴分别加热至（40±2）、（60±2）℃。分别在开路电位（OCP）和600mV（文中电位均相对于SCE）下进行电化学阻抗（EIS）测试，频率范围为100000～1Hz。动电位极化测量范围为－400～1200mV，扫描速率为0．5mV/s。 2结果和分析 2．1应力对2205双相钢动电位极化的影响 图2为在40℃、60℃的3．5%NaCl溶液中，不同应力下2205双相钢的动电位极化曲线。如图2a所示，在40℃溶液中加载应力时，试样的击破电位随应力的增加而降低，在0、140、540MPa下的击破电位分别约为0．9、0．7、0．5V；同时，拉应力使不锈钢管阳极区的电流密度增大。如图2b所示，当温度升高至60℃时，无应力条件下的击破电位从0．9V降低至0．4V。根据文献，该温度在2205双相钢的临界点蚀温度附近，因此击破电位明显降低。此温度下将拉应力增大至540MPa，同样明显降低了击破电位；同时钝化区的电流密度呈现暂态峰，该峰的出现表明钝化过程中亚稳态点蚀的形成。140MPa下尽管也具有暂态峰，但击破电位仍然较高，约为0．8V，表明该条件下的耐点蚀能力仍然较强。