作為不銹鋼的應力腐蝕斷裂加速試驗液,M.A.Scheil 在1944年發(fā)表的沸點為154℃的42%MgCl2試驗液的濃度其實并不是42%,因為42%MgCl2溶液的沸點后來被證實是約143℃。為此,高濃度MgCl2溶液試驗后來采取154℃或者143℃來進行。在日本,基于學振第97委員會第3分科會的研究結(jié)果1975年制定的JIS G0576-1975“不銹鋼的42%氯化鎂腐蝕試驗方法”當中采用了沸點143℃的42%MgCl2溶液。不過最初設計出MgCl2試驗的美國ASTM G36采用了沸點155℃的MgCl2溶液。此外,術(shù)島在1960年針對各種濃度的MgCl2溶液,根據(jù)對21℃、50℃以及80℃的pH值測定結(jié)果外推到沸點,如圖7.7所示。根據(jù)這一結(jié)果,沸點143℃溶液的pH值為0.65,沸點154℃溶液的pH值為0.MgCl,試驗液的pH值較低,這一點對于之后進行的測定合金元素對應力腐蝕斷裂性的影響的試驗結(jié)果造成了很大的影響。
如上所述,通過高濃度MgCl2試驗液開發(fā)出的“耐應力腐蝕斷裂”不銹鋼,其實際的耐應力腐蝕斷裂性并不太好,為此,小若等(1973年)(1976年)及伊東等(1974年)采用各種濃度、溫度的MgCl2水溶液來研究應力腐蝕裂紋敏感性。圖7.8給出了MgCl2的濃度、溫度對于304不銹鋼和低磷高硅的耐應力腐蝕斷裂鋼是否會發(fā)生斷裂的影響。18Cr-15Ni-2Si鋼在最初試驗中的45%MgCl2沸騰液中沒有發(fā)生斷裂,但到30%~40%時發(fā)生了斷裂,尤其是在氧氣飽和的35%MgCl2水溶液中非常容易斷裂。此外,SUS316在45%MgCl2中和 SUS304不銹鋼一樣裂紋敏感性比較高,但到120℃以下就不會斷裂。
他們(1973年)還在各種濃度的沸騰MgCl2水溶液中施加245 MPa的應力,研究各成分元素對應力腐蝕斷裂破裂時間的影響。如圖7.9中的SUS304所示,各試驗鋼都在某一濃度的MgCl2溶液中顯示出最小斷裂時間。之所以出現(xiàn)最小時間,是由于斷裂發(fā)生前的時間隨溫度升高(或者濃度增加)而延長,而另一方面,斷裂傳時間隨溫度升高(或者濃度增加)變短的緣故。就合金元素的影響來說:C、Si將表示最小斷裂時間的沸點移向低溫側(cè),降低在沸騰42%MgCl2溶液(143℃)中的裂紋敏感性;而Cr、Mo、Cu、N、P卻將表示最小斷裂時間的沸點移向高溫側(cè),加大在沸騰42%MgC2溶液中的裂紋敏感性,其中鉬和銅在低溫條件下能夠減少裂紋敏感性。此外,即便改變鎳含量,表示最小斷裂時間的沸點也不會變化,但能夠減少整個溫度域的裂紋敏感性。伊東等就Si、Mo、Cr、Ni的影響也報告了同樣的結(jié)果。
小若等(1976年)對80℃下各種濃度的MgCl2溶液中的電位影響進行了研究,認為:SUS316的應力腐蝕斷裂發(fā)生的臨界電位要比SUS304高50mV,而且MgClb2的濃度在斷裂發(fā)生的最低限度以上時,如圖7-10所示:如果電位變高,腐蝕形態(tài)就會從應力腐蝕斷裂變?yōu)辄c腐蝕,而且應力腐蝕斷裂的范圍會隨著MgC2的濃度增加而擴大。
如上所述,由于MgCl2的濃度、溫度對應力腐蝕斷裂的影響已經(jīng)明確,所以1977年以后日本國內(nèi)幾乎不再使用42%以上的高濃度MgCl2溶液來進行試驗,如果要使用MgCl溶液進行試驗,一般會采用較低的濃度(25%、35%等)或者其他濃度。