摘要

通過光學顯微鏡(jing)和透射電(dian)鏡(jing)分析T95鋼(gang)(gang)(gang)第(di)二相及合(he)金元素對(dui)材料抗(kang)應力(li)(li)腐蝕(shi)開裂(lie)(lie) （SCC） 性(xing)能影響。在(zai)不同酸(suan)性(xing)pH值(zhi)(zhi)條(tiao)件下，結合(he)動電(dian)位極(ji)化方法(fa)、恒載荷拉伸(shen)以及顯微鏡(jing)微觀分析等方法(fa)，研究了T95油井管鋼(gang)(gang)(gang)的應力(li)(li)腐蝕(shi)行(xing)為，并(bing)探究了其(qi)裂(lie)(lie)紋(wen)發(fa)生機(ji)制(zhi)(zhi)。結果表明，T95鋼(gang)(gang)(gang)的SCC行(xing)為對(dui)pH值(zhi)(zhi)敏(min)感(gan)，在(zai)pH值(zhi)(zhi)2.8~4.5之間存在(zai)一(yi)個臨界值(zhi)(zhi)，溶(rong)液(ye)(ye)pH值(zhi)(zhi)低(di)至2.8及以下時(shi)T95鋼(gang)(gang)(gang)的SCC敏(min)感(gan)性(xing)高；腐蝕(shi)溶(rong)液(ye)(ye)pH值(zhi)(zhi)降低(di)，應力(li)(li)環(huan)斷裂(lie)(lie)時(shi)間縮短，T95鋼(gang)(gang)(gang)SCC敏(min)感(gan)性(xing)增加(jia)。隨著(zhu)溶(rong)液(ye)(ye)pH值(zhi)(zhi)降低(di)，環(huan)境輸入H+電(dian)流 （IH+） 增加(jia)，陰(yin)極(ji)反應加(jia)強(qiang)，促進氫(qing)致開裂(lie)(lie)；H+在(zai)裂(lie)(lie)尖(jian)聚集，促進裂(lie)(lie)紋(wen)擴(kuo)(kuo)展，加(jia)強(qiang)陽極(ji)溶(rong)解(jie)。T95鋼(gang)(gang)(gang)的裂(lie)(lie)紋(wen)擴(kuo)(kuo)展受(shou)到陽極(ji)溶(rong)解(jie)和氫(qing)致開裂(lie)(lie)機(ji)制(zhi)(zhi)協同作(zuo)用。

