摘要

采用動(dòng)電位極化技術(shù)、慢應(yīng)變速率拉伸實(shí)驗(yàn) (SSRT) 以及掃描電子顯微鏡 (SEM) 等方法研究了硫酸鹽還原菌 (SRB) 新陳代謝對(duì)2205雙相不銹鋼 (DSS) 在3.5% (質(zhì)量分?jǐn)?shù)) NaCl溶液中的應(yīng)力腐蝕開裂 (SCC) 行為的影響。結(jié)果表明，與無菌溶液中相比，SRB的存在促進(jìn)了2205DSS的陽極溶解過程，誘發(fā)了點(diǎn)蝕，為SCC萌生提供了裂紋源。2205DSS的SCC敏感性與SRB活性濃度呈正相關(guān)，在穩(wěn)定生長期SRB活性濃度最大，此時(shí)2205DSS的SCC敏感性最大。2205DSS在含SRB的3.5%NaCl溶液中發(fā)生的SCC機(jī)理為陽極溶解和氫脆混合控制機(jī)制。SRB作用下，2205DSS中鐵素體相表現(xiàn)為穿晶解理特征，奧氏體相表現(xiàn)為韌性撕裂的特征，鐵素體相具有更高的SCC敏感性。

關(guān)鍵詞： 2205雙相不銹鋼 ; 硫酸鹽還原菌 ; 微生物腐蝕 ; 應(yīng)力腐蝕開裂\

近年來，海洋經(jīng)濟(jì)已成為國家經(jīng)濟(jì)的重要增長點(diǎn)，國家對(duì)海洋資源的開發(fā)利用正不斷增長。發(fā)展海洋裝備，建設(shè)海洋工程是推進(jìn)和實(shí)施國家海洋戰(zhàn)略的重要內(nèi)容。2205 DSS因具有奧氏體相 (γ) 和鐵素體相 (α) 組織，且兩相比例適宜，其兼有奧氏體不銹鋼的優(yōu)良焊接性和韌性與鐵素體不銹鋼的較高強(qiáng)度和耐氯化物應(yīng)力腐蝕性能[1-3]，進(jìn)而逐漸取代316L及904L等奧氏體不銹鋼應(yīng)用于海洋結(jié)構(gòu)鋼、海底管道等設(shè)備上[4,5]。海洋環(huán)境具有多元性、復(fù)雜性和可變性特點(diǎn)，這使材料的腐蝕問題復(fù)雜化。加之載荷及洋流等沖擊，因而材料在海水中服役極易發(fā)生應(yīng)力腐蝕開裂 (SCC)。

目前，大部分學(xué)者對(duì)雙相不銹鋼在海洋中SCC行為的研究主要集中在氯化物SCC。林紅先等[6]對(duì)22CrDSS與304L、316L鋼在氯化物溶液中的SCC性能進(jìn)行了比較，其結(jié)果表明22CrDSS在氯化物環(huán)境中具有更好的耐SCC性能。Tsai等[7]研究了2205DSS在26% (質(zhì)量分?jǐn)?shù)) NaCl溶液中90 ℃時(shí)不同電位下的SCC敏感性，結(jié)果表明，在電位小于-160 mV (SCE) 時(shí)，2205 DSS對(duì)SCC無敏感性；在電位大于-160 mV (SCE) 時(shí)，SCC敏感性隨電位增加而增加，且SCC的擴(kuò)展是由點(diǎn)蝕誘發(fā)鐵素體α相優(yōu)先選擇性溶解的過程。Wu等[8]研究了海洋大氣環(huán)境下2205DSS在不同pH和充氫電流密度下的電化學(xué)和SCC行為，結(jié)果表明，2205DSS的耐點(diǎn)蝕性能隨pH的降低而降低，對(duì)SCC的敏感性隨pH的降低或充氫電流密度的增大而提高。

