雙相不銹鋼的氫滲透行為除了受組織結(jié)構(gòu)的影響，還會(huì)因鋼所處環(huán)境因素的不同而發(fā)生變化。事實(shí)上環(huán)境因素對(duì)雙相不銹鋼氫滲透行為的作用也是通過(guò)改變H滲入材料的難易程度來(lái)影響氫滲透行為的。2507雙相不銹鋼以其優(yōu)異的力學(xué)性能和耐腐蝕性能在石油和天然氣井中得到廣泛的應(yīng)用，但是近年來(lái)石油和天然氣儲(chǔ)存量逐漸降低，而需求量不斷升高，這就導(dǎo)致人們向更深處開發(fā)石油和天然氣井。由于石油和天然氣井中含有大量的硫，很容易使鋼結(jié)構(gòu)設(shè)備造成嚴(yán)重破壞及發(fā)生斷裂等現(xiàn)象，因而雙相不銹鋼的使用環(huán)境變得更加苛刻，實(shí)際運(yùn)用中對(duì)雙相鋼的性能要求也逐漸增高。因此，本節(jié)氫滲透實(shí)驗(yàn)中研究了固溶態(tài)為1050℃的2507雙相不銹鋼在0.4MHCI溶液以及含有0.5M硫離子的0.4MHCl溶液中的氫滲透行為，將兩者進(jìn)行比較，進(jìn)而分析硫離子對(duì)2507雙相不銹鋼氫滲透行為的影響。
固溶態(tài)為1050℃的2507雙相不銹鋼在0.4MHCI溶液以及含有0.5mol/LS2-的0.4MHCl溶液中的氫滲透曲線如圖6.12所示。從圖6.12能夠獲得2507雙相不銹鋼在這兩種溶液中的陽(yáng)極電流都隨時(shí)間的延長(zhǎng)而升高，即表明材料中的氫含量隨著時(shí)間的延長(zhǎng)而升高，并且硫離子的存在使氫原子從鋼的陰極面進(jìn)入陽(yáng)極面變得容易，即硫離子降低了DSS2507的抗氫脆能力。鋼在不同濃度硫離子溶液中的t和D值（根據(jù)式（6.1)計(jì)算所得）如表6.2所列。從表6.2能夠很清晰地看，到S2-使試樣陰極側(cè)產(chǎn)生的氫原子中第一個(gè)氫原子開始從氫滲透薄膜試樣的陰極側(cè)滲透到陽(yáng)極側(cè)的時(shí)間變短，在氫滲透曲線上表現(xiàn)為陽(yáng)極電流開始上升的時(shí)間變短，硫離子濃度為0M時(shí)t為29548s、硫離子濃度升高為0.5M時(shí)t,減小為15078s,減小了14470s;從氫擴(kuò)散系數(shù)（D)的角度看，其值的大小能夠反映鋼溶解氫含量的大小，即氫平衡固溶量的大小，當(dāng)氫擴(kuò)散系數(shù)（D)值較小時(shí)表明鋼的氫平衡固容量較大能夠溶解更多的氫，DSS2507的耐氫脆性能也更優(yōu)；而當(dāng)氫擴(kuò)散系數(shù)（D)值較大時(shí)，則表明鋼的氫平衡固容量較小，能夠溶解氫的含量減少，鋼的耐氫脆性能相對(duì)減弱。從表6.2能夠獲得硫離子濃度為0.5M時(shí)D值是1.08×10-10c㎡/s,明顯大于S2-濃度為0M時(shí)的D值5.53×10-11(c㎡/s),且高出一個(gè)數(shù)量級(jí)。這表明硫離子的存在增強(qiáng)了DSS2507的氫脆敏感性。