關(guan)鍵詞： 酸性介質； 應力腐蝕； 恒載荷拉伸； H2S; 裂紋擴展； 油井管

隨著大量三高(gao) （即(ji)腐(fu)(fu)蝕性(xing)(xing)氣體(ti)含(han)量高(gao)、壓力(li)(li)高(gao)和(he)(he)產(chan)能高(gao)） 油氣田的(de)(de)開(kai)發，油井(jing)(jing)管(guan)(guan)鋼服役(yi)環(huan)境(jing)(jing)酸(suan)性(xing)(xing)水(shui)平大幅降低，導致其(qi)應力(li)(li)腐(fu)(fu)蝕開(kai)裂(lie) （SCC） 問題日益突出。酸(suan)性(xing)(xing)H2S環(huan)境(jing)(jing)會(hui)造成氫(qing)致開(kai)裂(lie) （HIC） 和(he)(he)硫(liu)化物應力(li)(li)腐(fu)(fu)蝕 （SSCC），二(er)者協同(tong)作(zuo)用(yong)，是(shi)油井(jing)(jing)管(guan)(guan)斷裂(lie)失(shi)效的(de)(de)主要原因[1,2]，對人和(he)(he)環(huan)境(jing)(jing)造成不(bu)可挽回的(de)(de)災難。因此，近年來，研(yan)究(jiu)酸(suan)性(xing)(xing)環(huan)境(jing)(jing)下(xia)SSCC逐漸成為(wei)(wei)國(guo)(guo)內熱點(dian)。鄭華均等[3]認為(wei)(wei)酸(suan)性(xing)(xing)溶(rong)液中16MnR鋼以氫(qing)致開(kai)裂(lie)機制(zhi) （HE） 為(wei)(wei)主，在中性(xing)(xing)和(he)(he)堿性(xing)(xing)溶(rong)液中以陽極溶(rong)解機制(zhi) （AD） 為(wei)(wei)主。劉(liu)智勇等[4]認為(wei)(wei)酸(suan)性(xing)(xing)環(huan)境(jing)(jing)是(shi)SCC敏感環(huan)境(jing)(jing)，其(qi)裂(lie)尖是(shi)陽極過(guo)程(cheng)控制(zhi)，非(fei)裂(lie)尖區受(shou)陰極過(guo)程(cheng)控制(zhi)。Yan等[5]認為(wei)(wei)，酸(suan)性(xing)(xing)介質會(hui)加強材料(liao)陰極析氫(qing)，促(cu)進氫(qing)脆(cui)作(zuo)用(yong)和(he)(he)陽極溶(rong)解作(zuo)用(yong)。可見，油氣田用(yong)鋼在酸(suan)性(xing)(xing)環(huan)境(jing)(jing)具有(you)較(jiao)高(gao)的(de)(de)應力(li)(li)腐(fu)(fu)蝕敏感特(te)征，但(dan)不(bu)同(tong)材料(liao)體(ti)系的(de)(de)應力(li)(li)腐(fu)(fu)蝕行(xing)為(wei)(wei)機制(zhi)還不(bu)夠完善，有(you)待進一步研(yan)究(jiu)。T95鋼是(shi)目前(qian)國(guo)(guo)內外使用(yong)量較(jiao)大的(de)(de)油井(jing)(jing)管(guan)(guan)材料(liao)，在我國(guo)(guo)油井(jing)(jing)開(kai)采中應用(yong)廣泛，其(qi)SSCC行(xing)為(wei)(wei)和(he)(he)機理深(shen)受(shou)業界關(guan)注。目前(qian)，T95鋼在酸(suan)性(xing)(xing)環(huan)境(jing)(jing)下(xia)SSCC行(xing)為(wei)(wei)和(he)(he)機理研(yan)究(jiu)較(jiao)少，且沒有(you)達成一致。

本(ben)文主(zhu)要(yao)研究了溶(rong)液酸度對(dui)T95油(you)井管的(de)SSCC行為(wei)，分析斷(duan)口(kou)形貌和斷(duan)裂行為(wei)，探討應力腐蝕過程中的(de)裂紋擴展機制，為(wei)T95油(you)井管的(de)實際應用提供參考依(yi)據(ju)。

1 實驗方(fang)法

T95鋼成分采(cai)用(yong)(yong)(yong)超(chao)低S和(he)合金化(hua)設(she)計(ji)，同時加入(ru)了Cr、Mo、V合金元素，化(hua)學成分 （質量(liang)分數，%） 為(wei)：C 0.19，Si 0.18，Mn 0.73，S 0.0042，P 0.015，Cr 0.83，Mo 0.46，V 0.097，Fe余量(liang)。采(cai)用(yong)(yong)(yong)ZEISS Axiovert 200MAT金相顯(xian)微鏡和(he)TecnaiG2 20透射電子顯(xian)微鏡 （TEM） 對T95鋼進行組(zu)織觀察。試樣(yang)(yang)(yang)沿軋制方向截取(qu)，每組(zu)實(shi)驗(yan)采(cai)用(yong)(yong)(yong)3個平(ping)行樣(yang)(yang)(yang)。實(shi)驗(yan)前(qian)，恒載(zai)荷拉伸實(shi)驗(yan)試樣(yang)(yang)(yang)用(yong)(yong)(yong)丙(bing)酮除油，然后用(yong)(yong)(yong)去(qu)離(li)(li)子水(shui)(shui)清洗，無水(shui)(shui)乙(yi)醇脫水(shui)(shui)后冷風(feng)吹干(gan)待(dai)用(yong)(yong)(yong)。電化(hua)學試樣(yang)(yang)(yang)利(li)用(yong)(yong)(yong)SiC水(shui)(shui)砂紙將工(gong)作面(mian)逐(zhu)級打磨(mo)至1200號(hao)，然后用(yong)(yong)(yong)去(qu)離(li)(li)子水(shui)(shui)清洗，無水(shui)(shui)乙(yi)醇脫水(shui)(shui)后冷風(feng)吹干(gan)待(dai)用(yong)(yong)(yong)。