實(shí)際上，海洋中的服役材料處于復(fù)雜的環(huán)境中，不僅受到Cl-和應(yīng)力的影響，還在很大程度上受到海洋中微生物的影響[9]，三者的協(xié)同作用與鋼體的SCC程度密切相關(guān)。微生物腐蝕 (MIC) 是破壞最嚴(yán)重的腐蝕形式之一[10-13]。在生產(chǎn)現(xiàn)場已經(jīng)發(fā)生細(xì)菌導(dǎo)致的裂紋開裂[14-16]。有學(xué)者通過電化學(xué)調(diào)頻[17]和慢應(yīng)變速率拉伸實(shí)驗(yàn) (SSRT) 也證實(shí)了微生物會(huì)輔助SCC的發(fā)生[18-20]。但目前關(guān)于海洋中應(yīng)力與微生物同時(shí)作用下SCC研究還很少。Wu等[21-23]對(duì)應(yīng)力作用下管線鋼的微生物腐蝕行為進(jìn)行了系統(tǒng)的研究，結(jié)果表明SRB的活性導(dǎo)致點(diǎn)蝕萌生，外加彈性應(yīng)力促進(jìn)了點(diǎn)蝕的生長；SRB和淺層應(yīng)力對(duì)管線鋼氫通量有協(xié)同促進(jìn)作用。Javaherdashti等[18]采用慢應(yīng)變率實(shí)驗(yàn)研究了在人工合成海水環(huán)境 (3.5% (質(zhì)量分?jǐn)?shù)) NaCl) 中含SRB純菌和混合菌對(duì)碳鋼SCC行為的影響。結(jié)果表明：在有菌介質(zhì)中SCC敏感性較高。在無菌介質(zhì)中試樣呈韌性斷裂；而在有菌介質(zhì)中SRB促進(jìn)了H擴(kuò)散到金屬中，試樣具有脆性開裂特征。Huang[24]在有/無SRB的海泥中不同電位下對(duì)API5LX52鋼進(jìn)行了SSRT和氫滲透實(shí)驗(yàn)。結(jié)果表明，SRB對(duì)環(huán)境敏感斷裂的影響可能是SRB加速腐蝕速率和H進(jìn)入金屬的結(jié)果。另外，一些失效分析表明[18,25]，在一定使用條件下，微生物的存在可以極大地改變腐蝕環(huán)境的性質(zhì)，從而對(duì)局部腐蝕 (如點(diǎn)蝕)、SCC等產(chǎn)生重大影響。然而，關(guān)于海洋中2205DSS在SRB作用下SCC的研究鮮有報(bào)道，因而研究SRB等微生物在海洋環(huán)境中對(duì)2205DSS的SCC行為的影響具有重要的理論和實(shí)際意義。

本研究采用電化學(xué)和SSRT實(shí)驗(yàn)研究SRB新陳代謝對(duì)2205DSS在3.5%NaCl溶液中的SCC行為的影響，通過計(jì)算斷面收縮率和延伸率評(píng)估SRB新陳代謝對(duì)2205DSS在海水中SCC敏感性的影響。采用掃描電鏡 (SEM) 對(duì)斷口形貌進(jìn)行分析，探究SRB作用下2205DSS斷裂機(jī)制，為提高2205DSS在海洋環(huán)境中的應(yīng)用提供理論支撐。

1 實(shí)驗(yàn)方法

1.1 實(shí)驗(yàn)材料

本研究選用的材料為2205DSS，其主要化學(xué)成分 (質(zhì)量分?jǐn)?shù)，%) 為：C 0.02，N 0.16，Si 0.68，Mn 1.2，Cr 22，Ni 5.42，Mo 3.03，S 0.002，P 0.018，F(xiàn)e 余量。將其制成尺寸為10 mm×10 mm×2 mm的金相試樣，依次用水砂紙從80#打磨至2000#，用人造金剛石研磨膏機(jī)械拋光至2.5µm，經(jīng)王水 (37%濃鹽酸與67%濃硝酸按體積比3∶1混合) 浸蝕后，在金相顯微鏡 (LEICA DMI 5000 M) 上得到2205DSS的金相顯微鏡組織見圖1。2205DSS的組織在室溫下為鐵素體+奧氏體的雙相組織，二者比例適當(dāng)。其中，深色區(qū)域?yàn)?alpha;鐵素體，淺色區(qū)域?yàn)?gamma;奧氏體。