氫脆的發(fā)生主要是因?yàn)樘幵诰Ц耖g隙位置且半徑較小的H,在其周邊應(yīng)力的影響下向材料存在缺陷的區(qū)域或者向材料的裂紋尖端處富集、降低了原子間的結(jié)合力、促進(jìn)了裂紋尖端的材料發(fā)生脆化現(xiàn)象。也可以說(shuō)氫脆的產(chǎn)生是一個(gè)陰極析氫的過(guò)程，如圖6.13所示。在材料陰極面形成的氫原子或者氫分子在滲透吸附或者原子運(yùn)動(dòng)的影響下與材料發(fā)生作用，最終導(dǎo)致金屬的性能發(fā)生變化產(chǎn)生脆化，氫的吸附量越多對(duì)材料產(chǎn)生的影響越高。
其中，在陽(yáng)極反應(yīng)中形成的硫化物還會(huì)以FeS2、Fe3S4、FeS1-χ等形式出現(xiàn)。反應(yīng)過(guò)程中的硫離子降低了DSS2507雙相不銹鋼原子之間的結(jié)合力，促進(jìn)DSS2507雙相不銹鋼發(fā)生陽(yáng)極溶解，同時(shí)陽(yáng)極溶解過(guò)程中產(chǎn)生的電子移動(dòng)到鋼表面促進(jìn)了氫的生成。此外，電化學(xué)反應(yīng)中生成的硫化物吸附在鋼表面，導(dǎo)致陰極反應(yīng)過(guò)程中生成的氫原子不容易重新組合成分子氫散出去，導(dǎo)致氫向DSS2507雙相不銹鋼中滲入并在DSS2507雙相不銹鋼的缺陷處以及裂紋尖端處富集，導(dǎo)致鋼材產(chǎn)生脆化現(xiàn)象。意大利學(xué)者F.Zucchi通過(guò)研究酸性人造海水環(huán)境中硫離子對(duì)雙相不銹鋼氫脆敏感性的影響，也指出硫離子可以減小原子氫合成氫氣的速度，增加氫在鋼表面的吸附量，并且氫能夠被鋼吸收，其實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明硫離子的體積分?jǐn)?shù)為1.0×10-6時(shí)雙相不銹鋼的氫脆敏感性得到增強(qiáng)。
綜上所述，2507雙相不銹鋼在硫離子的作用下氫脆敏感性升高、耐氫脆性能降低。
浙江至德鋼業(yè)有限公司對(duì)微觀組織、硫離子以及鉬酸根離子這三個(gè)因素進(jìn)行單因素實(shí)驗(yàn)，通過(guò)電化學(xué)氫滲透實(shí)驗(yàn)測(cè)試方法探究和分析了2205和2507雙相不銹鋼在這三種因素影響下的氫滲透行為，所得主要結(jié)論如下：
1. 雙相不銹鋼氫擴(kuò)散系數(shù)隨固溶處理溫度的上升表現(xiàn)為逐漸變大的趨勢(shì)，氫脆敏感性提高，耐氫脆性能降低。主要是由于固溶熱處理溫度的增高導(dǎo)致奧氏體（γ)相含量降低，導(dǎo)致氫在DSS2507 中的溶解度降低、氫擴(kuò)散系數(shù)變大。
2. 對(duì)雙相不銹鋼單一相氫滲透的研究表明，隨著固溶溫度的升高，2205雙相不銹鋼的氫擴(kuò)散系數(shù)增加，單一相奧氏體的氫擴(kuò)散系數(shù)減小，奧氏體作為“氫陷阱”阻礙氫擴(kuò)散。單一相鐵素體的氫擴(kuò)散系數(shù)增加，導(dǎo)致材料氫脆敏感性增加。
3. 硫離子降低了原子氫合成氫氣的速度、增加了鋼表面氫的吸附量，導(dǎo)致2507雙相不銹鋼在硫離子的作用下氫脆敏感性升高、耐氫脆性能降低。
4. MoO2-4通過(guò)與氫原子的競(jìng)爭(zhēng)吸附作用，對(duì)氫在雙相不銹鋼中的擴(kuò)散有著一定的抑制作用，進(jìn)而能夠降低雙相不銹鋼的氫脆敏感性、能夠增強(qiáng)鋼的抗氫脆性能。
