雙相不銹鋼的氫滲透行為除了受組織結(jié)構(gòu)的影響，還會因鋼所處環(huán)境因素的不同而發(fā)生變化。事實上環(huán)境因素對雙相不銹鋼氫滲透行為的作用也是通過改變H滲入材料的難易程度來影響氫滲透行為的。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，但是近年來石油和天然氣儲存量逐漸降低，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，實際運用中對雙相鋼的性能要求也逐漸增高。因此，本節(jié)氫滲透實驗中研究了固溶態(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極電流都隨時間的延長而升高，即表明材料中的氫含量隨著時間的延長而升高，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氫原子開始從氫滲透薄膜試樣的陰極側(cè)滲透到陽極側(cè)的時間變短，在氫滲透曲線上表現(xiàn)為陽極電流開始上升的時間變短，硫離子濃度為0M時t為29548s、硫離子濃度升高為0.5M時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，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減弱。從表6.2能夠獲得硫離子濃度為0.5M時D值是1.08×10-10c㎡/s,明顯大于S2-濃度為0M時的D值5.53×10-11(c㎡/s),且高出一個數(shù)量級。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)生主要是因為處在晶格間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。也可以說氫脆的產(chǎn)生是一個陰極析氫的過程，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動的影響下與材料發(fā)生作用，最終導(dǎo)致金屬的性能發(fā)生變化產(chǎn)生脆化，氫的吸附量越多對材料產(chǎn)生的影響越高。
其中，在陽極反應(yīng)中形成的硫化物還會以FeS2、Fe3S4、FeS1-χ等形式出現(xiàn)。反應(yīng)過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)生陽極溶解，同時陽極溶解過程中產(chǎn)生的電子移動到鋼表面促進(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通過研究酸性人造海水環(huán)境中硫離子對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，其實驗結(jié)果表明硫離子的體積分?jǐn)?shù)為1.0×10-6時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)有限公司對微觀組織、硫離子以及鉬酸根離子這三個因素進(jìn)行單因素實驗，通過電化學(xué)氫滲透實驗測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，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通過與氫原子的競爭吸附作用，對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。