圖1   2205DSS的金相顯微組織

線切割SSRT試樣尺寸如圖2所示。實(shí)驗(yàn)前將試樣編號(hào)并用水砂紙將試樣測試區(qū)域表面從80#沿同一方向軸向打磨至2000#，然后依次用丙酮、去離子水清洗并用冷風(fēng)吹干后放入干燥器干燥，之后測量標(biāo)記出試樣拉伸部位，記錄拉伸區(qū)域的長度、寬度和厚度，其余部分用硅膠對(duì)試樣進(jìn)行密封，待硅膠風(fēng)干后將試樣封于特制溶液盒中待用。

圖2   SSRT試樣示意圖

1.2 SRB培養(yǎng)及實(shí)驗(yàn)溶液

實(shí)驗(yàn)溶液采用3.5%NaCl模擬海水溶液，用NaCl分析純加去離子水配制。將其放置在壓力蒸汽滅菌器里進(jìn)行滅菌 (壓力蒸汽滅菌器溫度為121 ℃)，并經(jīng)紫外滅菌15 min，作為無菌介質(zhì)。

SRB培養(yǎng)基A由0.5 g/L K2HPO4，0.5 g/L Na2SO4，1 g/L NH4Cl，0.1 g/L CaCl2，2 g/L MgSO4·7H2O，1 g/L酵母粉，3 mL乳酸鈉組成；培養(yǎng)基B為0.1 g/L抗壞血酸，0.1 g/L保險(xiǎn)粉，0.1 g/L硫酸亞鐵銨。用4% (質(zhì)量分?jǐn)?shù)) NaOH溶液調(diào)節(jié)培養(yǎng)基A至pH7.2。在121 ℃壓力蒸汽滅菌器里消毒15 min，培養(yǎng)基B經(jīng)圓筒式過濾器紫外線殺菌處理。實(shí)驗(yàn)前將實(shí)驗(yàn)溶液及實(shí)驗(yàn)器材用壓力蒸汽滅菌器在121 ℃下高溫滅菌15 min。溶液在滅菌前持續(xù)通入N2氣60 min，以保證消除O2。菌種按1∶50比例接種到實(shí)驗(yàn)溶液和培養(yǎng)基的混合溶液中，接菌后放入生化培養(yǎng)箱恒溫培養(yǎng)至不同時(shí)期待用，培養(yǎng)溫度為 (30±2) ℃。采用最大可能數(shù) (MPN) 法[26]測定實(shí)驗(yàn)溶液中SRB的數(shù)量，繪制SRB生長曲線。

1.3 電化學(xué)實(shí)驗(yàn)

電化學(xué)實(shí)驗(yàn)在PARSTAT2273型電化學(xué)工作站上完成。采用三電極體系，工作電極為2205DSS，輔助電極為Pt電極，參比電極為飽和甘汞電極 (SCE)。在接菌的3.5%NaCl溶液中，對(duì)2205DSS在SRB新陳代謝不同時(shí)間時(shí)進(jìn)行動(dòng)電位極化曲線測量。動(dòng)電位極化曲線的掃描區(qū)間為-1.0 V至電流密度為10-2 A/cm2，掃描速率為1 mV/s。為了與無菌條件進(jìn)行對(duì)比，對(duì)2205DSS在無菌溶液中浸泡4 d后的電化學(xué)行為進(jìn)行了測量。

1.4 SSRT實(shí)驗(yàn)

在WDML-3型應(yīng)力腐蝕試驗(yàn)機(jī)上完成SSRT實(shí)驗(yàn)，以10-6 mm/s的拉伸速率對(duì)其進(jìn)行拉伸，記錄負(fù)荷、位移、時(shí)間等相關(guān)參數(shù)。實(shí)驗(yàn)后對(duì)主斷口及其側(cè)斷口形貌用SU8010型掃描電子顯微鏡 (SEM) 進(jìn)行觀察。拉伸試樣取平行樣3個(gè)，最終結(jié)果取3個(gè)平行樣測試結(jié)果的平均值。

為了進(jìn)一步探究SRB對(duì)2205 DSS在3.5%NaCl溶液中腐蝕敏感性的影響，測量SSRT實(shí)驗(yàn)試樣斷裂前后尺寸的變化，通過伸長率δ、斷面收縮率ε來評(píng)定SCC敏感性，計(jì)算如下：

