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目的探究分別在40℃和60℃下，拉應(yīng)力與2205雙相鋼耐點(diǎn)蝕性能的關(guān)系。方法分析2205雙相不銹鋼管在施加0、140、540MPa三種拉應(yīng)力的條件下，于臨界點(diǎn)蝕溫度以下（40℃）和臨界點(diǎn)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(yīng)力對2205雙相鋼阻抗特性的影響。結(jié)果動電位極化曲線表明，140MPa下點(diǎn)蝕電位穩(wěn)定，40、60℃下?lián)羝齐娢环謩e為0．7、0．8V；540MPa拉應(yīng)力使雙相鋼點(diǎn)蝕電位從無應(yīng)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(yīng)力會降低阻抗值。在60℃、開路電位條件下，0、140MPa拉應(yīng)力時具有較高阻抗，540MPa拉應(yīng)力時為具有點(diǎn)蝕萌生的阻抗弧；在60℃、600mV偏壓條件下，0、540MPa拉應(yīng)力時呈現(xiàn)點(diǎn)蝕阻抗特征，而140MPa時阻抗仍較高。阻抗譜等效電路擬合結(jié)果結(jié)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(fā)生點(diǎn)蝕，應(yīng)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(yīng)力條件下不銹鋼管發(fā)生點(diǎn)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(yīng)力時均發(fā)生點(diǎn)蝕，而140MPa時均未發(fā)現(xiàn)點(diǎn)蝕。結(jié)論在40℃和60℃，140MPa拉應(yīng)力可以抑制2205雙相鋼的點(diǎn)蝕，540MPa拉應(yīng)力則加速點(diǎn)蝕的發(fā)生。

2205雙相不銹鋼管具有良好的力學(xué)性能以及抗應(yīng)力腐蝕能力，因此獲得了廣泛應(yīng)用。由于經(jīng)常服役于油田、海洋等苛刻環(huán)境中，2205雙相鋼會發(fā)生點(diǎn)蝕，而應(yīng)力對不銹鋼管點(diǎn)蝕性能的影響不可忽略。目前，大部分不銹鋼管點(diǎn)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(yīng)力對雙相鋼點(diǎn)蝕性能的影響研究相對較少。Parkins提出［7］，應(yīng)力在膜的破裂、再鈍化和點(diǎn)蝕形成過程中都起著重要作用。Chen發(fā)現(xiàn)［8］，殘余應(yīng)力會加劇微小點(diǎn)蝕坑的形成。Zhang等［9］在3．5%（質(zhì)量分?jǐn)?shù)，后同）NaCl溶液中對壓應(yīng)力下Fe-20Cr的點(diǎn)蝕行為進(jìn)行研究，發(fā)現(xiàn)壓應(yīng)力促進(jìn)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(yīng)力對點(diǎn)蝕會產(chǎn)生抑制作用�？梢�，應(yīng)力對不銹鋼管點(diǎn)蝕的作用仍未得到清晰認(rèn)識。2205雙相不銹鋼管的臨界點(diǎn)蝕溫度約為60℃［11］，在臨界點(diǎn)蝕溫度上下特征范圍內(nèi)，應(yīng)力對雙相不銹鋼管點(diǎn)蝕行為的影響尚未見報(bào)道。為此，文中選取臨界點(diǎn)蝕溫度以下的40℃和臨界點(diǎn)蝕溫度附近60℃的3．5%NaCl溶液［12］，對比不同拉應(yīng)力下2205雙相不銹鋼管的動電位極化特性，并結(jié)合電化學(xué)阻抗，分析拉應(yīng)力對不銹鋼管點(diǎn)蝕電化學(xué)特性的影響。

1實(shí)驗(yàn)

1．1樣品

材料為2205雙相不銹鋼管試樣，其室溫拉伸力學(xué)性能如圖1所示，屈服強(qiáng)度為620MPa，抗拉強(qiáng)度為810MPa。將樣品機(jī)加工、切割、打磨成拉伸試樣，其拉伸平行尺寸為20mm×5mm×2mm。實(shí)驗(yàn)前，試樣用砂紙打磨至1500#，經(jīng)丙酮超聲清洗后，在60℃的20%（質(zhì)量分?jǐn)?shù)）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(xué)測試

采用島津EHF2000液壓伺服疲勞試驗(yàn)機(jī)加載拉應(yīng)力，應(yīng)力分別為0、140、540MPa。根據(jù)圖1可知，加載的拉應(yīng)力均在雙相不銹鋼管的彈性變形載荷區(qū)域。在CS350電化學(xué)工作站上開展3．5%NaCl溶液中的電化學(xué)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(jìn)行電化學(xué)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(jié)果和分析

