一、引言

铁-铬-镍合金因其优异的耐腐蚀性、高温强度等特性，广泛应用于能源、化工、航空航天等诸多领域。然而，在高温水环境中，这类合金可能遭受应力腐蚀，严重威胁设备的安全与使用寿命。通过规范的试验方法评估其应力腐蚀性能，对于材料研发、质量把控以及工程应用意义重大。本文将着重介绍铁-铬-镍合金在高温水中基于U型弯和C型环试样的应力腐蚀试验方法。

二、U型弯试验方法

（一）试样制备

尺寸要求：试样厚度应控制在1mm至3mm之间，宽度为10mm至15mm，长度为75mm。若原始材料厚度超过3mm，需切削其中一面，使厚度达3mm，并将非切削面作为试验表面。

加工要点：试样需沿轧制方向切取，优先采用对材质影响较小的锯切加工方式。若采用剪切，切口断面需进行切削和磨削加工，以消除剪切产生的影响。加工完成后，可依据试验目的，对试样进行消除加工应力和残余应力的热处理。

表面处理：使用GB/T2481.1中规定的水砂纸，将试样工作段依次打磨至W40号（约相当于500号）。随后，用不含氯化物的溶剂对试样进行除油处理，并洗净。

弯曲与应力施加：利用半径为8mm的压头，在滚柱压模上将试样弯曲成U型，确保两臂平行。接着，用合适的夹具将两臂间宽度压缩5mm以施加应力。在紧固夹具与试样间需垫入适当的绝缘材料，防止电偶腐蚀。最后，用5至15倍放大镜检查试样表面，确保无缺陷，再次用适当溶剂除油后备用。

（二）试验设备与环境

高压釜：应采用耐腐蚀、高强度材料制造，新釜需进行探伤检查，确保无缺陷。釜体、釜盖至少每两年检查一次，试验过程中严禁泄漏。新釜使用前，内表面需除油、洗净，并进行钝化处理（将去离子水加入釜中，通电升温至试验温度并保持24h）。

控温仪器及加热装置：具备满足试验要求的升温速度，能在试验温度下长期稳定保温，控温精度需达到±2°C。

试样架：采用不锈钢制作，确保试样固定后，试样之间以及试样与釜体、试样架之间处于绝缘状态。

试验溶液：用去离子水或蒸馏水配制，其比电阻应在5×10⁵Ω・cm以上。溶液氯离子含量用优级纯氯化钠调制，pH值控制在6±0.5，溶解氧量为室温空气饱和溶解氧量（约8ppm），试验前需向试验水中通入空气2至3h。

（三）试验步骤

将制备好的U型弯试样放入高压釜内的试样架上，确保试样全部浸入试验溶液中，盖好釜盖并密封。

开启加热装置，以70°C/h左右的升温速度将釜内温度升至试验温度范围（80-350）±2°C。

试验过程中，保持釜内气相与液相容积比在室温下约为2:3，压力为饱和蒸气压。

每保温100至120h为一个试验周期，每个周期结束后，取出试样进行检查，并更换试验溶液。

（四）结果观察与评定

从高压釜中取出试样，用去离子水洗净（必要时用适当溶剂去膜，但不能侵蚀基体），干燥后，先用5至15倍放大镜观察试样表面的破裂状况。

对于疑似存在裂纹的部位，可采用金相法进一步观察裂纹形态，并测量裂纹长度。有条件的情况下，使用扫描电镜观察断口形貌，分析裂纹产生的原因。

若试样未发生应力腐蚀破裂，可根据需要继续进行试验。裂纹萌生时间是从试验开始到检测到第一条裂纹的时间；破裂时间则是从试验开始到试样破裂所消耗的时间，破裂判据包括裂纹首次出现、试样整体分离或达到某个商定的中间条件。

三、C型环试验方法

（一）试样制备

尺寸规格：试样外径应大于等于16mm，厚度可依据试验材料和目的在较宽范围内选择。若外径小于16mm，需由供需双方协商确定。

加工要求：根据材料特性和试验目的，从特定位置按一定方向切取试样。机加工过程中，要防止试样过热、塑性变形或表面产生残余应力，加工后试样表面粗糙度Ra不得大于0.8μm。同样，可根据试验目的进行消除应力的热处理。

表面处理：对试样表面进行去油处理，依据试样合金成分选择合适的浸蚀剂，采用化学或电化学浸蚀法去除热处理膜。需注意，对于可能产生氢脆的合金，不宜采用浸蚀或酸洗。

应力施加：根据所需应力大小，利用相关公式计算出相应的外径减小值。将合适的夹具置于环的对称中央直径处，紧固夹具使试样外径减小相应数值以施加应力。在夹具与试样间垫入绝缘材料，用5至15倍放大镜检查试样表面有无缺陷，再用适当溶剂除油备用。

（二）试验设备与溶液

与U型弯试验类似，需使用具备良好密封性能、设有安全保护装置且定期检查的高压釜，控温精度达±2°C的控温及加热装置，以及保证试样绝缘的不锈钢试样架。试验溶液的配制要求与U型弯试验一致。

（三）试验流程

将施加应力后的C型环试样固定在试样架上，放入装有试验溶液的高压釜内，确保试样完全浸没，密封釜盖。

按照70°C/h左右的升温速度加热高压釜，使温度达到（80-350）±2°C的试验温度范围，同时维持气相与液相容积比约2:3，压力为饱和蒸气压。

以每100至120h为一个试验周期，每个周期结束后，取出试样观察并更换溶液。

（四）结果分析与判断

取出试样洗净、干燥后，先用5至15倍放大镜初步观察表面是否有裂纹等缺陷。

对于存在疑问的区域，运用金相分析、扫描电镜等手段深入分析裂纹形态、断口特征，确定是否发生应力腐蚀以及腐蚀程度。

记录裂纹萌生时间和破裂时间，依据试验标准和预期要求，判断铁-铬-镍合金在该试验条件下的应力腐蚀性能是否满足使用需求。

四、试验注意事项

试验设备在每次使用前需进行全面检查，确保高压釜无泄漏、控温装置准确可靠等。

试验溶液的配制需严格按照要求进行，确保氯离子含量、pH值、溶解氧量等参数准确无误。

试样制备过程中的每一步操作都要谨慎，避免引入额外的缺陷或应力，影响试验结果的准确性。

试验过程中，应密切关注温度、压力等参数的变化，若出现异常波动，需及时排查原因并解决。

对试验结果的评定需客观、准确，综合运用多种分析手段，避免误判。

通过U型弯和C型环两种试验方法，能够较为全面地评估铁-铬-镍合金在高温水中的应力腐蚀性能，为材料的选择、优化以及工程应用提供有力的数据支持和技术保障。

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