實驗介質以NACE標準溶(rong)液A溶(rong)液為(wei)(wei)(wei)基準，通過(guo)乙酸(suan)和0.1 mol/L NaOH來調(diao)整(zheng)溶(rong)液pH值(zhi)(zhi)至2.3、2.8和4.5。其中(zhong)，pH值(zhi)(zhi)為(wei)(wei)(wei)4.5是(shi)氣田井口液的(de)通常(chang)酸(suan)度(du)，且一般認為(wei)(wei)(wei)pH值(zhi)(zhi)不超過(guo)4.5是(shi)酸(suan)腐(fu)蝕(shi)區(qu)[6-8]；pH值(zhi)(zhi)為(wei)(wei)(wei)2.8是(shi)NACE標準溶(rong)液的(de)pH值(zhi)(zhi)，該酸(suan)性環境(jing)公(gong)認較苛刻；選取(qu)pH值(zhi)(zhi)為(wei)(wei)(wei)2.3是(shi)為(wei)(wei)(wei)了考察環境(jing)酸(suan)度(du)更低情況下，輸入到金屬腐(fu)蝕(shi)體(ti)系的(de)H+更多(duo)，進一步(bu)考察T95鋼的(de)抗SSCC性能。

恒載荷拉伸(shen)實驗(yan)前向介(jie)質(zhi)(zhi)中(zhong)通(tong)入高(gao)(gao)純N2除氧2 h。以200 mL/min的(de)速(su)率(lv)在(zai)溶液中(zhong)通(tong)入H2S氣體(ti)30 min，使介(jie)質(zhi)(zhi)達(da)到飽和，實驗(yan)過程中(zhong)低速(su)率(lv)持續通(tong)入H2S氣體(ti)。恒載荷拉伸(shen)實驗(yan)依照NACE Standard TM 0177-2005標(biao)(biao)準的(de)A方(fang)法進行(xing)，對T95鋼(gang)加(jia)(jia)載至名(ming)義(yi)屈服強(qiang)度的(de)90%，實驗(yan)中(zhong)記錄(lu)應力(li)環斷裂的(de)時(shi)間。采用(yong)CORTEST應力(li)環加(jia)(jia)載。T95鋼(gang)在(zai)Zwick拉伸(shen)試驗(yan)機上進行(xing)空氣介(jie)質(zhi)(zhi)拉伸(shen)試驗(yan)，作為對比(bi)實驗(yan)。依據(ju)標(biao)(biao)準JBT6074-92《腐蝕(shi)試樣的(de)制備、清洗和評定》清洗試樣腐蝕(shi)產(chan)物。用(yong)QUANTA-400HV掃描電(dian)子顯微鏡(jing) （SEM） 對斷口及裂紋形貌進行(xing)觀察。采用(yong)TecnaiG2 20 TEM進行(xing)滲(shen)碳體(ti)形貌分(fen)(fen)(fen)析(xi)(xi)，采用(yong)EDAX X特(te)征(zheng)能譜儀 （EDS） 進行(xing)成分(fen)(fen)(fen)分(fen)(fen)(fen)析(xi)(xi)，點分(fen)(fen)(fen)辨率(lv)0.235 nm；最高(gao)(gao)加(jia)(jia)速(su)電(dian)壓200 kV；最小束斑(ban)尺寸1 nm。

