中温时效对2205双相不锈钢析出相及晶间腐蚀性能的影响

2017-05-24 09:28:34 作者：王成军等来源：知网分享至：

双相不锈钢由于其在苛刻环境下具有较好的力学性能和腐蚀性能，在化工、石油等领域得到广泛应用。由于两相中含有高含量合金元素以及它们的偏析，双相不锈钢在 300～1000℃ 进行不适当的热处理或者焊接加工时显示出复杂的相转变和析出现象，会有大量二次有害相析出，比如：碳化物、氮化物、金属中间相（χ，σ）、调幅分解脆性相（Cr- 富 α‘）。这些二次相的析出导致周边出现贫铬区，引起材料腐蚀性能以及力学性能的下降。为了开发高性能的不锈钢产品，设计合理的加工工艺，非常有必要深入研究热处理条件下对双相不锈钢组织结构和腐蚀性能的影响。本文主要研究 2205 双相不锈钢 650 ℃ 经过不同时间时效后的微观组织及晶间腐蚀性能，探讨热处理工艺对 2205 双相不锈钢的局部腐蚀性能的影响。

1 实验材料及方法

1.1 样品热处理

实验使用的 2205 双相不锈钢成分见表 1 。将2205线切割至10mm×10mm×5mm块状后，在1050℃ 固溶处理0.5h，水淬。再将经过固溶处理的样品分别在650℃时效（敏化）0.5 、8 、100h 。

1.2 微观形貌分析

将样品依次使用150^#、240^#、600^#、1200^#SiC 砂纸水磨，用金刚石研磨膏抛光，丙酮超声清洗、热风吹干。先用10%草酸在2V电压下电化学腐蚀10s，再用30%KOH在2V电压下电化学腐蚀10s。用扫描电镜 - 能谱系统（SEMPhillipsXL30FEG）分析微观组织形貌。

1.3 晶间腐蚀性能测试

采用双环动电位再活化法（DL-EPR）表征晶间腐蚀性能，测试分为三步： ① 在 -0.9V 电位下阴极极化 120s ，去除待测表面的氧化物。 ② 在开路情况下，测两端电位，待电位稳定后，记录开路电位 E ₀。 ③ 以一定的电压扫描速率从 E ₀ 开始向阳极方向扫描并出现活化峰，当扫描电位进入钝化区某一位置时（本文设为 0.3V），即刻以相同的扫描速率回扫直至电位达到原开路电位后停止试验。

2 实验结果及讨论

2.1 组织结构表征

图 1 给出了 DSS2205 双相不锈钢 650℃ 时效不同时间后的 XRD 衍射图。从图可以看出，样品时效 8h 后， XRD 衍射图上仍观察不到除铁素体、奥氏体外的其他衍射峰，直到时效 100h 后，才观察到较弱的 σ相的特征峰。这主要是由于在该温度下，析出相数量较少，仪器的检测敏感性不够的缘故。与此对应，随着时效时间的延长，奥氏体相特征峰的峰值有所增加，而铁素体相的特征峰的峰值在减小。这说明DSS2205双相不锈钢在敏化处理后，铁素体相发生了明显的共析转变现象（ δ→σ+γ ₂ 和 δ→σ+Cr ₂N ）。

图 2 为一系列试样在 650℃ 不同时效时间的微观形貌。由图可知，固溶处理后的试样没有出现析出相，基本结构仍然是由奥氏体和铁素体两相组成（图1（a））。然而时效处理 0.5h 后，有少量的 σ 相在奥氏体和铁素体晶界处析出（图 1（b））。随着时间的延长，时效处理 8 、100h 后的试样在奥氏体和铁素体晶界处和原铁素体内有大量的 σ 相析出（图 2（c）、（d））。

2.2 晶间腐蚀性能

图 3 是 DSS2205 钢在 650℃ 时效不同时间后测得的典型双环动电位再活化法 DL-EPR 曲线。定义正向扫描最大电流为活化电流（I _a），逆向扫描最大电流为再活化电流（I _r ）。从图中可见，所有的试样都有明显的钝化区，未经敏化处理的样品在 DL-EPR测试后没有回扫电流（I_r）峰出现，而敏化 0.5h 后样品的 DL-EPR 测试曲线中可以发现微小的 I_r 峰。这表明在测试条件下，未经敏化的样品几乎不发生晶间腐蚀，而敏化 1h 后的样品有较轻的晶间腐蚀。而当样品敏化达到 8h 后，在 DL-EPR 曲线上有两个明显的 I _r峰出现， WuTF等研究认为，电位较正的峰对应着晶间腐蚀电流，而电位较负的峰来自基体的点蚀电流。当时效时间为 100h 时，再活化峰电流最大。由于时效处理导致各种析出相产生，这些析出相都是富铬相。因此，导致周围出现贫铬区，贫铬区钝化膜较为薄弱，在电位回扫的过程中，贫铬区处的表面钝化膜破裂，从而出现再活化电流峰。由前面的分析可知，时效时间延长，析出相增多，对应析出相导致的贫铬区也增加，所以再活化电流峰值也增加。析出相周围出现贫铬区，晶间腐蚀主要由贫铬区引起。