陳 祺 ,劉 東

(福州大學(xué) a.實(shí)驗(yàn)室建設(shè)與設(shè)備管理處；b.機(jī)械工程及自動(dòng)化學(xué)院，福州 350116)

超級(jí)雙相不銹鋼電化學(xué)腐蝕性能的實(shí)驗(yàn)研究

陳 祺a,劉 東b

(福州大學(xué) a.實(shí)驗(yàn)室建設(shè)與設(shè)備管理處；b.機(jī)械工程及自動(dòng)化學(xué)院，福州 350116)

SAF2906超級(jí)雙相不銹鋼；電化學(xué)技術(shù)；耐蝕性能；實(shí)驗(yàn)

不銹鋼最主要的失效形式是腐蝕失效，如氣體中的高溫氧化與溶液中的電化學(xué)局部腐蝕，包括點(diǎn)腐蝕、晶間腐蝕、縫隙腐蝕、應(yīng)力腐蝕、均勻腐蝕等。長(zhǎng)期以來(lái)，在實(shí)際的生產(chǎn)和使用中，雙相不銹鋼因其優(yōu)良的耐蝕性能而被廣泛應(yīng)用于紙漿和造紙工業(yè)、石油化工、化學(xué)加工及海洋沿岸設(shè)施等。但由于使用條件極其惡劣，也會(huì)產(chǎn)生不同程度的腐蝕失效，從而造成一定的經(jīng)濟(jì)損失，并且引發(fā)一些不可預(yù)測(cè)的安全隱患。因此，開展對(duì)不銹鋼材料的腐蝕研究具有重要的意義。

不銹鋼的腐蝕研究已有近百年的歷史。目前，不銹鋼腐蝕試驗(yàn)的測(cè)定評(píng)價(jià)方法主要有化學(xué)浸泡法和電化學(xué)測(cè)定法。其中，化學(xué)浸泡法能夠較真實(shí)地反映不銹鋼在工業(yè)電解質(zhì)環(huán)境的狀況，應(yīng)用較為成熟，但其耗時(shí)長(zhǎng)且具有破壞性，所以應(yīng)用范圍受到限制。而電化學(xué)測(cè)試方法則具有靈敏性好、精度高、重現(xiàn)性好、簡(jiǎn)單、快速、無(wú)損以及易適用于現(xiàn)場(chǎng)等優(yōu)點(diǎn)，可以快速準(zhǔn)確地測(cè)定和評(píng)價(jià)不銹鋼的耐腐蝕性能，正日益被應(yīng)用于材料的腐蝕測(cè)試和評(píng)價(jià)中。另外，它在科研及工程實(shí)用，如評(píng)估構(gòu)件壽命和失效分析等方面也有著廣闊的應(yīng)用前景。

本文將利用電化學(xué)工作站，研究SAF2906超級(jí)雙相不銹鋼的耐點(diǎn)蝕性能及耐晶間腐蝕性能，以期為該材料腐蝕電化學(xué)技術(shù)的實(shí)驗(yàn)參數(shù)提供參考。

1 實(shí)驗(yàn)材料及方法

采用100 kW/30 kg中頻感應(yīng)爐熔煉制備SAF2906超級(jí)雙相不銹鋼，其化學(xué)成分如表1所示。先采用SX-10-13型箱式電阻爐對(duì)試樣進(jìn)行1 100 ℃固溶處理，保溫2 h水淬。

采用CHI650C電化學(xué)工作站進(jìn)行材料的極化曲線以及再活化率的測(cè)定。電化學(xué)檢測(cè)試樣的鑲嵌時(shí)，要確保工作電極除工作面外都密封良好，選用三電極檢測(cè)體系。測(cè)試前首先將工作電極在-1 000 mV下陰極極化；然后，將工作電極在溶液介質(zhì)中靜止至開路電位穩(wěn)定。每次測(cè)試后都應(yīng)將工作電極重新打磨或更換新的工作電極。對(duì)電極(CE)采用Pt電極，參比電極(RE)采用飽和甘汞電極(SCE)，所有電位都相對(duì)于此電位。據(jù)此分析材料的耐點(diǎn)蝕性能及耐晶間腐蝕性能。

表1 SAF2906的化學(xué)成分 Wt

2 實(shí)驗(yàn)結(jié)果與分析

2.1 極化曲線測(cè)試

圖1 SAF2906在3.5 WtNaCl溶液中的極化曲線

圖1中，a點(diǎn)為陰極極化曲線和陽(yáng)極極化曲線的交點(diǎn)，對(duì)應(yīng)的電位是試驗(yàn)材料的自腐蝕電位；bc段對(duì)應(yīng)的是鈍化區(qū)，此時(shí)，在試樣的表面生成一層鈍化膜，試樣極化曲線具有寬的鈍化區(qū)，大約0.8 V左右，進(jìn)入鈍化區(qū)后，受腐蝕電位的影響很小，腐蝕電流密度保持在一個(gè)較低的水平，且隨著電位的增加緩慢升高，在這個(gè)過(guò)程中，腐蝕是以鈍化膜的形成及均勻腐蝕的方式進(jìn)行；當(dāng)電位上升至c點(diǎn)時(shí)，腐蝕電流密度急劇增加，此為擊破電位，試樣進(jìn)入過(guò)鈍化區(qū)，鈍化膜的腐蝕速率高于其形成速率，對(duì)應(yīng)著鈍化膜發(fā)生破裂，表現(xiàn)出典型的點(diǎn)蝕特征[5]。從曲線上可以看出，進(jìn)入過(guò)鈍化區(qū)后，腐蝕電流密度在擊破電位附近是一個(gè)緩慢增加的過(guò)程，而不是在某一特定電位突然增大，這說(shuō)明試樣的點(diǎn)蝕是因表面吸附NaCl溶液中的陰離子(Cl-)加速局部鈍化膜的溶解減薄而發(fā)生。

