在特定的材料、腐蝕環境、應力條件共同作用下，材料可能發生應力腐蝕破裂。應力腐蝕最廣泛為人所知的例子是黃銅彈殼隨季節變化的“季裂”。50年代以后，由于石油、華工等向高壓方面發展，應力腐蝕才被漸漸重視起來。據統計，60%的應力腐蝕破裂事故是在不銹鋼中發生的。應力腐蝕機理一般可分為陽極溶解和氫致開裂。

304奧氏體不銹鋼作為18%鉻8%鎳不銹鋼的代表，具有非常廣泛的應用。據統計，在化工設備失效破裂事故總數中，約有12%為奧氏體的應力腐蝕斷裂。應力作用可導致不銹鋼表面產生位錯臺階、露頭等缺陷，破壞了鈍化膜完整性，從而使自腐蝕電位降低，耐蝕性變差，鈍化膜修復后，自腐蝕電位又變正，耐蝕性變好。本章用電化學阻抗譜法（EIS）和動電位極化曲線法測試了壓力作用下304R不銹鋼在3.5%NaCl溶液中的極化曲線和阻抗譜，并結合組織圖片進行了分析。

304R的組織為等軸的晶粒，還有大量孿晶。根據對304R加工過程進行分析，大致概括出三種應力腐蝕薄弱區域：馬氏體相變區、鐵素體區和晶界的Cr 23 C 6區。

亞穩態的奧氏體不銹鋼在外加載荷作用下，易在晶界和晶粒中產生形變誘發馬氏體。相關實驗表明，奧氏體不銹鋼在應力腐蝕裂尖存在馬氏體。又由于馬氏體比γ-奧氏體具有較高的擴散系數，為氫的擴散開辟了優先通道，具有更高的氫脆敏感性。

α’馬氏體常于奧氏體晶界處產生，在試樣拋光表面表現為小的浮凸，在金相顯微鏡下可見。鋼中的合金元素對馬氏體的形狀有一定的影響：縮小奧氏體相區的合金元素（Cr、W、V、Si、B、Nb、Zr等）促進形成板條狀馬氏體。

馬氏體相對材料耐蝕性有一定的影響，Sunada Satoshi等人的研究表明，隨著馬氏體相的增加，SUS304不銹鋼耐孔蝕能力減小，馬氏體對SUS304不銹鋼的影響還與NaCl溶液濃度、電位、溫度等環境因素有關。鈍化狀態下馬氏體不存在選擇性腐蝕的趨勢。但在鈍化膜破裂后，由于沒有鈍化膜保護，因此馬氏體被選擇性溶解，這可能成為裂紋的形核的優先區。由圖3-1可看出拋光后的304R不銹鋼表面存在零散分布的第二相，呈凸浮點狀，經查詢相關文獻，初步認為是304R不銹鋼中的殘留馬氏體，仍有待進一步核實。304奧氏體不銹鋼薄帶中一般存在殘余的鐵素體。鐵素體的存在對304R不銹鋼的性能有重要影響，如引起不銹鋼的選擇性腐蝕（鐵素體優先腐蝕），增加不銹鋼的表面缺陷、影響304R不銹鋼的無磁性等。

當鉻含量低于或高于18%時，鎳含量隨之增加。因此，18%鉻8%鎳是保證奧氏體單相組織的最低含量。

本文所用304奧氏體不銹鋼為熱軋。熱軋工藝包括粗軋和精軋。粗軋加熱爐出口溫度一般設定1260℃～1270℃；精軋出口溫度一般為1000～1020℃。奧氏體不銹鋼在加熱溫度高于1392℃時，會產生鐵素體，如圖所示，鐵素體含量隨加熱溫度的升高而明顯增加，且奧氏體中的鐵素體一經形成后不能消除。如圖3-3，為通過10%的NaOH溶液在10V、60s電解腐蝕的條件下腐蝕所得304R不銹鋼中鐵素體的分布圖，可看出304R中鐵素體呈彌散分布在基體中。析出相和鐵素體與奧氏體相界處非常容易產生應力集中，從而導致應力腐蝕。鐵素體的存在使得鈍化膜破裂后，鐵素體與奧氏體之間形成大陰極小陽極型原電池，鐵素體作為陽極被優先腐蝕。鐵素體腐蝕后形成空缺，使周圍基體力學性能發生變化，同時，裸露出來的位置很容易吸附溶液中離子，加速腐蝕的進行。

觀察不同應力下所得金相圖片，可看出304R的金相組織基本為等軸晶粒的奧氏體，還有少量條狀和不規則形狀的第二相和夾雜等，奧氏體晶粒晶界大多較為平直，晶界處有少量黑色沉積物，據相關研究，可能是碳化鉻。晶內有孿晶出現。金相圖片在晶粒內和晶界處存在一些黑點狀腐蝕坑，根據圖3-4（d），可判斷出晶粒內部第二相處先發生腐蝕，再在晶界處萌生。從腐蝕完的宏觀金屬表面可看出，當個別點蝕已達穩態，局部還有非穩態點蝕。

根據四幅圖片在基體中都有彌散分布的黑色腐蝕坑，結合圖3-4，推測可能為鐵素體腐蝕后所留，同時，還有少數腐蝕坑呈不規則形狀。

304不銹鋼經過敏化溫度（450~850℃）處理時，碳元素與鉻元素會在晶界形成Cr 23 C 6型的碳化物，此碳化物為富鉻相。碳元素與鉻元素在晶界生成碳化鉻，消耗了晶界附近區域的碳和鉻，由于鉻在面心立方的奧氏體中擴散較慢，導致晶界附近區域的貧鉻化，因此貧鉻區先被腐蝕。

對失效部件的分析顯示，氯離子在貧鉻區等部位富集后，由于半徑小，因此在與氧原子的競爭過程中將表面膜中的氧原子排擠掉，并生成FeCl 2，使腐蝕環境閉塞，不能使鈍化膜再生，使鈍化膜形成腐蝕孔，當有外加應力時，貧鉻區由于比基體強度低，很容易從孔腐蝕地方破裂，形成裂紋源。

由圖可看出，晶界和孿晶界被腐蝕明顯，呈黑色，說明晶界優先于基體被腐蝕，除了因為晶界有結構缺陷外，晶界沉積的碳化鉻導致的貧鉻區也起了重要作用。此外，鋼中的夾雜物也可能形成類似鐵素體溶解后的腐蝕坑。

結論

（1）退火態試樣點蝕坑面積較小數量較多，應力作用下點蝕坑數量較少面積較大。

（2）應力作用下點蝕坑更大更深，是退火態的3、4倍，且隨應力增大，點蝕坑直徑隨之增大。說明應力作用下，腐蝕發生了力學-化學交互作用，使得點蝕更容易發生，點蝕程度更大。

（3）隨應力增大，自腐蝕電位先升高后下降，但都比退火態自腐蝕電位高，點蝕電位都比退火態低。說明應力作用下，鈍化膜被應力破壞，所以更容易發生點蝕。

展望

本論文從應力腐蝕入手，對304R不銹鋼施加不同大小的彎曲應力，并測試其極化曲線和阻抗譜，結合金相照片對試樣進行了分析，但仍存在些許問題：

1、未來可對點蝕坑剖面進行進一步觀察，揭示應力腐蝕機制；

2、對夾雜、析出相對應力腐蝕的影響進行相關研究；

3、此裝置未來可進行不同鋼種的應力腐蝕實驗，進行進一步對比和分析。