動電(dian)(dian)位(wei)(wei)極(ji)化曲線測(ce)(ce)試采用M273A電(dian)(dian)化學(xue)測(ce)(ce)試系(xi)統。實驗(yan)用三電(dian)(dian)極(ji)體(ti)系(xi)，T95鋼試樣為工作電(dian)(dian)極(ji)，Pt片為輔助電(dian)(dian)極(ji)，飽和甘汞電(dian)(dian)極(ji) （SCE） 為參比(bi)電(dian)(dian)極(ji)，掃描速度為0.166 mV/s。電(dian)(dian)位(wei)(wei)數值均(jun)相對(dui)于SCE的(de)電(dian)(dian)位(wei)(wei)。電(dian)(dian)化學(xue)實驗(yan)溶液(ye)為上(shang)述(shu)(shu)3種(zhong)溶液(ye)，實驗(yan)前(qian)向(xiang)溶液(ye)通入高(gao)純N2除(chu)氧1 h，加(jia)入適量(liang)Na2S （分析純）。用碘量(liang)法來測(ce)(ce)溶液(ye)中H2S濃(nong)度，其H2S濃(nong)度為1200×10-6。上(shang)述(shu)(shu)實驗(yan)溫度保持在 （25±1） ℃。

2 實驗結果

2.1 顯微(wei)組織與力學性能(neng)

T95鋼(gang)經過調質處理后(hou)，組織(zhi)見(jian)圖1，可見(jian)其組織(zhi)均(jun)勻，主(zhu)要為(wei)回火索氏體的(de)調質組織(zhi)，晶粒度為(wei)ASTM 9級。試樣的(de)屈服(fu)強(qiang)度為(wei)720 MPa，抗拉強(qiang)度為(wei)785 MPa，斷后(hou)伸(shen)長率為(wei)23.0%。可見(jian)，T95鋼(gang)力學性能(neng)符合(he)標準要求。

圖1   T95鋼的金(jin)相組織

圖2為T95鋼經過900 ℃淬火+660 ℃高(gao)(gao)溫回火調質(zhi)后(hou)透射組織。可(ke)(ke)見，馬氏體(ti)板條界(jie)逐漸融(rong)合，發生再結晶(jing)，在板條上出(chu)現亞晶(jing)粒，逐步(bu)形(xing)成(cheng)鐵(tie)(tie)素體(ti)，并且在鐵(tie)(tie)素體(ti)晶(jing)內和(he)晶(jing)界(jie)有大量(liang)滲碳(tan)(tan)體(ti)析出(chu)且部分(fen)已(yi)經球化 （如(ru)圖3），是回火索(suo)氏體(ti)的(de)典(dian)型(xing)特征。這(zhe)些滲碳(tan)(tan)體(ti)對位(wei)錯(cuo)起(qi)到了釘扎(zha)作用，位(wei)錯(cuo)可(ke)(ke)動(dong)性(xing)大大降低。位(wei)錯(cuo)和(he)滲碳(tan)(tan)體(ti)可(ke)(ke)以(yi)成(cheng)為強的(de)氫(qing)陷阱，固定(ding)了H，阻礙了氫(qing)在金(jin)屬中(zhong)的(de)運動(dong)和(he)聚集，從而改善鋼的(de)抗(kang)H2S腐蝕性(xing)能(neng)。經能(neng)譜分(fen)析滲碳(tan)(tan)體(ti)，如(ru)圖3，其中(zhong)含有合金(jin)成(cheng)分(fen)Mn、Cr、Mo、V。微合金(jin)元素V對C起(qi)到固定(ding)作用，可(ke)(ke)以(yi)提高(gao)(gao)鋼在高(gao)(gao)溫下的(de)抗(kang)氫(qing)侵蝕和(he)降低鋼的(de)SCC敏(min)感性(xing)。Mo能(neng)夠(gou)降低相變溫度(du)，抑制塊狀(zhuang)鐵(tie)(tie)素體(ti)的(de)形(xing)成(cheng)，提高(gao)(gao)鋼耐SCC性(xing)能(neng)[9]。

