2205雙相不銹鋼具有比奧氏體不銹鋼更加優(yōu)良的耐蝕性能，然而雙相不銹鋼由于鐵素體相的存在，在服役的過(guò)程中容易出現(xiàn)氫脆開(kāi)裂，氫原子在雙相不銹鋼中不僅存在于晶格間隙，而且可以存在于位錯(cuò)、晶界、空位等缺陷處，它們作為“陷阱”將氫原子牢牢“釘扎”。研究表明氫離子濃度，試樣厚度均會(huì)對(duì)氫滲透產(chǎn)生影響，因此，必須保證所有實(shí)驗(yàn)的條件相同。6.2節(jié)采用式（6.1)計(jì)算雙相不銹鋼整體的氫滲透系數(shù)，本節(jié)采用式（6.2)來(lái)計(jì)算不同固溶溫度下2205雙相不銹鋼單一相的氫擴(kuò)散系數(shù)。


   圖6.6為不同固溶溫度下2205雙相不銹鋼在0.5M硫酸溶液中的氫滲透曲線。從圖6.6中可以看出，當(dāng)固溶溫度為1000℃時(shí)，2205雙相不銹鋼的tlag為170453s,根據(jù)式（6.2)可以求出氫擴(kuò)散系數(shù)D,其值為8.80×10-14㎡/s;當(dāng)固溶溫度為1150℃時(shí)，2205雙相不銹鋼的tlag為137517s,代入公式可求得氫擴(kuò)展系數(shù)D,其值為1.09×10-13㎡/s。


7.jpg


   圖6.7不同固溶溫度下2205雙相不銹鋼單一相奧氏體的氫滲透曲線，當(dāng)固溶溫度為1000℃時(shí)，單一相奧氏體的tlag為229030s;當(dāng)固溶溫度升高至1150℃時(shí)，單一相奧氏體的tlag為278911s。同樣用式（6.2)可以分別求得固溶溫度為1000℃和1150℃時(shí)氫在2205雙相不銹鋼奧氏體單一相的擴(kuò)散系數(shù)，其值分別為6.55×10-14㎡/s和5.37×10-14㎡/s.


   圖6.8為不同固溶溫度下2205雙相不銹鋼單一相鐵素體的氫滲透曲線，當(dāng)固溶溫度為1000℃時(shí)，單一相鐵素體的t1ag為31102s;當(dāng)固溶溫度升高至1150℃時(shí)，單一相奧氏體的為 10206s.由式（6.2)分別計(jì)算固溶溫度為1000℃和1150℃時(shí)氫在2205雙相不銹鋼鐵素體單一相的擴(kuò)散系數(shù)，其值分別為4.82×10-13㎡/s和D=1.47×10-12㎡/s。


8.jpg


   比較相同溫度下2205雙相不銹鋼在上述三種條件下的氫擴(kuò)散系數(shù)可以得到如下結(jié)果：?jiǎn)我幌噼F素體＞整體＞單一相奧氏體。產(chǎn)生這種現(xiàn)象的原因是由于奧氏體相與鐵素體相的晶體結(jié)構(gòu)不同造成的，奧氏體相為面心立方結(jié)果，鐵素體為體心立方結(jié)構(gòu)，面心立方結(jié)構(gòu)的致密度較體心立方結(jié)構(gòu)高，其固溶氫原子的能力相比體系立方結(jié)構(gòu)大大增強(qiáng)。氫原子進(jìn)入雙相不銹鋼以后，會(huì)在鐵素體中快速通過(guò)，此時(shí)，鐵素體相相當(dāng)于氫原子的“擴(kuò)散通道”。當(dāng)氫原子一旦進(jìn)入奧氏體相中，便會(huì)固溶在其中，直至達(dá)到飽和，此時(shí)，奧氏體相相當(dāng)于氫陷阱，對(duì)氫原子產(chǎn)生“釘扎作用”，使氫原子擴(kuò)散速率大大降低。因此，奧氏體相的氫擴(kuò)散系數(shù)最小，鐵素體相的氫擴(kuò)散系數(shù)最大。


   比較不同固溶溫度下2205雙相不銹鋼整體氫擴(kuò)散系數(shù)可知，當(dāng)固溶溫度升高時(shí)，氫擴(kuò)散系數(shù)增加，產(chǎn)生這種現(xiàn)象的原因是當(dāng)固溶溫度升高時(shí)鐵素體相含量增加，奧氏體相含量降低。鐵素體相作為氫原子的擴(kuò)散通道會(huì)提高氫原子的擴(kuò)散速率，奧氏體對(duì)氫原子的釘扎作用會(huì)大大降低，因此，固溶溫度升高后雙相不銹鋼整體的氫擴(kuò)散系數(shù)增大。


