● 摘要
23Co14Ni12Cr3Mo超高强度钢以取代300M、AF1410钢为目标而开发，作为关键承力构件，广泛应用于航空、航天、船舶等领域。为了实现材料的安全可靠应用，开展23Co14Ni12Cr3Mo超高强度钢的应力腐蚀特征、腐蚀速度、腐蚀规律及其评价方法，具有重要的学术和工程意义。本文对23Co14Ni12Cr3Mo超高强度钢应力腐蚀特性及机理进行了研究，探讨了应力腐蚀开裂过程中介质、氢以及电位等因素对材料应力腐蚀行为的影响，并通过有限元分析和电化学分析对裂纹萌生、演变过程及机理进行了研究。
采用恒位移试验方法研究了23Co14Ni12Cr3Mo超高强度钢在NaCl溶液及去离子水溶液中的应力腐蚀行为，采用扫描电镜和能谱分析方法对裂纹扩展行为进行了研究，试验结果表明材料均出现了应力腐蚀，具有应力腐蚀敏感性。在NaCl溶液中应力腐蚀裂纹扩展时，裂纹出现了分叉横向扩展，扩展前期、扩展中期及扩展后期均出现了分叉；断口形貌分别为带腐蚀的穿晶形貌、准解理伴随穿晶形貌并含有二次微裂纹、韧性断裂形貌。
通过不同阴离子作用下材料的腐蚀行为和应力腐蚀特性的分析以及氯离子作用下腐蚀产物的演变，研究了不同阴离子的种类及浓度对23Co14Ni12Cr3Mo超高强度钢应力腐蚀行为的影响，并通过不同溶液和浓度下的电化学特性研究，探讨了阴离子作用机理。在NaCl溶液中，试样很快出现了鼓泡和点蚀，促进了23Co14Ni12Cr3Mo超高强度钢腐蚀不断的发展，提高了材料的应力腐蚀敏感性，且随着NaCl浓度的增加材料应力腐蚀敏感性增加；在Na2SO4溶液中试样表面发生了全面腐蚀，试样表面出现了微裂纹，腐蚀产物较为疏松，但是在试样表面形成了完整的腐蚀产物层，抑制了阴离子的扩散，降低了腐蚀的进一步发展；在Na2CO3溶液中试样表面出现了针状腐蚀形貌，放大之后可以看出表面平整，腐蚀深度小，正是表面的这种特殊形貌，抑制了应力腐蚀的发展。
通过电化学充氢定量研究了23Co14Ni12Cr3Mo超高强度钢氢脆敏感性。充氢时间从0h(空白)增加至72h，力学拉伸性能下降；氢降低了材料的拉伸和疲劳性能；因为氢的作用，材料脆性增加，疲劳开裂门槛值降低，疲劳裂纹扩展速率增加。充氢后，材料应力腐蚀抗拉强度和断裂时间减小，断面收缩率和延伸率减小，随着氢含量增加，氢脆指数HE增大，23Co14Ni12Cr3Mo超高强度钢氢脆敏感性增加。充氢前后，材料具有相似的交流阻抗行为，都包含了双电层反应过程和腐蚀产物界面反应过程，氢对应力腐蚀裂纹扩展的影响主要是降低了强度，影响了裂纹扩展速率，断口形貌从韧性形貌逐渐转变为脆性形貌。
通过不同附加电位下WOL试样和慢拉伸试样的应力腐蚀开裂行为，研究了材料的应力腐蚀开裂机制。通过各阶段的暂态峰和平台峰的变化，电化学噪声可以很好的揭示WOL试样应力腐蚀裂纹扩展过程中的各个阶段，23Co14Ni12Cr3Mo超高强度钢应力腐蚀裂纹扩展实际是裂纹尖端钝化膜形成及破裂的过程。23Co14Ni12Cr3Mo超高强度钢试样阳极电位下，裂纹尖端发生溶解性腐蚀，促进了裂纹扩展和分叉，发生了沿晶开裂；而阴极保护下电流处于极低的状态，抑制了应力腐蚀的发生；过阴极保护条件下，试样发生脆性断裂，但裂纹为浅表裂纹，裂纹未贯穿试样，和未加电位下的裂纹扩展形式存在一定差异。
采用电化学方法(电化学交流阻抗、电化学极化、电化学电流噪声和开尔文探针)和数值分析方法，结合不同因素对23Co14Ni12Cr3Mo超高强度钢应力腐蚀萌生及演变的影响，探讨了材料的应力腐蚀微裂纹萌生和演变机理。微裂纹萌生过程为局部腐蚀-形成钝化膜并逐渐达到稳定-局部溶解优于腐蚀-局部溶解促进的过程，通过交流阻抗中反应电阻Rc、100Hz附近的复阻抗值Z100、0.1Hz对应的阻抗值Z0.1；动电位极化参数自腐蚀电流和自腐蚀电位以及电化学噪声参数峰值电流itop和峰值变化频率ftop的变化都可以很好表征应力腐蚀微裂纹萌生变化的过程。23Co14Ni12Cr3Mo超高强度钢应力腐蚀裂纹演变机理为：扩展前期出现应力腐蚀裂纹分叉主要是因为在试样发生变形后，应力及弹性应变场集中偏向于横向偏离加载中心线约60°对称的位置，在溶液的作用下促进了裂纹的分叉。应力腐蚀裂纹扩展中期，裂纹尖端受到载荷和腐蚀共同促进，裂尖Volta电位低且两侧电位分布存在差异，且受到Cr/Ni/Co氧化层的影响，在氯离子作用下出现了裂纹沿马氏体晶界分叉扩展。裂纹扩展后期裂纹尖端Volta电位对应应力腐蚀敏感区域分布不均匀不连续，且出现了分叉，导致了裂纹的分叉扩展；在腐蚀的作用下，裂纹优先从低Cr、Co、Ni和高C的方向扩展。