2．1應(yīng)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(yīng)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(yīng)力時，試樣的擊破電位隨應(yīng)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(yīng)力使不銹鋼管陽極區(qū)的電流密度增大。如圖2b所示，當(dāng)溫度升高至60℃時，無應(yīng)力條件下的擊破電位從0．9V降低至0．4V。根據(jù)文獻(xiàn)，該溫度在2205雙相鋼的臨界點(diǎn)蝕溫度附近，因此擊破電位明顯降低。此溫度下將拉應(yīng)力增大至540MPa，同樣明顯降低了擊破電位；同時鈍化區(qū)的電流密度呈現(xiàn)暫態(tài)峰，該峰的出現(xiàn)表明鈍化過程中亞穩(wěn)態(tài)點(diǎn)蝕的形成。140MPa下盡管也具有暫態(tài)峰，但擊破電位仍然較高，約為0．8V，表明該條件下的耐點(diǎn)蝕能力仍然較強(qiáng)。

2．2應(yīng)力對2205雙相鋼電化學(xué)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(yīng)力減小了阻抗弧半徑，電荷轉(zhuǎn)移電阻隨之降低。當(dāng)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(jù)阻抗弧形態(tài)和值的大小，60℃、開路電位下2205雙相鋼已經(jīng)發(fā)生點(diǎn)蝕，曲線顯示的結(jié)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(zhuǎn)移電阻明顯降低，并且觀察發(fā)現(xiàn)，2205雙相鋼表面已經(jīng)形成肉眼可見的點(diǎn)蝕坑；而140MPa下的阻抗弧較大，同時未發(fā)現(xiàn)明顯點(diǎn)蝕坑。分析結(jié)果表明，2205雙相鋼在140MPa拉應(yīng)力下耐蝕性較高，而在540MPa拉應(yīng)力下更易發(fā)生點(diǎn)蝕。

圖4為分析不同條件下的阻抗譜所用的等效電路圖。當(dāng)溫度為40℃時（低于臨界點(diǎn)蝕溫度），試樣表面處于鈍化狀態(tài)，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(wěn)態(tài)點(diǎn)蝕時，加入了與鈍化區(qū)等效電路并聯(lián)的擴(kuò)散控制點(diǎn)蝕區(qū)的等效電路（其中Ｒpass為鈍化膜電阻，Ｒpit為點(diǎn)蝕擴(kuò)散電阻，Ｒs．pit為點(diǎn)蝕坑內(nèi)溶液電阻），如圖4b所示；在140MPa下，根據(jù)極化曲線和阻抗圖可知，主要發(fā)生亞穩(wěn)態(tài)點(diǎn)蝕，而沒有穩(wěn)態(tài)點(diǎn)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(dá)式為：ZCPE=P－1·（iω）－n（1）式中：P是CPE的數(shù)值；ω是角頻率；n是誤差參數(shù)，0≤n≤1。對于含有CPE的等效電路，雙電層電容可以根據(jù)（2）式得出［14］：Cpass=P1n·Ｒ（1－n）/nct（2）從表1可知，40℃、OCP條件下，應(yīng)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(yīng)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(qiáng)，鈍化膜阻值明顯降低，且發(fā)生點(diǎn)蝕時擴(kuò)散電阻值也相對較低，見表3。當(dāng)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(jié)果與文獻(xiàn)［14］、［15］報(bào)道結(jié)果一致。在60℃、140MPa條件下，根據(jù)擬合計(jì)算結(jié)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(wěn)態(tài)點(diǎn)蝕有關(guān)。

2．3點(diǎn)蝕形貌

圖5為雙相鋼在60℃溶液中經(jīng)過600mV偏壓的阻抗測試，3種不同應(yīng)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(shù)個點(diǎn)蝕坑，蝕坑最大尺寸約為400μm，且試樣表面有產(chǎn)物沉積，如圖5a所示。140MPa下的試樣表面沒有觀察到明顯的點(diǎn)蝕，如圖5b所示。當(dāng)應(yīng)力增加至540MPa，點(diǎn)蝕坑肉眼可見，且蝕坑最大尺寸達(dá)1mm左右，如圖5c所示。這表明140MPa應(yīng)力可抑制點(diǎn)蝕的形成，而540MPa應(yīng)力促進(jìn)點(diǎn)蝕的生長。

3結(jié)論

1）動電位極化測試表明，在40℃溶液中，增大拉應(yīng)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(qū)出現(xiàn)亞穩(wěn)態(tài)暫態(tài)峰，0、540MPa拉應(yīng)力下的擊破電位明顯降低，但140MPa拉應(yīng)力下仍可維持相對較高的擊破電位值。

2）電化學(xué)阻抗和等效電路擬合結(jié)果表明：540MPa拉應(yīng)力降低了電荷轉(zhuǎn)移電阻，在60℃、600mV偏壓下形成點(diǎn)蝕阻抗特征；140MPa拉應(yīng)力下沒有發(fā)現(xiàn)明顯的穩(wěn)態(tài)點(diǎn)蝕阻抗特征。這說明140MPa拉應(yīng)力可以提高2205雙相鋼的耐點(diǎn)蝕性能。

3）腐蝕形貌分析表明：40℃下試樣沒有發(fā)生點(diǎn)蝕；60℃、600mV下，試樣在140MPa下沒有發(fā)生點(diǎn)蝕，在0、540MPa下表面出現(xiàn)較大點(diǎn)蝕坑。該結(jié)果可為進(jìn)一步拓展2205雙相鋼在溫度與應(yīng)力綜合環(huán)境中的應(yīng)用提供支持。