長期以來Si作為對材料耐蝕性有益的元素在不銹鋼、鎳基合金、鑄鐵中都有應(yīng)用。硅在一定的合金成分中分別有耐氯化物腐蝕、耐點(diǎn)蝕、抗氧化等作用，但是也有研究者發(fā)現(xiàn)添加一定含量的硅會降低材料的耐腐蝕性能。

    今天，讓我們就這個(gè)問題展開研究吧！

    試驗(yàn)

    01試樣材料

    試樣材料為30Cr13不銹鋼為真空電弧爐熔煉制得的紐扣型鑄錠（以下簡稱紐扣錠），其化學(xué)成分如表1所示。5種試樣均經(jīng)過了Ⅰ型熱處理工藝，同時(shí)，3號試樣還進(jìn)行了Ⅱ型熱處理工藝。

    02展開試驗(yàn)

    浸泡實(shí)驗(yàn)；

    電化學(xué)試驗(yàn)；

    微觀形貌觀察及物相分析。

    實(shí)驗(yàn)結(jié)果與分析

    01微觀組織觀察

    由圖1可見：硅含量的變化對組織產(chǎn)生了較大的影響。硅含量為0.5%和1.0%時(shí)，暗灰色組織為回火馬氏體，亮白色且呈多邊型形狀的為鐵素體。當(dāng)硅含量增加至1.5%時(shí)，組織則變?yōu)殍F素體加部分回火馬氏體（見圖2c），硅含量增加至2.0%及2.5%時(shí)，組織全部轉(zhuǎn)變?yōu)殍F素體。

    圖1 5種試樣經(jīng)熱處理后的顯微組織

    由圖2可見：經(jīng)過Ⅱ型熱處理工藝后，3號試樣的組織為回火馬氏體加部分鐵素體，明顯不同于經(jīng)Ⅰ型熱處理工藝后的鐵素體基體加少量馬氏體組織。

    圖2 3號試樣經(jīng)Ⅱ型熱處理工藝后的組織

    02腐蝕動力學(xué)

    由圖3可知：隨著Si含量的增加，不僅對鋼的耐蝕性沒有提高，甚至惡化了鋼的耐腐蝕性能。

    圖3 經(jīng)Ⅰ型熱處理工藝后5種試樣腐蝕失重曲線

    由圖4可見：提高淬火溫度，3號試樣的腐蝕失重下降。

    圖4 3號試樣經(jīng)不同熱處理工藝后的腐蝕失重曲線

    03動電位極化曲線

    如圖5所示，試樣的自腐蝕電位及相對應(yīng)的腐蝕電流密度可由動電位極化曲線的前部分Tafel曲線斜率外推法求得。

    當(dāng)電位在點(diǎn)蝕電位（Ep）以下時(shí)，鈍化膜能夠起到較好的保護(hù)作用，因此電流密度較小。隨著給定電位的升高，3號試樣的鈍化電流密度出現(xiàn)一些明顯的亞穩(wěn)態(tài)電流波動，這是由亞穩(wěn)態(tài)點(diǎn)蝕坑在鈍化膜上形成、長大，隨后又再鈍化引起的。

    圖5 經(jīng)不同熱處理工藝后，3號試樣在3.5%NaCl溶液中的動電位極化曲線

    由圖6可知：隨著試樣中Si含量的增加，動電位極化曲線向右移。由此可知低Si含量的試樣陽極溶解速度小于高Si含量試樣。而1020℃淬火試樣曲線比其在950℃淬火試樣更靠左可知淬火溫度的升高有益于提高材料耐腐蝕性能。

    圖6 5種試樣在3.5%溶液中的極化曲線

    從表2中可知，隨著Si含量增加時(shí)，開路電位、點(diǎn)蝕電位均逐漸降低（除Si1.5%外），淬火溫度的升高提高了點(diǎn)蝕電位，改善其鈍化膜抗點(diǎn)蝕能力。這與浸泡腐蝕失重實(shí)驗(yàn)結(jié)果相吻合。

    04腐蝕形貌觀察

    將電化學(xué)試驗(yàn)后的試樣進(jìn)行腐刻，以觀察其電化學(xué)腐蝕后形貌，見圖7。由此可知，所有試樣點(diǎn)蝕大部分均發(fā)生于晶界處（如圖7中箭頭所示），點(diǎn)蝕坑數(shù)量隨著硅含量的增加而變多。

    根據(jù)之前所做碳化物萃取試驗(yàn)可知，碳化物含量會隨著硅含量增加而增加，碳化物主要為M23C6型C、Cr碳化物，碳化物中的鉻含量遠(yuǎn)高于基體，即碳化物是富鉻區(qū)，如此必然會造成周圍出現(xiàn)貧鉻區(qū)，點(diǎn)蝕便為優(yōu)先在貧鉻區(qū)形核并長大，所以碳化物周圍會出現(xiàn)點(diǎn)蝕坑。

    圖7 5種試樣的點(diǎn)蝕形貌

    如圖8所示，升高淬火溫度經(jīng)電化學(xué)試驗(yàn)后，3號試樣的點(diǎn)蝕坑數(shù)量及碳化物含量有所減少，說明材料的耐點(diǎn)蝕性能提高。

    圖8 1020℃淬火的3號試樣動電位極化曲線試驗(yàn)后腐蝕形貌

    結(jié)論

    1）隨著硅含量的增加，30Cr13系列不銹鋼淬火回火后的微觀組織會逐漸由馬氏體變?yōu)殍F素體；

    2）當(dāng)淬火溫度相同時(shí)，單位面積腐蝕失重隨硅含量的增加而增加，點(diǎn)蝕電位隨硅含量的增加而降低，抗腐蝕性能下降；

    3）含硅量1.5%的30Cr13系列不銹鋼在較高淬火溫度下，碳化物析出減少，單位面積腐蝕失重減少，點(diǎn)蝕電位升高，有助于材料抗點(diǎn)蝕性能的改善。