其中，A0和A1分別為初始橫截面和試件拉斷后頸縮處截面積；L0和L1分別為原標(biāo)距長度和拉伸斷裂后長度。

2 實(shí)驗(yàn)結(jié)果

2.1 SRB生長曲線

圖3為SRB在3.5%NaCl溶液中的生長曲線。可以看出，SRB的生長過程可分為3個(gè)階段。1~3 d為對(duì)數(shù)生長期，這段期間營養(yǎng)充足使SRB迅速繁殖，數(shù)量呈對(duì)數(shù)生長且活性增強(qiáng)。4~8 d是穩(wěn)定生長期，在這個(gè)階段SRB數(shù)量有小范圍的浮動(dòng)，但繁殖和死亡速率基本相等。9~14 d進(jìn)入SRB的衰亡期，此時(shí)由于有菌介質(zhì)中培養(yǎng)基的營養(yǎng)物質(zhì)供給不足導(dǎo)致SRB數(shù)量急劇下降。

圖3   SRB在3.5%NaCl溶液中的生長曲線

2.2 極化曲線

根據(jù)SRB生長曲線，分別在第3，8，10和14 d對(duì)2205DSS在有菌的3.5%NaCl溶液中進(jìn)行了動(dòng)電位極化曲線測量，結(jié)果見圖4，極化曲線擬合得到的相關(guān)參數(shù)見表1。根據(jù)表1和圖4中的結(jié)果可以看出，Ecorr在有菌時(shí)明顯降低，表明SRB的活性增加了2205DSS發(fā)生腐蝕的熱力學(xué)傾向。由圖4可知，與無菌溶液中相比，SRB的存在顯著改變了陽極極化曲線形狀。在無菌溶液中，陽極極化曲線顯示出兩段鈍化行為：在電位區(qū)間-380~17 mV時(shí)，2205DSS表現(xiàn)為一次鈍化，鈍化電流Ip1為4.26 μA/cm2；在電位區(qū)間380~1200 mV時(shí)，表現(xiàn)為二次鈍化，鈍化電流Ip2為28.2 μA/cm2。文獻(xiàn)[1]表明，2205DSS鈍化膜一般為雙層結(jié)構(gòu)，外層富含F(xiàn)e的氧化物，而內(nèi)層富含Cr的氧化物。2205DSS在無菌3.5%NaCl溶液中的兩次鈍化行為表明，在電位較低時(shí)，鈍化膜中Fe的氧化物起保護(hù)作用，隨陽極極化程度增加，F(xiàn)e的氧化物被逐漸溶解，露出內(nèi)層Cr的氧化物，極化曲線進(jìn)入二次鈍化區(qū)。當(dāng)Cr的氧化物被陽極溶解后，鈍化膜消失，露出鋼基體，極化曲線也隨之進(jìn)入過鈍化區(qū)。而當(dāng)溶液中含有SRB時(shí)，所有極化曲線均顯著右移，一次鈍化均消失，表明第3 d時(shí)，2205DSS鈍化膜外層Fe的氧化物已經(jīng)被SRB腐蝕。此外，有菌介質(zhì)中的腐蝕電流密度還大于無菌溶液中二次鈍化電流，這表明內(nèi)層Cr的氧化物也已經(jīng)發(fā)生了退化。因此，有菌介質(zhì)中的鈍化行為應(yīng)該是SRB導(dǎo)致的腐蝕反應(yīng)產(chǎn)生的生物膜與腐蝕產(chǎn)物膜提供的。由表1擬合結(jié)果可知，隨著SRB開始進(jìn)入穩(wěn)定生長期，電極表面開始形成較為完整的生物膜，腐蝕電流Ip隨SRB數(shù)量的增加而增大。Ip在第10 d達(dá)到最大值，為1288 μA/cm2，幾乎為無菌時(shí)的45倍。此外，8~14 d的陽極極化曲線在0 V處出現(xiàn)明顯的陽極峰，這可能是由于形成的生物膜與腐蝕產(chǎn)物膜造成的，表明SRB的存在改變了2205DSS的陽極反應(yīng)。隨著SRB的死亡，Ip明顯降低，甚至低于第3 d，但仍為無菌時(shí)的14倍，說明SRB代謝產(chǎn)物顯著加速了2205DSS的腐蝕過程。

