如前所述,到1975年前后為止,評價不銹鋼的應力腐蝕斷裂一般主要采用42%~45%的MgCl2水溶液,但是就實際的應力腐蝕斷裂環境來說,由于將食鹽作為雜質成分包含在內的情況比較多,所以有時也使用濃度較高的食鹽水。在這種情況下,為了達到加速腐蝕斷裂的目的,嘗試使用了濃度較高并且添加少量氧化劑的水溶液。



日本國內的試驗例子比較少,1959年川畑等使用4%和20%的沸騰食鹽水,以及在其中添加了H2O2、NaNO2、NHNO2、N2Cr2O7、CrCl3、HgC2等成分的試驗液,采用3點支持方式對304不銹鋼以及316不銹鋼的退火材料和冷軋材料施加應力進行試驗,并發表了試驗結果。結果表明:在4%NaCl溶液中兩種鋼不易發生斷裂;在20%NaCl為主的溶液中,304不銹鋼在所有條件下都發生斷裂;而316不銹鋼只有在添加1%Na2Cr2O7·2H2O、0.25% CrCl3或者1%HgC2等成分時才會發生斷裂。此外,1961年森田針對食鹽主體溶液環境下熱處理對斷裂的影響進行了研究,其結果是:進行敏化熱處理(650℃、2h)時,在這些食鹽水溶液中,不具備耐晶間腐蝕性的304不銹鋼、316不銹鋼,其晶界裂紋敏感性也會提高;在退火狀態不發生斷裂的316鋼也往往會發生晶界斷裂;另一方面,304L不銹鋼347不銹鋼316L不銹鋼等耐晶間腐蝕鋼種的裂紋敏感性卻幾乎沒有變化。還有,在154℃的MgCl2溶液中,所有鋼種都發生了穿晶裂紋,與敏化熱處理無關。


橫田等(1970年)采用比較容易導致斷裂的20%NaCl+1%Na2Cr2O7·2H2O試驗液,采取U形彎曲方式施加應力進行試驗,結果表明:在44%MgCl2溶液試驗中沒有發生應力腐蝕斷裂的18Cr-13Ni-3Si鋼也發生了應力腐蝕斷裂;但如果在18Cr-13Ni-3Si鋼中加入銅元素(最高加入1.5%Cu)組成合金試樣進行試驗,結果證明,銅含量達到0.7%以上能夠防止斷裂。之后于1973年發表的圖7.11表示出了在沸騰20%NaCl+1%Na2Cr2O7·2H2O溶液以及沸騰44%MgCI2溶液中,Cr、Si還有銅含量對于斷裂的影響,這些元素在兩種試驗液中產生的影響完全不同。也就是說,在44%MgCl2溶液中鉻含量的增加會提高裂紋敏感性,但在以食鹽為主的溶液中隨著鉻含量的增加越發不易斷裂;硅在前者中會抑制斷裂,但在后者中卻幾乎沒有影響。另一方面,銅在前者中幾乎沒有什么影響,但在后者以食鹽為主的溶液中卻有著顯著的抑制斷裂的效果。


圖 11.jpg


 中山等(1979年)在20%NaCl(100℃)中采用SERT法對304鋼和含0.24%Mo和0.20%Cu的304不銹鋼進行了耐應力腐蝕斷裂性試驗,結果也證明后者的裂紋敏感性較低,與42%MgCb溶液試驗的結果完全相反。


采用各種市售奧氏體不銹鋼,添加各種氧化劑后在20%NaCl中進行試驗,其結果如表7.5 所示。從表中可以看出:在市售鋼當中,銅的效果也非常明顯;還有,復合添加了鉬和銅的316J1鋼只有在1%Na2Cr2O7·2H2O的溶液中才會發生斷裂;鎳含量較高的V16A(18Cr-18Ni-Mo-Cu鋼)、Alloy20、Incoloy800在任何條件下都不會發生斷裂。這和實際使用效果是一致的。





此外,遲沢等(1980年)、小林等(1980年)運用20%NaCl來研究應力腐蝕斷裂發生的電位-pH條件。其中,通過包含了各種添加劑的20%NaCl溶液得出的、針對7種奧氏體不銹鋼的結果如圖7.12所示。會發生應力腐蝕斷裂的鋼是304、316、18Cr-16Ni-5Mo、還有21Cr-12Ni-2.5Mo-0.2N鋼,普通耐腐蝕性越好的鋼,其斷裂范圍就越處于低pH、高電位側。其他鋼種的應力腐蝕斷裂沒有發生范圍,如果電位變高僅僅會出現點腐蝕;另外還發現,發生應力腐蝕斷裂的鋼都是以點腐蝕為起點的。不過,作為試驗液經常使用的20%NaCl+1%Na2Cr2O7·2H2O溶液的pH值不像高濃度MgCl2那么低,大約為4,其特征是:在同溶液中不銹鋼的電位先變高,發生點腐蝕后,電位會移向低側,到達應力腐蝕斷裂的范圍。


圖 12.jpg


使用高濃度食鹽水對各種鋼進行比較,其結果和實際應用的結果相一致。但涉及實際應用中高濃度氯化物的裝置比較少,因此在80℃以下時,以將氯離子作為不純成分包含在內的溫水為對象,高濃度食鹽水試驗難度較大,所以隨著溫水處理裝置的普及,一般采用帶有縫隙的試片(后述)通過稀薄食鹽水來進行評價。