金屬發(fā)生腐蝕的電化學(xué)本質(zhì)是形成了腐蝕原電池，決定金屬耐蝕性的主要因素不是原電池的電動(dòng)勢(shì)大小，而是極化作用的大小[6]。根據(jù)法拉第定律，金屬的腐蝕速度K與腐蝕電流密度Icorr成正比例關(guān)系[7]。

(1)

式中：Icorr為腐蝕電流密度；A為原子量；n為得失電子數(shù)；F為法拉第常數(shù)，對(duì)于同種材料，式中A、n均為定值。由式(1)可見，腐蝕速度K與腐蝕電流密度Icorr成正比例關(guān)系，因此，可用腐蝕電流密度來(lái)反映金屬的腐蝕狀況。表2顯示了試樣的腐蝕電流密度，可知SAF2906具有良好的耐點(diǎn)蝕性能。

表2 SAF2906試樣的腐蝕電流密度

2.2 晶間腐蝕性能測(cè)試

晶間腐蝕測(cè)試采用電化學(xué)動(dòng)電位再活化法(electrochemical potentiokinetic reactiva-tion，EPR)，試驗(yàn)條件如表3所示。

表3 EPR試驗(yàn)條件

進(jìn)行EPR試驗(yàn)時(shí)，試樣先在溶液中浸泡20 min，得到穩(wěn)定的腐蝕電位Ecorr約為-400 mV(SCE)，然后，以1.66 mV/s的電位掃描速度陽(yáng)極極化至0 mV(SCE)，再以同樣的速度反向掃描至腐蝕電位Ecorr。極化曲線上出現(xiàn)兩個(gè)峰，即活化峰和再活化峰。Ia表示活化峰峰值電流密度，Ir為再活化峰峰值電流密度。圖2所示為SAF2906的EPR測(cè)試圖，表4為SAF2906的EPR測(cè)試結(jié)果數(shù)據(jù)。

圖2 SAF2906在3.5 Wt NaCl溶液中的ERP曲線

表4 SAF2906的EPR測(cè)試結(jié)果數(shù)據(jù)

電流比值Ir/Ia代表不銹鋼敏化程度，比值越小則越耐晶間腐蝕。從圖2可知，SAF2906的陽(yáng)極極化環(huán)的峰值較高，而再活化環(huán)的峰值較低，其再活化率Ra很小，因而SAF2906具備優(yōu)異的耐晶間腐蝕性能。

EPR法是利用不銹鋼的鈍化再活化關(guān)聯(lián)鈍化膜中主體合金元素的含量及其特性這一特點(diǎn)，研究鋼的敏化行為。在鈍化狀態(tài)下，鈍化膜的形態(tài)、結(jié)構(gòu)在很大程度上依賴于固溶體中Cr、Mo的含量。在一定電解質(zhì)和外加電位作用下，鋼的表面將形成一層完整、致密的鈍化膜。而經(jīng)敏化的試樣因晶界

貧Cr，形成的鈍化膜是不完整的。當(dāng)在外加電位回掃到再活化區(qū)時(shí)，不完整的鈍化膜將優(yōu)先受到腐蝕，這在極化曲線上表現(xiàn)為一個(gè)大的活化峰；而在富Cr區(qū)幾乎不腐蝕，對(duì)應(yīng)的極化曲線上不出現(xiàn)再活化峰或僅有一個(gè)很小的峰。SAF2906雙相不銹鋼在晶界附近有Cr的富集，電極電位較高，表現(xiàn)出明顯的鈍化膜穩(wěn)定性，因此，再活化峰值很小，表現(xiàn)出極其優(yōu)異的耐晶間腐蝕性能。

3 結(jié)束語(yǔ)

[1] 吳玖. 雙相不銹鋼[M]. 北京: 冶金工業(yè)出版社, 1999.

[2] Kangas P, Nilsson J O. Influence of phase transformations on mechanical properties and corrosion properties in duplex stainless steel[C]. Beijing: Stainless steel council China Special steel Enterprises association, 2006.

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[4] Cvijovic Z, Radenkovic G. Microstructure and pitting corrosion resistance of annealed duplex stainless steel[J]. Corrosion Science. 2006, 48(12): 3887-3906.

[5] 曹楚南. 腐蝕電化學(xué)原理[M]. 北京:化學(xué)工業(yè)出版社,2001.

[6] 魏寶明. 金屬腐蝕理論及其應(yīng)用[M]. 北京:化學(xué)工業(yè)出版社,1996.

[7] 付燕,林昌健,蔡文達(dá). 微電化學(xué)技術(shù)研究雙相不銹鋼優(yōu)選腐蝕行為[J]. 金屬學(xué)報(bào),2005,41(3):302-306.

Experimental Research on Electrochemical Corrosion Property of Super Duplex Stainless Steel

CHEN Qia, LIU Dongb

(a.Laboratory Construction and Equipment Administration;b. School of Mechanical Engineering and Automation, Fuzhou University, Fuzhou 350116, China)

SAF2906 super duplex stainless steel; electrochemical technology; corrosion resistant property ;experiment

2014-07-16

陳 祺(1970-)，男，碩士，實(shí)習(xí)研究員，主要從事實(shí)驗(yàn)技術(shù)研究及實(shí)驗(yàn)室管理工作。

TG174.2

A

10.3969/j.issn.1672-4550.2014.06.009