圖4   2205DSS在3.5%NaCl溶液中的極化曲線

表1   2205不銹鋼在3.5%NaCl溶液中動(dòng)電位極化曲線擬合結(jié)果

2.3 SSRT結(jié)果

2205DSS在無菌和含SRB的3.5%NaCl溶液中不同生長階段的應(yīng)力-應(yīng)變曲線如圖5所示。可以看出，在無菌時(shí)應(yīng)變所需斷裂能較大，幾乎與空拉相同，抗拉強(qiáng)度最大，達(dá)到751.0 MPa。在有菌時(shí)，各條件下的應(yīng)變值均小于在無菌介質(zhì)中的應(yīng)變，表明SRB的存在增加了2205DSS的SCC敏感性。SSRT曲線在SRB生長至第8 d時(shí)應(yīng)變最小，表明此時(shí)SCC敏感性最大。此時(shí)抗拉強(qiáng)度達(dá)到最小，僅為623.9 MPa。而在第3，10和14 d時(shí)應(yīng)變相差不多，SCC敏感性較小。

圖5   2205DSS在3.5%NaCl溶液中浸泡不同時(shí)間的慢拉伸應(yīng)力-應(yīng)變曲線

2205DSS在3.5%NaCl溶液中浸泡不同時(shí)間的伸長率δ和斷面收縮率ε的結(jié)果如圖6所示，其中用0 d表示無菌溶液。可以看出，δ和ε在第8 d時(shí)最小。伸長率和斷面收縮率結(jié)果與SRB生長曲線規(guī)律呈對(duì)應(yīng)關(guān)系，即伸長率和斷面收縮率在SRB生長較為旺盛的穩(wěn)定期達(dá)到最小，此時(shí)2205DSS的脆性增強(qiáng)，抗變形能力最差，SCC敏感性最強(qiáng)。值得注意的是，隨著SRB進(jìn)入衰亡期，斷面收縮率并未隨應(yīng)變減小而降低，這表明此時(shí)脆性斷裂敏感性低于第8 d時(shí)的。

圖6   SSRT后2205DSS伸長率和斷面收縮率的變化曲線

2.4 斷口形貌觀察

為了更進(jìn)一步研究SRB新陳代謝對(duì)2205DSS在3.5%NaCl溶液中SCC機(jī)制的影響，對(duì)拉伸試樣主斷口和側(cè)斷口形貌進(jìn)行了SEM觀察，結(jié)果見圖7。在無菌溶液中，2205DSS斷口呈現(xiàn)出典型的穿晶韌性斷裂模式 (圖7a1)，局部韌窩壁上有蛇形滑移特征。在大且深的韌窩周圍可以觀察到由小孔或者小孔構(gòu)成的格狀表面，這種大且深和小微孔的結(jié)構(gòu)表明了微觀奧氏體和鐵素體雙相結(jié)構(gòu)在2205鋼開裂過程中的作用[27]。側(cè)斷口表面光滑，沒有任何點(diǎn)蝕坑和裂紋 (圖7a2)。在含SRB的3.5%NaCl溶液中，浸泡3 d時(shí)2205DSS主斷口還是以韌窩為主 (圖7 b1)，韌窩大小與深度較無菌時(shí)明顯減小，但仍呈現(xiàn)韌性斷裂特征，局部伴隨較深微孔。側(cè)斷口隨著拉伸方向出現(xiàn)規(guī)則的位錯(cuò)滑移現(xiàn)象 (圖7b2)，但并未出現(xiàn)裂紋。當(dāng)SRB生長至第8 d時(shí)，斷口較平整 (圖7c1)，韌窩數(shù)量顯著減少，呈現(xiàn)出以脆性斷裂為主的混合型斷裂。斷口內(nèi)呈現(xiàn)明顯的α鐵素體穿晶解理為主、γ奧氏體韌性撕裂的準(zhǔn)解理型特征，這是典型的雙相不銹鋼氫致應(yīng)力開裂斷口形貌[28,29]。由于α和γ相對(duì)氫脆敏感性不一致，α相對(duì)氫脆敏感性相對(duì)較高[30,31]。因此當(dāng)SRB代謝產(chǎn)生的H進(jìn)入鋼中，γ相能保持一定的韌性，但α相則表現(xiàn)出較高的脆性。在鐵素體的斷裂面上觀察到特征性的河流型。當(dāng)解理斷裂被迫在晶界處以不同的方向重新啟動(dòng)，并趨向于沿著裂紋擴(kuò)展方向合并時(shí)，就形成了這些“河流型”形貌[30]。側(cè)斷口出現(xiàn)了深且寬的二次裂紋 (圖7c2)，裂紋萌生于較大的點(diǎn)蝕坑，且寬淺坑底部出現(xiàn)次生點(diǎn)蝕。之后在第10 和14 d，盡管斷口具有韌性和準(zhǔn)松弛性 (圖7d1和7e1)，但側(cè)斷口有二次裂紋的嚴(yán)重程度有所增加 (圖7d2和7e2)，表明仍存在SCC敏感性。