圖2   T95鋼(gang)組織(zhi)和(he)碳化物(wu)析(xi)出情況

圖3   滲碳體分布(bu)和EDS分析

2.2 動(dong)電位極化曲線測量

圖4為T95鋼(gang)在3種(zhong)pH介(jie)質(zhi)中動(dong)電(dian)(dian)位極(ji)化曲線。可見，T95鋼(gang)陽(yang)極(ji)過程基本(ben)一(yi)致，未出現鈍化現象，當電(dian)(dian)壓(ya)大(da)于-0.1 V以后，曲線歸(gui)于一(yi)致。溶液(ye)pH值(zhi)的(de)改(gai)變主要影響(xiang)的(de)是(shi)陰極(ji)過程。隨著pH值(zhi)降低，陰極(ji)反(fan)應(ying)曲線發(fa)生了右移，腐(fu)(fu)蝕(shi)電(dian)(dian)流(liu)(liu)密度變大(da)。T95鋼(gang)置于不(bu)同(tong)pH值(zhi)腐(fu)(fu)蝕(shi)介(jie)質(zhi)中，待穩定一(yi)段時(shi)間(jian)后，腐(fu)(fu)蝕(shi)電(dian)(dian)流(liu)(liu)與(yu)環境輸入(ru)H+電(dian)(dian)流(liu)(liu)相等，即Icorr=IH+，IH+是(shi)T95鋼(gang)參與(yu)應(ying)力腐(fu)(fu)蝕(shi)反(fan)應(ying)的(de)H+電(dian)(dian)流(liu)(liu)。也就是(shi)說，溶液(ye)pH值(zhi)降低使參與(yu)應(ying)力腐(fu)(fu)蝕(shi)反(fan)應(ying)的(de)電(dian)(dian)流(liu)(liu)變大(da)，增加了陽(yang)極(ji)和陰極(ji)反(fan)應(ying)速(su)率，導致T95鋼(gang)腐(fu)(fu)蝕(shi)速(su)率明(ming)顯(xian)增加，同(tong)時(shi)增加了氫滲入(ru)鋼(gang)中的(de)量，促進(jin)了氫脆作用，增大(da)了應(ying)力腐(fu)(fu)蝕(shi)敏感(gan)性，即溶液(ye)pH值(zhi)降低增加了T95鋼(gang)的(de)應(ying)力腐(fu)(fu)蝕(shi)敏感(gan)性。

圖4   3種pH值溶液中(zhong)T95鋼動電位極化(hua)曲(qu)線

2.3 恒載荷拉伸實驗

將(jiang)T95鋼(gang)分(fen)別在(zai)(zai)(zai)3種pH值(zhi)溶液(ye)中(zhong)進行(xing)(xing)(xing)應力環實驗(yan)，獲得各條件下的(de)斷裂(lie)(lie)(lie)時間(jian)結果如圖5所示。可(ke)見，在(zai)(zai)(zai)溶液(ye)pH值(zhi)分(fen)別為2.3和(he)(he)2.8中(zhong)，2組(zu)平行(xing)(xing)(xing)試(shi)樣均斷裂(lie)(lie)(lie)；在(zai)(zai)(zai)溶液(ye)pH值(zhi)為4.5中(zhong)，3個平行(xing)(xing)(xing)試(shi)樣實驗(yan)720 h均沒有(you)發生斷裂(lie)(lie)(lie)。可(ke)見，T95鋼(gang)的(de)SCC行(xing)(xing)(xing)為受pH值(zhi)的(de)影(ying)響極為明(ming)顯，存(cun)在(zai)(zai)(zai)一個臨(lin)界的(de)pH值(zhi)介于(yu)2.8和(he)(he)4.5之間(jian)，當pH值(zhi)為2.8以下時T95鋼(gang)對SCC敏感(gan)(gan)性很高，且隨著溶液(ye)pH值(zhi)降低，試(shi)樣斷裂(lie)(lie)(lie)時間(jian)縮短，SCC敏感(gan)(gan)性增(zeng)高。這與T95鋼(gang)發生氫脆的(de)臨(lin)界氫濃度有(you)關。

