經(jīng)濟型雙相不銹鋼2101的腐蝕行為研究.pdf

1、雙相不銹鋼(DSS)由鐵素體相和奧氏體相組成,具有優(yōu)異的力學性能和腐蝕性能,成為有重要前景的結(jié)構(gòu)材料。經(jīng)濟型雙相不銹鋼是雙相不銹鋼未來發(fā)展的趨勢之一,它的主要特點是含氮、低(無)鎳。一般而言,雙相不銹鋼具有極佳的耐腐蝕性能,但是在特定條件下會發(fā)生局部腐蝕,包括點蝕、晶間腐蝕、應(yīng)力腐蝕開裂等。與單相不銹鋼不同,雙相不銹鋼局部腐蝕更為復雜,主要是其具有多相復雜組織(除鐵素體和奧氏體外還包含Cr2N,σ,χ,γ2)。隨著經(jīng)濟型雙相鋼種的應(yīng)用日

2、益廣泛,其腐蝕問題的研究是不容忽視的。因此,本文針對以2101為主的經(jīng)濟型雙相不銹鋼的局部腐蝕(點蝕、晶間腐蝕)規(guī)律及機制進行了系統(tǒng)研究,闡明了熱處理制度(高溫固溶和中溫敏化區(qū))與合金成分對。DSS2101微觀結(jié)構(gòu)演變及其耐局部腐蝕能力的影響,給出了DSS2101在幾種介質(zhì)中的腐蝕機理,提出了雙相不銹鋼點蝕發(fā)生遵循的理論模型。在綜合腐蝕規(guī)律與機制研究的基礎(chǔ)上,給定了合金設(shè)計與微觀組織控制原則與方法,為新型雙相鋼鋼種的設(shè)計開發(fā)、工藝優(yōu)化、

3、產(chǎn)品性能保證提供腐蝕方面的實驗與理論依據(jù)。主要內(nèi)容包括以下幾個方面:
　?、俨捎脛与娢粯O化曲線法、恒電位臨界點蝕溫度(CPT)法、電化學動電位再活化(EPR)法和化學浸泡法,詳細研究了相比例、析出相以及合金元素對DSS2101腐蝕行為的影響。研究結(jié)果表明,在1000～1200℃溫度范圍內(nèi)對DSS2101進行退火處理30 min后鐵素體/奧氏體兩相比例發(fā)生了顯著變化,隨著退火溫度的升高,奧氏體相的體積分數(shù)逐漸減少,點蝕電位(Epit

4、)和CPT逐漸下降。點蝕優(yōu)先形核在鐵素體相內(nèi)或鐵素體/奧氏體相界,這一實驗結(jié)果可以通過兩相的點蝕抗力當量(PRE)值變化和氮在鐵素體相中的過飽和效應(yīng)來加以解釋。綜合考慮多方面因素,DSS2101應(yīng)選擇1050℃作為最佳的固溶處理溫度。在300～900℃溫度范圍內(nèi)對DSS2101進行時效處理10 min之后,在700℃溫度下二次相的析出量最多,CPT值最小,再活化電流密度與活化電流密度的比值(Ra)值最大,說明700℃是DSS2101中二

5、次相析出的鼻尖溫度。根據(jù)x射線衍射(XRD)、透射電子顯微鏡(TEM),再加上Thermo-Calc軟件計算出的相圖結(jié)果均證明了DSS2101在700℃溫度下的主要析出相是Cr2N,它的析出動力學過程是:α→Cr2N+γ2。時效時間在30 min之前,Epit和CPT迅速下降,而時間增加到120 min之后,Epit和CPT的變化很小。DSS2101經(jīng)過時效處理后的點腐蝕機制是Cr2N周圍γ2的選擇性溶解。隨著時效時間的延長,DSS21

6、01晶問腐蝕的敏感性程度增加。通過CPT測試和化學浸泡結(jié)果分析了各元素對耐蝕性影響規(guī)律,發(fā)現(xiàn)Cr、Mo、Ni都是提高2101系雙相不銹鋼耐腐蝕性能的關(guān)鍵元素,而N對該系列雙相不銹鋼耐腐蝕性能的影響規(guī)律不明顯,說明雙相不銹鋼中合金元素的總含量不是該鋼種耐腐蝕性能的決定因素,而是由合金元素在兩相中的分布情況而決定。
　?、诓捎秒娀瘜W噪聲技術(shù)考察了DSS2101在0.1％NaOH,5％H2SO4和6％FeCl3三種介質(zhì)中的腐蝕類型和1

7、mol/LNaCl溶液中的點蝕行為。結(jié)果發(fā)現(xiàn),該鋼種在這三種溶液中的腐蝕過程依次為鈍化狀態(tài)、鐵素體相的均勻腐蝕和點腐蝕。對噪聲譜進行頻域分析可以有效地預測DSS2101的腐蝕趨勢。DSS2101在三種溶液中電位噪聲的功率譜密度曲線(PSD)曲線的斜率依次為-0.63,-1.4,-2.3,顯示了DSS2101在這三種溶液中不同的腐蝕類型?？孜g指標(PI)在0.1％NaOH,5％H2SO4兩種溶液中沒有給出有意義的結(jié)果。DSS2101在三種

8、溶液中的腐蝕速率用噪聲電阻(Rn)來表征,并與極化電阻(Rp)和電荷傳遞電阻(Rt)呈現(xiàn)了極好的一致性。小波分析得到的能量分布曲線(EDP)比FFT得到的PSD曲線能夠較好的反映DSS2101在250 mV電壓下、溫度分別為15℃、20℃、25℃、28℃和35℃條件下的亞穩(wěn)態(tài)/穩(wěn)態(tài)點蝕行為。其它條件不變,不同的溫度下,相對高的能量分數(shù)Eid對應(yīng)著不同的平滑系數(shù)d的尺度。
　　③采用恒電位CPT方法研究了兩種雙相不銹鋼在不同升溫速率