圖7   2205DSS在不同條件下主斷口和側(cè)斷口形貌

3 分析與討論

與無菌溶液中相比，2205DSS試樣在有菌3.5%NaCl溶液中極化曲線的Icorr大5倍以上，Ecorr比在無菌溶液中更負(fù)，即發(fā)生腐蝕的熱力學(xué)傾向更大 (圖7c1)。2205DSS在無菌3.5%NaCl溶液中，發(fā)生以下電化學(xué)反應(yīng)：

陽極反應(yīng)：

陰極反應(yīng)：

在無菌溶液中2205DSS延伸率和斷口收縮率較大，且斷口呈現(xiàn)典型的韌性斷裂，表明此時(shí)2205DSS不具有SCC敏感性。而在厭氧有菌介質(zhì)中，體系中發(fā)生以下電化學(xué)反應(yīng)[21,22,32]：

當(dāng)SRB處于對(duì)數(shù)生長期時(shí)，菌落迅速吸附在2205DSS電極表面，產(chǎn)生胞外聚合物 (EPS) 等[22,33]。在第3 d，對(duì)數(shù)增長期結(jié)束后，隨著SRB數(shù)量的增加，電極表面形成了較為完整的具有保護(hù)作用的生物膜，阻礙了金屬與介質(zhì)的接觸。此時(shí)溶液中SRB數(shù)量雖較多，但由于SRB繁殖時(shí)間較短，且生物膜較為完整，溶液中代謝產(chǎn)物較少，對(duì)2205DSS的SCC行為影響較小。因此在第3 d時(shí)，2205DSS在有菌溶液中表現(xiàn)為韌性斷裂，且試樣表面沒有明顯的腐蝕，斷面收縮率和延伸率較大，此時(shí)SCC敏感性較小。當(dāng)SRB生長至第8 d時(shí)，SRB的新陳代謝最旺盛，代謝產(chǎn)物中產(chǎn)生濃度較大的包含能夠促進(jìn)H滲透的產(chǎn)物，如H2S，HS-和S2-等，其中H2S具有毒化作用[34]，它能催化促進(jìn)生成H，又同時(shí)阻礙H結(jié)合成H2的進(jìn)行，從而在鋼表面保持較高的H濃度。一部分H結(jié)合形成H2從溶液中逸出；然而另一部分H吸附在金屬表面，進(jìn)入金屬晶格，在微觀結(jié)構(gòu)缺陷位點(diǎn)分離，擴(kuò)散到裂紋尖端區(qū)域并富集，誘發(fā)裂紋萌生，加速金屬的裂紋擴(kuò)展[21]。SRB對(duì)腐蝕的加速作用表現(xiàn)為，一是SRB為了維持自身生理代謝活動(dòng)通過還原SO42-和氧化有機(jī)分子獲得必要的能量而產(chǎn)生S2-，同時(shí)借助產(chǎn)生的S2-與H+在溶液中結(jié)合形成H2S[22]；二是生成的H2S加強(qiáng)了H在鋼表面的吸附并降低H的復(fù)合速率[32]。然后，吸附的氫 (Hads) 進(jìn)入鋼材，擴(kuò)散到應(yīng)力高的塑性區(qū)，產(chǎn)生裂紋，導(dǎo)致鋼材脆化[35]。此時(shí)SRB有類似氫化物的作用[36]。因此在SRB活性濃度最大的第8 d時(shí)，應(yīng)變最小，斷面收縮率損失系數(shù)和延伸率損失系數(shù)最大，呈現(xiàn)以脆性為主脆性混合斷裂特征。此外，第8 d時(shí)，側(cè)斷口出現(xiàn)了明顯的點(diǎn)蝕坑 (圖7c2)。Dec等[37]研究證明，與無S鈍化膜相比，含S鈍化膜更容易被Cl-穿透而加速腐蝕，因此SRB新陳代謝產(chǎn)生的硫化物為Cl-穿透提供了“通道”，進(jìn)而為SCC提供了誘發(fā)點(diǎn)。點(diǎn)蝕坑底部出現(xiàn)次生點(diǎn)蝕坑，表明SRB誘發(fā)了二次點(diǎn)蝕，二次點(diǎn)蝕可使寬淺坑的應(yīng)力集中程度增大，從而導(dǎo)致“二次開裂”，Wu等[23]認(rèn)為二次點(diǎn)蝕的出現(xiàn)是SRB與彈性應(yīng)力的協(xié)同作用導(dǎo)致的。由此可見，在第8 d時(shí)2205DSS發(fā)生SCC的機(jī)理為陽極溶解和氫脆共同控制的混合斷裂機(jī)制。