圖5   T95鋼應(ying)力環實驗結果

2.4 斷口及裂紋觀(guan)察

如圖(tu)6所示，T95鋼(gang)在空氣(qi)(qi)中(zhong)(zhong)(zhong)(zhong)的(de)(de)斷(duan)(duan)裂(lie)形(xing)(xing)(xing)式為(wei)韌(ren)性(xing)(xing)(xing)斷(duan)(duan)裂(lie)，斷(duan)(duan)口(kou)(kou)呈現多(duo)孔(kong)韌(ren)窩狀。圖(tu)7為(wei)T95鋼(gang)在溶(rong)液(ye)pH值分(fen)別為(wei)2.8和(he)(he)2.3中(zhong)(zhong)(zhong)(zhong)應力環(huan)(huan)斷(duan)(duan)口(kou)(kou)形(xing)(xing)(xing)貌(mao)。相(xiang)比(bi)空氣(qi)(qi)中(zhong)(zhong)(zhong)(zhong)的(de)(de)斷(duan)(duan)口(kou)(kou)，pH值為(wei)2.8溶(rong)液(ye)中(zhong)(zhong)(zhong)(zhong)鋼(gang)斷(duan)(duan)面發生了一定(ding)程度的(de)(de)韌(ren)脆(cui)(cui)轉變(bian)。由(you)(you)于氫(qing)的(de)(de)進入，使得(de)局部塑(su)性(xing)(xing)(xing)變(bian)形(xing)(xing)(xing)量減(jian)少，導致金(jin)屬塑(su)性(xing)(xing)(xing)降低，韌(ren)窩區(qu)域(yu)減(jian)小(xiao)，韌(ren)窩面積(ji)和(he)(he)深(shen)度也減(jian)小(xiao)，局部呈現脆(cui)(cui)性(xing)(xing)(xing)斷(duan)(duan)口(kou)(kou)特(te)征(zheng)，且有裂(lie)紋生成(cheng)，如圖(tu)7a；pH值為(wei)2.3溶(rong)液(ye)中(zhong)(zhong)(zhong)(zhong)鋼(gang)斷(duan)(duan)口(kou)(kou)在撕裂(lie)之間形(xing)(xing)(xing)成(cheng)典型(xing)的(de)(de)準解理斷(duan)(duan)裂(lie)特(te)征(zheng)，如圖(tu)7b，呈現脆(cui)(cui)性(xing)(xing)(xing)斷(duan)(duan)口(kou)(kou)特(te)征(zheng)，人字型(xing)裂(lie)紋多(duo)且長。由(you)(you)此可見，相(xiang)對于空氣(qi)(qi)拉伸，斷(duan)(duan)口(kou)(kou)形(xing)(xing)(xing)貌(mao)逐(zhu)漸(jian)由(you)(you)韌(ren)性(xing)(xing)(xing)特(te)征(zheng)轉變(bian)為(wei)脆(cui)(cui)性(xing)(xing)(xing)特(te)征(zheng)。溶(rong)液(ye)pH值為(wei)2.8和(he)(he)2.3均對T95鋼(gang)是SCC敏感(gan)環(huan)(huan)境，且T95鋼(gang)在pH值為(wei)2.3溶(rong)液(ye)中(zhong)(zhong)(zhong)(zhong)表現出較強的(de)(de)SCC敏感(gan)性(xing)(xing)(xing)。

圖(tu)6   T95鋼(gang)空(kong)氣中斷口SEM形貌(mao)

圖(tu)7   ;溶液pH值為(wei)2.8和2.3中(zhong)T95鋼斷口(kou)SEM形貌

3 分析(xi)與(yu)討論(lun)

