FV520B沉淀硬化馬氏體不銹鋼應(yīng)力腐蝕特性研究.pdf

1、FV520B是在Cr13型馬氏體不銹鋼基礎(chǔ)上研制的一種新型沉淀硬化馬氏體不銹鋼，具有較高的強(qiáng)度，良好的焊接性能和耐腐蝕性能，是天然氣離心壓縮機(jī)葉輪的常用材料。國內(nèi)外對(duì)FV520B不銹鋼的應(yīng)力腐蝕特性研究較少，國家與企業(yè)急需該葉輪材料的腐蝕特性數(shù)據(jù)。本文以慢應(yīng)變速率拉伸試驗(yàn)、電化學(xué)腐蝕試驗(yàn)為基礎(chǔ)，結(jié)合有限元模擬探究FV520B葉輪用沉淀硬化馬氏體不銹鋼應(yīng)力腐蝕開裂機(jī)理，介質(zhì)因素對(duì)應(yīng)力腐蝕的影響規(guī)律，應(yīng)力腐蝕臨界電位和敏感電位區(qū)間，以及點(diǎn)蝕

2、坑裂紋形核條件和應(yīng)力腐蝕裂紋萌生擴(kuò)展過程，綜合評(píng)價(jià)天然氣離心壓縮機(jī)葉輪材料FV520B不銹鋼在服役環(huán)境下的應(yīng)力腐蝕斷裂行為。本文的研究可填補(bǔ)此類材料應(yīng)力腐蝕研究方面的空白，亦可滿足當(dāng)下國家和企業(yè)對(duì)相關(guān)材料腐蝕性能的需求。
　　模擬實(shí)際服役環(huán)境，通過慢應(yīng)變速率拉伸腐蝕試驗(yàn)和電化學(xué)腐蝕試驗(yàn)，結(jié)合電位、斷口形貌和能譜掃描綜合分析了FV520B不銹鋼普通拉伸試樣和焊接接頭試樣的應(yīng)力腐蝕開裂行為。結(jié)果表明，試樣溫度和H2S濃度對(duì)于普通拉伸試

3、樣的影響樣的腐蝕電流密度和應(yīng)力腐蝕敏感性均呈先減小后增大的趨較為顯著，隨著試驗(yàn)溫度的升高，試勢(shì);隨著H2S濃度的增加，腐蝕電流密度和應(yīng)力腐蝕敏感性均呈現(xiàn)明顯上升趨勢(shì)，應(yīng)力腐蝕開裂加劇。CO2濃度對(duì)焊接接頭試樣的影響相對(duì)H2S濃度更加顯著，腐蝕電流密度和應(yīng)力腐蝕敏感性隨CO2濃度的增加快速增大。在130℃，8.4MPa，6％H2S和39％N2試驗(yàn)環(huán)境中，普通拉伸試樣應(yīng)力腐蝕敏感性最大，達(dá)到64.82％，試樣斷口表面呈現(xiàn)明顯的脆性斷裂特征，

4、斷口邊緣部分出現(xiàn)了大片的泥紋花樣，是典型的應(yīng)力腐蝕開裂斷口形貌。焊接接頭試樣在6組試驗(yàn)環(huán)境中均具有明顯的應(yīng)力腐蝕開裂傾向，對(duì)比相同試驗(yàn)環(huán)境下的普通拉伸試樣，焊接接頭試樣更容易發(fā)生應(yīng)力腐蝕開裂。裂紋和斷口形貌分析表明普通拉伸試樣在試驗(yàn)環(huán)境中發(fā)生的是氫致開裂型應(yīng)力腐蝕。
　　利用單元?jiǎng)h除方法模擬研究了點(diǎn)蝕形狀和尺寸對(duì)拉伸試樣局部應(yīng)力集中的影響以及點(diǎn)蝕坑處應(yīng)力腐蝕裂紋形核位置及條件。FV520B不銹鋼拉伸試樣點(diǎn)蝕坑的最大應(yīng)力區(qū)域位于坑底

5、，最大應(yīng)變區(qū)域則在坑口附近或坑肩位置，該位置還存在塑性應(yīng)變。碟形點(diǎn)蝕坑的應(yīng)力集中系數(shù)最大，應(yīng)力集中現(xiàn)象最為明顯。通過模擬計(jì)算得到點(diǎn)蝕坑生長過程中的塑性應(yīng)變速率，該速率處在應(yīng)力腐蝕裂紋形核的敏感區(qū)間內(nèi)，表明應(yīng)力腐蝕裂紋易在坑口附近或坑肩位置形核。
　　基于內(nèi)聚力模型模擬了帶腐蝕產(chǎn)物膜平板試樣和V型缺口試樣的拉伸開裂過程，腐蝕產(chǎn)物膜的內(nèi)應(yīng)力和基體的膜致拉應(yīng)力隨膜厚度的增加而增大;腐蝕產(chǎn)物膜厚度越大，基體應(yīng)力腐蝕裂紋起裂強(qiáng)度越小，裂紋越