此外，SEM分析結(jié)果表明，2205DSS中的奧氏體相和鐵素體相在SCC過程中表現(xiàn)出不同的敏感性。鐵素體相具有較高的強(qiáng)度，但比奧氏體相更脆；與高含氮的奧氏體相比，鐵素體相是陽極的[25]。因此，鐵素體與氫的相互作用導(dǎo)致了力學(xué)性能或相變等方面的變化不同于奧氏體，表現(xiàn)出更高的SCC敏感性。

隨著SRB進(jìn)入衰亡期 (第10和14 d)，SRB新陳代謝能力逐漸減弱，細(xì)胞相繼死亡，活性SRB濃度變小。盡管與第8 d相比，此時(shí)斷面收縮率和延伸率略有增加，斷口變?yōu)轫g性-脆性混合斷裂特征，但側(cè)斷面二次裂紋表明，與無菌條件下相比，其SCC敏感性仍較高。這主要是由于SRB代謝產(chǎn)物 (H2S，HS-和S2-等) 在溶液中仍有一定濃度造成的。由此可見，SRB活性濃度與2205DSS的SCC敏感性呈正相關(guān)，SRB的生理代謝活動(dòng)會(huì)促進(jìn)SCC的發(fā)生，SRB活性越大，其SCC敏感性越高。

4 結(jié)論

(1) SRB的存在改變了2205DSS在3.5%NaCl溶液中陽極極化反應(yīng)的進(jìn)程，增強(qiáng)了2205DSS腐蝕的熱力學(xué)傾向，誘發(fā)點(diǎn)蝕，為SCC提供了裂紋形核點(diǎn)。

(2) 2205DSS在無菌3.5%NaCl溶液中不具有SCC敏感性。SRB存在時(shí)，其SCC敏感性顯著增加。

(3) 2205DSS的SCC敏感性與SRB活性濃度呈正相關(guān)，SRB活性濃度越大，SRB對(duì)SCC促進(jìn)作用越強(qiáng)。在SRB處于穩(wěn)定生長期，其代謝產(chǎn)物增加了鋼的脆性，其SCC機(jī)理為陽極溶解和氫脆混合控制機(jī)制。而SRB在其他生長階段，2205DSS的SCC敏感性雖較小，但仍高于在無菌介質(zhì)中的。

(4) SRB作用下，2205DSS中鐵素體相表現(xiàn)為穿晶解理特征，奧氏體相表現(xiàn)為韌性撕裂的特征，鐵素體相具有更高的SCC敏感性。

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