在特定的材料、腐蚀环境、应力条件共同作用下，材料可能发生应力腐蚀破裂。应力腐蚀最广泛为人所知的例子是黄铜弹壳随季节变化的“季裂”。50年代以后，由于石油、华工等向高压方面发展，应力腐蚀才被渐渐重视起来。据统计，60%的应力腐蚀破裂事故是在不锈钢中发生的。应力腐蚀机理一般可分为阳极溶解和氢致开裂。

304奥氏体不锈钢作为18%铬8%镍不锈钢的代表，具有非常广泛的应用。据统计，在化工设备失效破裂事故总数中，约有12%为奥氏体的应力腐蚀断裂。应力作用可导致不锈钢表面产生位错台阶、露头等缺陷，破坏了钝化膜完整性，从而使自腐蚀电位降低，耐蚀性变差，钝化膜修复后，自腐蚀电位又变正，耐蚀性变好。本章用电化学阻抗谱法（EIS）和动电位极化曲线法测试了压力作用下304R不锈钢在3.5%NaCl溶液中的极化曲线和阻抗谱，并结合组织图片进行了分析。

304R的组织为等轴的晶粒，还有大量孪晶。根据对304R加工过程进行分析，大致概括出三种应力腐蚀薄弱区域：马氏体相变区、铁素体区和晶界的Cr 23 C 6区。

亚稳态的奥氏体不锈钢在外加载荷作用下，易在晶界和晶粒中产生形变诱发马氏体。相关实验表明，奥氏体不锈钢在应力腐蚀裂尖存在马氏体。又由于马氏体比γ-奥氏体具有较高的扩散系数，为氢的扩散开辟了优先通道，具有更高的氢脆敏感性。

α’马氏体常于奥氏体晶界处产生，在试样抛光表面表现为小的浮凸，在金相显微镜下可见。钢中的合金元素对马氏体的形状有一定的影响：缩小奥氏体相区的合金元素（Cr、W、V、Si、B、Nb、Zr等）促进形成板条状马氏体。

马氏体相对材料耐蚀性有一定的影响，Sunada Satoshi等人的研究表明，随着马氏体相的增加，SUS304不锈钢耐孔蚀能力减小，马氏体对SUS304不锈钢的影响还与NaCl溶液浓度、电位、温度等环境因素有关。钝化状态下马氏体不存在选择性腐蚀的趋势。但在钝化膜破裂后，由于没有钝化膜保护，因此马氏体被选择性溶解，这可能成为裂纹的形核的优先区。由图3-1可看出抛光后的304R不锈钢表面存在零散分布的第二相，呈凸浮点状，经查询相关文献，初步认为是304R不锈钢中的残留马氏体，仍有待进一步核实。304奥氏体不锈钢薄带中一般存在残余的铁素体。铁素体的存在对304R不锈钢的性能有重要影响，如引起不锈钢的选择性腐蚀（铁素体优先腐蚀），增加不锈钢的表面缺陷、影响304R不锈钢的无磁性等。

当铬含量低于或高于18%时，镍含量随之增加。因此，18%铬8%镍是保证奥氏体单相组织的最低含量。

本文所用304奥氏体不锈钢为热轧。热轧工艺包括粗轧和精轧。粗轧加热炉出口温度一般设定1260℃～1270℃；精轧出口温度一般为1000～1020℃。奥氏体不锈钢在加热温度高于1392℃时，会产生铁素体，如图所示，铁素体含量随加热温度的升高而明显增加，且奥氏体中的铁素体一经形成后不能消除。如图3-3，为通过10%的NaOH溶液在10V、60s电解腐蚀的条件下腐蚀所得304R不锈钢中铁素体的分布图，可看出304R中铁素体呈弥散分布在基体中。析出相和铁素体与奥氏体相界处非常容易产生应力集中，从而导致应力腐蚀。铁素体的存在使得钝化膜破裂后，铁素体与奥氏体之间形成大阴极小阳极型原电池，铁素体作为阳极被优先腐蚀。铁素体腐蚀后形成空缺，使周围基体力学性能发生变化，同时，裸露出来的位置很容易吸附溶液中离子，加速腐蚀的进行。

观察不同应力下所得金相图片，可看出304R的金相组织基本为等轴晶粒的奥氏体，还有少量条状和不规则形状的第二相和夹杂等，奥氏体晶粒晶界大多较为平直，晶界处有少量黑色沉积物，据相关研究，可能是碳化铬。晶内有孪晶出现。金相图片在晶粒内和晶界处存在一些黑点状腐蚀坑，根据图3-4（d），可判断出晶粒内部第二相处先发生腐蚀，再在晶界处萌生。从腐蚀完的宏观金属表面可看出，当个别点蚀已达稳态，局部还有非稳态点蚀。

根据四幅图片在基体中都有弥散分布的黑色腐蚀坑，结合图3-4，推测可能为铁素体腐蚀后所留，同时，还有少数腐蚀坑呈不规则形状。

304不锈钢经过敏化温度（450~850℃）处理时，碳元素与铬元素会在晶界形成Cr 23 C 6型的碳化物，此碳化物为富铬相。碳元素与铬元素在晶界生成碳化铬，消耗了晶界附近区域的碳和铬，由于铬在面心立方的奥氏体中扩散较慢，导致晶界附近区域的贫铬化，因此贫铬区先被腐蚀。

对失效部件的分析显示，氯离子在贫铬区等部位富集后，由于半径小，因此在与氧原子的竞争过程中将表面膜中的氧原子排挤掉，并生成FeCl 2，使腐蚀环境闭塞，不能使钝化膜再生，使钝化膜形成腐蚀孔，当有外加应力时，贫铬区由于比基体强度低，很容易从孔腐蚀地方破裂，形成裂纹源。

由图可看出，晶界和孪晶界被腐蚀明显，呈黑色，说明晶界优先于基体被腐蚀，除了因为晶界有结构缺陷外，晶界沉积的碳化铬导致的贫铬区也起了重要作用。此外，钢中的夹杂物也可能形成类似铁素体溶解后的腐蚀坑。

结论

（1）退火态试样点蚀坑面积较小数量较多，应力作用下点蚀坑数量较少面积较大。

（2）应力作用下点蚀坑更大更深，是退火态的3、4倍，且随应力增大，点蚀坑直径随之增大。说明应力作用下，腐蚀发生了力学-化学交互作用，使得点蚀更容易发生，点蚀程度更大。

（3）随应力增大，自腐蚀电位先升高后下降，但都比退火态自腐蚀电位高，点蚀电位都比退火态低。说明应力作用下，钝化膜被应力破坏，所以更容易发生点蚀。

展望

本论文从应力腐蚀入手，对304R不锈钢施加不同大小的弯曲应力，并测试其极化曲线和阻抗谱，结合金相照片对试样进行了分析，但仍存在些许问题：

1、未来可对点蚀坑剖面进行进一步观察，揭示应力腐蚀机制；

2、对夹杂、析出相对应力腐蚀的影响进行相关研究；

3、此装置未来可进行不同钢种的应力腐蚀实验，进行进一步对比和分析。