T95鋼的(de)在(zai)酸性H2S環(huan)境中(zhong)的(de)SCC是(shi)受氫(qing)脆機(ji)制(zhi) （HE） 控制(zhi)的(de)，也就(jiu)是(shi)受電化學充氫(qing)過程的(de)影響。在(zai)實驗(yan)所用(yong)的(de)酸性除(chu)氧(yang)溶液中(zhong)，其陰極(ji)反應主要為(wei)H+和(he)H2S的(de)還原反應，反應方程為(wei)：

H++e→H （1）

H2S+e→HS- （2）

其陽極(ji)反(fan)應為Fe的陽極(ji)溶(rong)解：

Fe→Fe2++2e （3）

H2S在溶液中主要(yao)以HS-和S2-形式存在。陽極(ji)通(tong)過下列(lie)反應，生成(cheng)腐(fu)蝕(shi)產(chan)物FeSx。

Fe2++xS2-→FeSx （4）

FeSx膜(mo)層(ceng)是復雜的(de)鐵硫化(hua)物，其(qi)成(cheng)分(fen)包括Fe2S、Fe3S4、FeS1-x等[10]。該(gai)膜(mo)層(ceng)具有雙重作(zuo)(zuo)用，其(qi)一是對析(xi)氫過程(cheng)(cheng)的(de)毒化(hua)作(zuo)(zuo)用，能(neng)促進(jin)H向(xiang)鋼中擴散，從而(er)促進(jin)鋼的(de)SCC過程(cheng)(cheng)[11,12]；其(qi)二(er)是該(gai)膜(mo)層(ceng)對均勻(yun)腐蝕具有一定(ding)的(de)保護作(zuo)(zuo)用，所以能(neng)減緩(huan)均勻(yun)腐蝕。但(dan)是，實驗介(jie)質(zhi)中存(cun)在高(gao)濃度的(de)Cl-，其(qi)能(neng)夠破(po)壞膜(mo)層(ceng)的(de)保護性，形成(cheng)局部陽極溶解(jie)活化(hua)點，從而(er)促進(jin)裂紋萌生[13]。上述兩個方面共同促進(jin)了T95鋼的(de)SCC 過程(cheng)(cheng)。

本研究發現(xian)，隨著溶(rong)液pH值升(sheng)高(gao)，T95鋼的SCC敏(min)感性逐漸降低 （如圖5），在(zai)pH值達(da)到4.5時(shi)實驗(yan)720 h不斷裂，表(biao)現(xian)出明顯的耐SCC的特性。因此，認為溶(rong)液pH值是(shi)影(ying)響SCC的重要(yao)因素之(zhi)一。這是(shi)因為，在(zai)酸性溶(rong)液中，pH值的升(sheng)高(gao)能夠抑制陰極析氫過程。

溶(rong)液pH值越低(di)，環境輸(shu)入H+越多，陰(yin)極(ji)反應(ying)式 （1） 和 （2） 會得到(dao)加強，而(er)同時(shi)，陽極(ji)反應(ying) （3） 也(ye)會加強 （圖4）。因此，在pH值低(di)至(zhi)2.8及2.3時(shi)，SCC敏感性大(da)大(da)加強了 （圖5）。

