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東北大學在提升不銹鋼耐蝕性創新設計方面取得重要突破

2023-12-18 15:31:04 作者：腐蝕與防護來源：腐蝕與防護分享至：

近日，東北大學冶金學院姜周華教授團隊在提升不銹鋼耐蝕性創新設計方面取得重要突破，相關成果已發表于Nature Communications上。

鋼鐵材料的腐蝕失效不僅會導致災難性安全事故，還會造成巨大的經濟損失。為滿足基礎設施和裝備的長壽命需求，一系列高耐蝕不銹鋼相繼被開發出來。但隨著服役環境日益苛刻，這些不銹鋼仍會發生腐蝕。非金屬夾雜物是腐蝕的主要誘因之一，通常會造成“千里之堤，潰于蟻穴”的嚴重影響，在高溫、高氯等極端苛刻的環境中，其危害尤為突出。

對此，科研人員探索了很多方法以減輕夾雜物的危害，如深脫氧、深脫硫和改性處理等。然而，這些方法的效果有限，夾雜物或周圍基體仍會發生腐蝕。因此，如何有效防止夾雜物引起的腐蝕失效，成為了鋼鐵材料腐蝕防護領域迫在眉睫的挑戰。

本研究打破了傳統“依靠潔凈度控制和改性處理減輕夾雜物危害”的思維局限，創新提出“利用耐蝕鈮鎧甲（Z相）包裹有害夾雜物以顯著提高雙相不銹鋼耐蝕性”的策略。該策略巧妙運用了微合金化和異質形核原理，實現了兩個關鍵目標控制：

一是含鈮Z相有效包裹夾雜物。首先，從常用微合金元素（Ti、V和Nb）中篩選出Nb作為理想元素；其次，利用簡單常規的制備路線促使含鈮Z相在夾雜物周圍異質形核，形成“夾雜物@Z相”核殼結構，將夾雜物包裹起來，使其與腐蝕性環境隔絕。

S32205雙相不銹鋼中含鈮Z相包裹夾雜物（“夾雜物@Z相”核殼結構）表征

二是Z相和其周圍基體具有良好的耐蝕性。首先，保證了Z相本身具有高耐蝕性（~52%Nb-27%Cr-7%Mo-9%N）；其次，保證了Z相周圍基體未發生嚴重貧化，依然具有良好的耐蝕性；同時，Z相與基體間電勢差小且能協調變形，避免發生電偶腐蝕和微縫隙腐蝕。

含鈮與無鈮S32205雙相不銹鋼在72℃兩倍濃度海水（a-c）和50℃ 6%FeCl3溶液（d-g）中耐腐蝕性能對比

本研究獨辟蹊徑，巧妙施策，利用耐蝕“鈮鎧甲”（Z相）包裹有害夾雜物，攻克了“夾雜物引起腐蝕失效”這一久攻不克的頑疾，在系列雙相不銹鋼（S32101、S32304、S32205、S32507、S32707）和工業化生產中具有很強的普適性。該研究為不銹鋼材料腐蝕防護提供了新思路，對保障高端裝備長壽命和安全穩定運行具有重要意義。