雙相不銹鋼由于其在苛刻環(huán)境下具有較好的力學(xué)性能和腐蝕性能，在化工、石油等領(lǐng)域得到廣泛應(yīng)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(jìn)行不適當(dāng)?shù)臒崽幚砘蛘吆附蛹庸r(shí)顯示出復(fù)雜的相轉(zhuǎn)變和析出現(xiàn)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(diào)幅分解脆性相（Cr- 富 α‘）。 這些二次相的析出導(dǎo)致周邊出現(xiàn)貧鉻區(qū)，引起材料腐蝕性能以及力學(xué)性能的下降。為了開發(fā)高性能的不銹鋼產(chǎn)品，設(shè)計(jì)合理的加工工藝，非常有必要深入研究熱處理?xiàng)l件下對雙相不銹鋼組織結(jié)構(gòu)和腐蝕性能的影響。本文主要研究 2205 雙相不銹鋼 650 ℃ 經(jīng)過不同時(shí)間時(shí)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(shí)驗(yàn)材料及方法

    1.1 樣品熱處理

    實(shí)驗(yàn)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(jīng)過固溶處理的樣品分別在650℃時(shí)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(fēng)吹干。 先用10%草酸在2V電壓下電化學(xué)腐蝕10s，再用30%KOH在2V電壓下電化學(xué)腐蝕10s。用掃描電鏡 - 能譜系統(tǒng) （SEMPhillipsXL30FEG） 分析微觀組織形貌。

    1.3 晶間腐蝕性能測試

    采用雙環(huán)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(wěn)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(xiàn)活化峰，當(dāng)掃描電位進(jìn)入鈍化區(qū)某一位置時(shí) （ 本文設(shè)為 0.3V） ， 即刻以相同的掃描速率回掃直至電位達(dá)到原開路電位后停止試驗(yàn)。

    2 實(shí)驗(yàn)結(jié)果及討論

    2.1 組織結(jié)構(gòu)表征

    圖 1 給出了 DSS2205 雙相不銹鋼 650℃ 時(shí)效不同時(shí)間后的 XRD 衍射圖。 從圖可以看出，樣品時(shí)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(shí)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(shù)量較少，儀器的檢測敏感性不夠的緣故。與此對應(yīng)，隨著時(shí)效時(shí)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(fā)生了明顯的共析轉(zhuǎn)變現(xiàn)象（ δ→σ+γ ₂ 和 δ→σ+Cr ₂ N ）。

    圖 2 為一系列試樣在 650℃ 不同時(shí)效時(shí)間的微觀形貌。由圖可知，固溶處理后的試樣沒有出現(xiàn)析出相，基本結(jié)構(gòu)仍然是由奧氏體和鐵素體兩相組成 （ 圖1（a））。然而時(shí)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(shí)間的延長，時(shí)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(nèi)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(shí)效不同時(shí)間后測得的典型雙環(huán)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(qū)， 未經(jīng)敏化處理的樣品在 DL-EPR測試后沒有回掃電流 （I _r ） 峰出現(xiàn)，而敏化 0.5h 后樣品的 DL-EPR 測試曲線中可以發(fā)現(xiàn)微小的 I _r 峰。 這表明在測試條件下， 未經(jīng)敏化的樣品幾乎不發(fā)生晶間腐蝕，而敏化 1h 后的樣品有較輕的晶間腐蝕。 而當(dāng)樣品敏化達(dá)到 8h 后，在 DL-EPR 曲線上有兩個明顯的 I _r 峰出現(xiàn)， WuTF等研究認(rèn)為，電位較正的峰對應(yīng)著晶間腐蝕電流， 而電位較負(fù)的峰來自基體的點(diǎn)蝕電流。 當(dāng)時(shí)效時(shí)間為 100h 時(shí)，再活化峰電流最大。由于時(shí)效處理導(dǎo)致各種析出相產(chǎn)生，這些析出相都是富鉻相。 因此，導(dǎo)致周圍出現(xiàn)貧鉻區(qū)，貧鉻區(qū)鈍化膜較為薄弱，在電位回掃的過程中，貧鉻區(qū)處的表面鈍化膜破裂，從而出現(xiàn)再活化電流峰。由前面的分析可知，時(shí)效時(shí)間延長，析出相增多，對應(yīng)析出相導(dǎo)致的貧鉻區(qū)也增加，所以再活化電流峰值也增加。析出相周圍出現(xiàn)貧鉻區(qū)，晶間腐蝕主要由貧鉻區(qū)引起。

    圖 4 是晶間腐蝕測試后微觀組織。從圖中可見，晶間腐蝕測試后，時(shí)效 0.5h 后樣品的組織沒有明顯腐蝕，而時(shí)效 8h 后的樣品不但鐵素體 / 奧氏體晶界被腐蝕， 鐵素體 / 鐵素體晶界 也被腐蝕 ， 這與DL-EPR 結(jié)果一致，隨時(shí)效時(shí)間延長，鋼的晶間腐蝕加重。

    3 結(jié)論

    （1） DSS2205 鋼時(shí)效處理時(shí)， 主要發(fā)生 α→γ ₂+σ 和 α→Cr ₂ N+σ 反應(yīng)，析出相周圍出現(xiàn)貧鉻區(qū)。 晶間腐蝕的發(fā)生主要由析出相周邊的貧鉻區(qū)引起。

    （2） 對于固溶樣品，沒有析出相；在 650℃ 時(shí)效0.5h 后，有少量析出相，隨著時(shí)效時(shí)間延長，析出相增加。

    （3） DSS2205 鋼在 650℃ 時(shí)效處理時(shí)， 隨著時(shí)間的延長，材料晶間腐蝕程度逐漸加劇。

    本文作者：王成軍 , 何 亮 , 方陸恒 , 李佩豪 （上海工程技術(shù)大學(xué) 材料工程學(xué)院） 

    文章來源：中國知網(wǎng)