在(zai)(zai)應(ying)(ying)力作(zuo)用(yong)(yong)下，裂(lie)(lie)(lie)(lie)紋(wen)(wen)(wen)(wen)(wen)源發(fa)(fa)生局部(bu)(bu)塑變并持續(xu)處(chu)于高(gao)應(ying)(ying)變狀(zhuang)態，能夠吸(xi)收更多的(de)H原子而(er)加(jia)劇HE過程。因此，滲入鋼(gang)(gang)中(zhong)(zhong)的(de)H在(zai)(zai)應(ying)(ying)力誘(you)導擴(kuo)散(san)作(zuo)用(yong)(yong)下在(zai)(zai)裂(lie)(lie)(lie)(lie)紋(wen)(wen)(wen)(wen)(wen)源尖端(duan)高(gao)應(ying)(ying)力區 （應(ying)(ying)力集中(zhong)(zhong)區、晶(jing)界或位錯富(fu)集區） 富(fu)集，當氫壓達到(dao)材(cai)(cai)料斷裂(lie)(lie)(lie)(lie)閾(yu)值，導致材(cai)(cai)料沿晶(jing)或穿晶(jing)開裂(lie)(lie)(lie)(lie) （圖6）。此時(shi)，裂(lie)(lie)(lie)(lie)紋(wen)(wen)(wen)(wen)(wen)源尖端(duan)開裂(lie)(lie)(lie)(lie)導致裂(lie)(lie)(lie)(lie)紋(wen)(wen)(wen)(wen)(wen)源應(ying)(ying)力強度因子增(zeng)大，局部(bu)(bu)拉應(ying)(ying)力增(zeng)加(jia)會促進陰極(ji)(ji)(ji)反應(ying)(ying)進行[14,15]。同時(shi)，裂(lie)(lie)(lie)(lie)紋(wen)(wen)(wen)(wen)(wen)發(fa)(fa)生時(shi)裂(lie)(lie)(lie)(lie)尖應(ying)(ying)變也(ye)能促進裂(lie)(lie)(lie)(lie)尖的(de)陽(yang)極(ji)(ji)(ji)溶解(jie)過程。裂(lie)(lie)(lie)(lie)紋(wen)(wen)(wen)(wen)(wen)擴(kuo)展時(shi)，暴(bao)露(lu)出的(de)金(jin)屬(shu)表面瞬時(shi)發(fa)(fa)生局部(bu)(bu)陽(yang)極(ji)(ji)(ji)溶解(jie)，使(shi)裂(lie)(lie)(lie)(lie)紋(wen)(wen)(wen)(wen)(wen)長大速(su)率加(jia)快16。因此，T95鋼(gang)(gang)的(de)SCC機理是陽(yang)極(ji)(ji)(ji)溶解(jie)和氫脆的(de)混合(he)控制過程，在(zai)(zai)較低pH值下以(yi)氫脆機制為主。而(er)這就能夠理解(jie)，隨著環境(jing)輸入H+濃度增(zeng)加(jia)，陰陽(yang)極(ji)(ji)(ji)過程對(dui)鋼(gang)(gang)中(zhong)(zhong)裂(lie)(lie)(lie)(lie)紋(wen)(wen)(wen)(wen)(wen)的(de)擴(kuo)展和鋼(gang)(gang)的(de)腐蝕都(dou)有(you)促進作(zuo)用(yong)(yong)，從(cong)而(er)導致pH值對(dui)T95鋼(gang)(gang)的(de)SCC的(de)影響存在(zai)(zai)臨(lin)界值現象。

4 結論

（1） 溶液pH值(zhi)為2.3和2.8是T95鋼SCC敏感環境。且隨著pH值(zhi)升高(gao)(gao)，T95鋼SCC敏感性呈(cheng)現出臨界值(zhi)現象，在pH值(zhi)高(gao)(gao)至4.5時(shi)其(qi)SCC敏感性大幅降低。

（2） 溶(rong)(rong)液pH值(zhi)同時影響了T95鋼(gang)陰極和陽極反(fan)應過(guo)程。T95鋼(gang)裂(lie)(lie)(lie)紋(wen)源形成后，溶(rong)(rong)液pH值(zhi)降低，陰極反(fan)應加強，促(cu)進(jin)氫(qing)致開裂(lie)(lie)(lie)；H+在裂(lie)(lie)(lie)尖聚(ju)集，促(cu)進(jin)裂(lie)(lie)(lie)紋(wen)擴(kuo)展(zhan)，加強陽極溶(rong)(rong)解(jie)，此時T95鋼(gang)的(de)裂(lie)(lie)(lie)紋(wen)擴(kuo)展(zhan)受到陽極溶(rong)(rong)解(jie)和氫(qing)致開裂(lie)(lie)(lie)機制(zhi)協同作用。