2205雙相不銹鋼具有比奧氏體不銹鋼更加優良的耐蝕性能，然而雙相不銹鋼由于鐵素體相的存在，在服役的過程中容易出現氫脆開裂，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、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，試樣厚度均會對氫滲透產生影響，因此，必須保證所有實驗的條件相同。6.2節采用式（6.1)計算雙相不銹鋼整體的氫滲透系數，本節采用式（6.2)來計算不同固溶溫度下2205雙相不銹鋼單一相的氫擴散系數。


   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，當固溶溫度為1000℃時，2205雙相不銹鋼的tlag為170453s,根據式（6.2)可以求出氫擴散系數D,其值為8.80×10-14㎡/s;當固溶溫度為1150℃時，2205雙相不銹鋼的tlag為137517s,代入公式可求得氫擴展系數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，當固溶溫度為1000℃時，單一相奧氏體的tlag為229030s;當固溶溫度升高至1150℃時，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℃時氫在2205雙相不銹鋼奧氏體單一相的擴散系數，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，當固溶溫度為1000℃時，單一相鐵素體的t1ag為31102s;當固溶溫度升高至1150℃時，單一相奧氏體的為 10206s.由式（6.2)分別計算固溶溫度為1000℃和1150℃時氫在2205雙相不銹鋼鐵素體單一相的擴散系數，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散系數可以得到如下結果：單一相鐵素體＞整體＞單一相奧氏體。產生這種現象的原因是由于奧氏體相與鐵素體相的晶體結構不同造成的，奧氏體相為面心立方結果，鐵素體為體心立方結構，面心立方結構的致密度較體心立方結構高，其固溶氫原子的能力相比體系立方結構大大增強。氫原子進入雙相不銹鋼以后，會在鐵素體中快速通過，此時，鐵素體相相當于氫原子的“擴散通道”。當氫原子一旦進入奧氏體相中，便會固溶在其中，直至達到飽和，此時，奧氏體相相當于氫陷阱，對氫原子產生“釘扎作用”，使氫原子擴散速率大大降低。因此，奧氏體相的氫擴散系數最小，鐵素體相的氫擴散系數最大。


   比較不同固溶溫度下2205雙相不銹鋼整體氫擴散系數可知，當固溶溫度升高時，氫擴散系數增加，產生這種現象的原因是當固溶溫度升高時鐵素體相含量增加，奧氏體相含量降低。鐵素體相作為氫原子的擴散通道會提高氫原子的擴散速率，奧氏體對氫原子的釘扎作用會大大降低，因此，固溶溫度升高后雙相不銹鋼整體的氫擴散系數增大。


 當固溶溫度升高后，單一相奧氏體氫滲透系數減小，產生這種現象的原因是當溫度變高以后，奧氏體晶粒長大，單個奧氏體晶粒固容氫原子的數量變高，相當于“氫陷阱”密度增加，對氫擴散的阻礙作用增加。與此同時，由于晶粒的長大，導致晶界面積變少，即氫陷阱密度減少，對氫的阻礙作用變小。因此，奧氏體晶粒的長大對氫原子擴散既有促進作用又有抑制作用。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，當固溶溫度較低時，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，在遇到奧氏體／鐵素體晶界時，可能會直接進入鐵素體相后繼續擴散，鐵素體相作為氫的擴散通道會促進氫原子擴散。當固溶溫度升高后，奧氏體呈島狀或長條狀分布于鐵素體相中，大部分奧氏體相都可以貫穿整個試樣，這樣氫原子大部分會在奧氏體相中擴散，進入鐵素體相擴散的氫原子數相對低溫時減少。因此，當固溶溫度升高后氫滲透系數減小。本書測得奧氏體單一相氫滲透系數為5.0×10-4~7.0×10-14㎡/s,相關文獻奧氏體不銹鋼氫擴散系數為1.0×10-16㎡/s,其值相對較低，產生這種誤差的原因也是由于氫原子的擴散并非完全在奧氏體中進行，當氫原子擴散至奧氏體／鐵素體晶界處后，會進入鐵素體相繼續擴散，導致實驗測得氫擴散系數偏高。


9.jpg


   比較不同溫度下鐵素體單一相氫擴散系數可知，當固溶溫度升高后，鐵體單一相氫滲透系數變大。這是由于固溶溫度升高以后，鐵素體含量增加，鐵素體作為氫的擴散通道促進氫原子的擴散，因此，鐵素體含量上升導致氫擴散通道增加。固溶溫度上升還會導致晶粒變大，晶界面積變少，氫陷阱數減少，氫受到的阻礙作用變小，這也會促進氫的擴散。當固溶溫度較高時，奧氏體呈島狀或呈長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試樣，而溫度較低時奧氏體不能直線貫通整個試樣。這樣較高固溶溫度的氫原子在通過鐵素體相時受到奧氏體的阻礙作用減少，使得氫可以更好地穿過鐵素體相向陽極擴展。隨著固溶溫度的升高，鐵素體中Cr元素含量降低，有文獻表明，Cr元素含量的增加會對氫擴展產生抑制作用，因此低溫時由于Cr元素含量較高會抑制氫擴散。綜上所述，溫度升高會導致單一相鐵素體氫滲透系數提高。