 當(dāng)固溶溫度升高后，單一相奧氏體氫滲透系數(shù)減小，產(chǎn)生這種現(xiàn)象的原因是當(dāng)溫度變高以后，奧氏體晶粒長(zhǎng)大，單個(gè)奧氏體晶粒固容氫原子的數(shù)量變高，相當(dāng)于“氫陷阱”密度增加，對(duì)氫擴(kuò)散的阻礙作用增加。與此同時(shí)，由于晶粒的長(zhǎng)大，導(dǎo)致晶界面積變少，即氫陷阱密度減少，對(duì)氫的阻礙作用變小。因此，奧氏體晶粒的長(zhǎng)大對(duì)氫原子擴(kuò)散既有促進(jìn)作用又有抑制作用。圖6.9為1000℃和1150℃充氫試樣的微觀組織，顏色較深的組織為奧氏體，顏色較淺的組織為鐵素體。從圖6.9中可以看出，當(dāng)固溶溫度較低時(shí)，奧氏體相并非呈島狀分布于鐵素體相中，不能直線貫通，而更多的是和鐵素體相均勻混合。因此，氫原子并不是完全從奧氏體中通過(guò)，在遇到奧氏體／鐵素體晶界時(shí)，可能會(huì)直接進(jìn)入鐵素體相后繼續(xù)擴(kuò)散，鐵素體相作為氫的擴(kuò)散通道會(huì)促進(jìn)氫原子擴(kuò)散。當(dāng)固溶溫度升高后，奧氏體呈島狀或長(zhǎng)條狀分布于鐵素體相中，大部分奧氏體相都可以貫穿整個(gè)試樣，這樣氫原子大部分會(huì)在奧氏體相中擴(kuò)散，進(jìn)入鐵素體相擴(kuò)散的氫原子數(shù)相對(duì)低溫時(shí)減少。因此，當(dāng)固溶溫度升高后氫滲透系數(shù)減小。本書(shū)測(cè)得奧氏體單一相氫滲透系數(shù)為5.0×10-4~7.0×10-14㎡/s,相關(guān)文獻(xiàn)奧氏體不銹鋼氫擴(kuò)散系數(shù)為1.0×10-16㎡/s,其值相對(duì)較低，產(chǎn)生這種誤差的原因也是由于氫原子的擴(kuò)散并非完全在奧氏體中進(jìn)行，當(dāng)氫原子擴(kuò)散至奧氏體／鐵素體晶界處后，會(huì)進(jìn)入鐵素體相繼續(xù)擴(kuò)散，導(dǎo)致實(shí)驗(yàn)測(cè)得氫擴(kuò)散系數(shù)偏高。


9.jpg


   比較不同溫度下鐵素體單一相氫擴(kuò)散系數(shù)可知，當(dāng)固溶溫度升高后，鐵體單一相氫滲透系數(shù)變大。這是由于固溶溫度升高以后，鐵素體含量增加，鐵素體作為氫的擴(kuò)散通道促進(jìn)氫原子的擴(kuò)散，因此，鐵素體含量上升導(dǎo)致氫擴(kuò)散通道增加。固溶溫度上升還會(huì)導(dǎo)致晶粒變大，晶界面積變少，氫陷阱數(shù)減少，氫受到的阻礙作用變小，這也會(huì)促進(jìn)氫的擴(kuò)散。當(dāng)固溶溫度較高時(shí)，奧氏體呈島狀或呈長(zhǎng)條狀分布在鐵素體基體上，大部分奧氏體相都可以貫穿整個(gè)試樣，而溫度較低時(shí)奧氏體不能直線貫通整個(gè)試樣。這樣較高固溶溫度的氫原子在通過(guò)鐵素體相時(shí)受到奧氏體的阻礙作用減少，使得氫可以更好地穿過(guò)鐵素體相向陽(yáng)極擴(kuò)展。隨著固溶溫度的升高，鐵素體中Cr元素含量降低，有文獻(xiàn)表明，Cr元素含量的增加會(huì)對(duì)氫擴(kuò)展產(chǎn)生抑制作用，因此低溫時(shí)由于Cr元素含量較高會(huì)抑制氫擴(kuò)散。綜上所述，溫度升高會(huì)導(dǎo)致單一相鐵素體氫滲透系數(shù)提高。