双相不锈钢组织变化及腐蚀行为的研究

双相不锈钢兼具奥氏体不锈钢与铁素体不锈钢的优点,因具有优良的力学性能和耐腐蚀性能而广泛应用于石油、化工、海洋等领域。双相不锈钢在300℃~1000℃温度范围内基体两相(α+γ)比例改变且会析出有害相(特别是σ相),显著影响双相不锈钢的性能。本课题选取00Cr21Ni2Mn5N、00Cr22Ni5Mo3N、00Cr25Ni7Mo3N和00Cr27Ni7Mo5N这四种最具代表性的双相不锈钢,采用金相、扫描电镜(SEM)、透射电镜(TEM)、电化学法、俄歇电子能谱(AES)、动电位电化学阻抗法(DEIS)、X射线光电子能谱(XPS)等方法对固溶及不同时效处理后的试验钢的组织、耐点蚀性能和表面钝化膜特性进行分析。研究结果表明:(1)完全固溶处理后的四种双相不锈钢中无σ相等有害相存在且α/γ比值接近1:1,此时耐点蚀性能很好;(2)不同时效条件下,00Cr21Ni2Mn5N钢析出相主要为Cr2N和σ相,00Cr22Ni5Mo3N、00Cr25Ni7Mo3N和00Cr27Ni7Mo5N钢主要析出相为σ相,也有μ相和Laves相析出;(3)时效后有害相析出量与温度符合倒“V”字型曲线关系,且随着合金元素含量的增加,σ相等有害相析出量越来越多,完全固溶温度越来越高;(4)时效后双相不锈钢的点蚀电位与温度呈正“V”字型曲线关系,点蚀电位随有害相析出量增加而减小,双相不锈钢合金元素含量越高,导致耐点蚀性能显著下降所对应的σ相含量越大;(5)四种双相不锈钢钝化膜主要为层状的Cr和Fe的氧化物与氢氧化物,具有双极性n-p型半导体特性。00Cr21Ni2Mn5N、00Cr22Ni5Mo3N和00Cr25Ni7Mo3N钢钝化膜最外层可能存在极少量三价Fe氧化物,向内为钝化膜主要成分Cr2O3和Cr O2,前两种双相不锈钢还有Fe O和Fe(OH)2存在;00Cr27Ni7Mo5N钢表面钝化膜以M-OH型化合物为主,外层为γ-Fe OOH,内层为Cr(OH)3和Cr OOH组成的钝化膜主体部分。直至到达基体时Cr、Fe、Ni、Mo等元素以金属态存在。随着双相不锈钢合金元素含量的增加,表面钝化膜钝化能力逐渐增强,因此耐点蚀性能越来越好。