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中溫時效對2205雙相不銹鋼析出相及晶間腐蝕性能的影響

2017-05-24 09:28:34 作者：王成軍等來源：知網分享至：

雙相不銹鋼由于其在苛刻環境下具有較好的力學性能和腐蝕性能，在化工、石油等領域得到廣泛應用。由于兩相中含有高含量合金元素以及它們的偏析，雙相不銹鋼在 300～1000℃ 進行不適當的熱處理或者焊接加工時顯示出復雜的相轉變和析出現象，會有大量二次有害相析出，比如：碳化物、氮化物、金屬中間相（χ，σ）、調幅分解脆性相（Cr- 富 α‘）。這些二次相的析出導致周邊出現貧鉻區，引起材料腐蝕性能以及力學性能的下降。為了開發高性能的不銹鋼產品，設計合理的加工工藝，非常有必要深入研究熱處理條件下對雙相不銹鋼組織結構和腐蝕性能的影響。本文主要研究 2205 雙相不銹鋼 650 ℃ 經過不同時間時效后的微觀組織及晶間腐蝕性能，探討熱處理工藝對 2205 雙相不銹鋼的局部腐蝕性能的影響。

1 實驗材料及方法

1.1 樣品熱處理

實驗使用的 2205 雙相不銹鋼成分見表 1 。將2205線切割至10mm×10mm×5mm塊狀后，在1050℃ 固溶處理0.5h，水淬。再將經過固溶處理的樣品分別在650℃時效（敏化）0.5 、8 、100h 。

1.2 微觀形貌分析

將樣品依次使用150^#、240^#、600^#、1200^#SiC 砂紙水磨，用金剛石研磨膏拋光，丙酮超聲清洗、熱風吹干。先用10%草酸在2V電壓下電化學腐蝕10s，再用30%KOH在2V電壓下電化學腐蝕10s。用掃描電鏡 - 能譜系統（SEMPhillipsXL30FEG）分析微觀組織形貌。

1.3 晶間腐蝕性能測試

采用雙環動電位再活化法（DL-EPR）表征晶間腐蝕性能，測試分為三步： ① 在 -0.9V 電位下陰極極化 120s ，去除待測表面的氧化物。 ② 在開路情況下，測兩端電位，待電位穩定后，記錄開路電位 E ₀。 ③ 以一定的電壓掃描速率從 E ₀ 開始向陽極方向掃描并出現活化峰，當掃描電位進入鈍化區某一位置時（本文設為 0.3V），即刻以相同的掃描速率回掃直至電位達到原開路電位后停止試驗。

2 實驗結果及討論

2.1 組織結構表征

圖 1 給出了 DSS2205 雙相不銹鋼 650℃ 時效不同時間后的 XRD 衍射圖。從圖可以看出，樣品時效 8h 后， XRD 衍射圖上仍觀察不到除鐵素體、奧氏體外的其他衍射峰，直到時效 100h 后，才觀察到較弱的 σ相的特征峰。這主要是由于在該溫度下，析出相數量較少，儀器的檢測敏感性不夠的緣故。與此對應，隨著時效時間的延長，奧氏體相特征峰的峰值有所增加，而鐵素體相的特征峰的峰值在減小。這說明DSS2205雙相不銹鋼在敏化處理后，鐵素體相發生了明顯的共析轉變現象（ δ→σ+γ ₂ 和 δ→σ+Cr ₂N ）。

圖 2 為一系列試樣在 650℃ 不同時效時間的微觀形貌。由圖可知，固溶處理后的試樣沒有出現析出相，基本結構仍然是由奧氏體和鐵素體兩相組成（圖1（a））。然而時效處理 0.5h 后，有少量的 σ 相在奧氏體和鐵素體晶界處析出（圖 1（b））。隨著時間的延長，時效處理 8 、100h 后的試樣在奧氏體和鐵素體晶界處和原鐵素體內有大量的 σ 相析出（圖 2（c）、（d））。

2.2 晶間腐蝕性能

圖 3 是 DSS2205 鋼在 650℃ 時效不同時間后測得的典型雙環動電位再活化法 DL-EPR 曲線。定義正向掃描最大電流為活化電流（I _a），逆向掃描最大電流為再活化電流（I _r ）。從圖中可見，所有的試樣都有明顯的鈍化區，未經敏化處理的樣品在 DL-EPR測試后沒有回掃電流（I_r）峰出現，而敏化 0.5h 后樣品的 DL-EPR 測試曲線中可以發現微小的 I_r 峰。這表明在測試條件下，未經敏化的樣品幾乎不發生晶間腐蝕，而敏化 1h 后的樣品有較輕的晶間腐蝕。而當樣品敏化達到 8h 后，在 DL-EPR 曲線上有兩個明顯的 I _r峰出現， WuTF等研究認為，電位較正的峰對應著晶間腐蝕電流，而電位較負的峰來自基體的點蝕電流。當時效時間為 100h 時，再活化峰電流最大。由于時效處理導致各種析出相產生，這些析出相都是富鉻相。因此，導致周圍出現貧鉻區，貧鉻區鈍化膜較為薄弱，在電位回掃的過程中，貧鉻區處的表面鈍化膜破裂，從而出現再活化電流峰。由前面的分析可知，時效時間延長，析出相增多，對應析出相導致的貧鉻區也增加，所以再活化電流峰值也增加。析出相周圍出現貧鉻區，晶間腐蝕主要由貧鉻區引起。