双相不锈钢2205在不同腐蚀介质中的耐蚀性研究

双相不锈钢2205在不同腐蚀介质中的耐蚀性研究摘要对经不同热处理后的双相不锈钢2205在35℃下，两种质量分数分别为10%的HCl腐蚀介质和10%的H2SO4腐蚀介质中的耐蚀性试验研究。结果表明：双相不锈钢2205在质量分数为10%的HCl中的耐蚀性与其固溶温度成正相关，且对氯离子的耐蚀性较差；在质量分数分别为10%的H2SO4腐蚀介质中，双相不锈钢2205表面形成钝化膜，并阻碍了腐蚀的发生，钝化膜的主要成分是Cr2O3、FeO、Cr-O等氧化物。关键词双相不锈钢，微观组织，耐蚀性中图分类号TG404文献标识码文章编号：TheStudyof2205DuplexStainlessSteel’sCorrosion-ResistanceinthedifferentCorrosivemediumAbstract：TheresultofthecorrosionresistanceexperimentofthetwophasesDuplexStainlessSteel2205inthe2differentcorrodentswhichrespectivelycontains10%HCland10%H2SO4underthe35℃showsthat：Inthe10%HCl’scorrosiveenvironment,DuplexStainlessSteel2205’scorrosionresistanceisdirectratiowithitsquenchingtemperature，what’smore,itscorrosion-Resistanceispoortothechlorideions.Inthe10%H2SO4’scorrosivemedium,therehasPassivationmembraneformedonthesurfaceof2205DuplexStainlessSteel，whichcanhindertheoccurrenceofcorrosion.ThemainchemicalcompositionsofitsPassivationmembraneareCr2O3、FeO、Cr-OetcoxideandsomeofotheroxideKeyword:duplexstainlesssteel,microstructure,corrosionresistance2205是一种加N的双相不锈钢，它是由21％铬，2.5％钼及4.5％镍氮合金构成的复式不锈钢。主要是由40%~60%的铁素体和60%~40%的奥氏体组成。与铁素体不锈钢相比，其韧性高，韧脆转变温度低，耐晶间腐蚀性能和焊接性能均显著提高，同时保留了铁素体不锈钢导热系数高、膨胀系数小、具有超塑性等特性；而与奥氏体不锈钢相比较，屈服强度和抗疲劳强度显著提高，约为奥氏体不锈钢的2倍，且耐晶间腐蚀、应力腐蚀和腐蚀疲劳等性能有明显改善[1]。为了更加有效的扩大双相不锈钢2205的应用领域，需对其在不同腐蚀环境下及不同的热处理状态下的耐蚀性做出有效地判断，为双相不锈钢2205更加有保证的应用于各个领域奠定基础。1实验材料及试验方法本次试验所用的双相不锈钢2205是由某重工锻压公司提供的棒材，其化学成分如表1所示。本次试验主要是测试双相不锈钢在不同的腐蚀介质中的腐蚀速率，材料的腐蚀速率采用失重法。首先利用线切割将棒材加工到所需试样的尺寸，然后进行试样在不同固溶温度下的热处理，双相不锈钢2205的热处理工艺如表2所示。表1双相不锈钢2205的化学成分Table1ThechemicalcompositionofDuplexStainlessSteel2205腐蚀试验是根据腐蚀的过程是根据JB/T7901-1999金属材料实验室均匀腐蚀全浸试验方法进行的。腐蚀的介质两种，分别为质量分数为10%的HCl腐蚀介质和10%的H2SO4腐蚀介质，整个腐蚀浸泡试验过程是在35℃下的恒温水浴锅中进行。试样的尺寸为15mm×15mm×10mm，每种腐蚀介质中有三个平行试样，腐蚀采用悬挂系统，支持系统为耐腐蚀的塑料的绳，用保鲜膜密封，每天观察和牌号CSiMnPSNiCrMoN2205≤0.03≤1.0≤2.0≤0.03≤0.024.5~6.521.0~23.02.5~3.50.08~0.2记录腐蚀试样的颜色，表面状态和腐蚀介质颜色的变化[2.3]。腐蚀后采用电子扫描显微镜对腐蚀产物进行微观形貌的观察，然后利用能谱仪对腐蚀产物化学成分的分析。腐蚀过程中的试验设备主要有ESJ200-4分析天平，H-44恒温水浴锅，扫描电子显微镜等。表2双相不锈钢的热处理工艺Theheattreatmentofduplexstainlesssteel2205编号热处理工艺11100℃×1h固溶，油冷+580℃×3h时效，空冷2950℃×1h固溶，油冷+580℃×3h时效，空冷2试验结果分析2.1双相不锈钢的显微组织分析图1是双相不锈钢2205在退火态和不同热处理状态下的金相照片。（a）退火态下的金相组织（b）1#试样的金相组织（c）2#试样的金相组织图1双相不锈钢2205在不同热处理状态下的金相照片Fig1ThemetallographicphotosofDuplexStainlessSteel2205underthedifferentheattreatment图1（a）是其双相不锈钢2205在退火态下的金相组织，从图1（a）中可以看出，双相不锈钢的退火态的组织主要是铁素体和奥氏体，其中灰黑色的是铁素体组织，而白色的则是奥氏体组织，铁素体含量占47%，奥氏体含量占53%。两相都呈现的多边形状，从中可以看出，两相的在双相不锈钢中所占的比例较均匀。图1（b）是1#试样经1100℃固溶处理后试样的金相照片。从图1（b）中可以看出，经过热处理后，1#试样的晶粒组织明显变大，母材的组织为长条状的灰黑色铁素体+白色奥氏体+颗粒状碳化物，铁素体和奥氏体晶粒较粗大，铁素体含量占55%，奥氏体含量占45%。铁素体含量叫退火态的减少，而奥氏体量增加。从整体来看，奥氏体相和铁素体相仍然基本保持平衡。图1（c）是2#试样经950℃固溶处理后试样的abc金相照片，从图1（c）中可以看出，母材的组织仍然为为铁素体（黑色）+奥氏体（白色）+颗粒状碳化物，铁素体呈块状，铁素体含量占53%，奥氏体含量占47%。对比图1（b）和（c）中可以看出，（c）图中的析出相较多。在双相不锈钢中，其两相结构有利于提高其耐蚀性，只要保证两相中各自的腐蚀电位均处于钝化区，两相都能达到钝化状态。两相结构使钢的晶粒较细，则晶界面积更多，降低了引起腐蚀的析出物在晶界处的浓度，并且一旦有析出物产生，形成贫铬区时，则会从高铬的铁素体中迅速得到补充，恢复该处铬的浓度。2.2双相不锈钢2205腐蚀产物的微观分析按照预定的时间结束腐蚀后，通过对腐蚀产物的SEM和能谱分析，以确定双相不锈钢2205在不同腐蚀介质中的腐蚀机理。在本次试验中，双相不锈钢2205在质量分数为10%的HCl腐蚀介质中，试样发生了较为严重的腐蚀，腐蚀结束后腐蚀产物如蚕丝网状一般均匀的覆盖在整个试样的表面。如前所述，1#和2#试样的唯一区别就是热处理状态的不同，所以其腐蚀的机理相似，现以1#腐蚀试样进行腐蚀产物的微观分析为主确定腐蚀的主要机理。图2是1#试样在而在质量分数为10%的HCl腐蚀介质中腐蚀结束后的腐蚀产物的SEM图和能谱。元素重量百分比原子百分比OK44.6572.05SK3.943.17ClK1.391.01CrK18.789.33FeK31.2314.44总量100.00图21#试样在HCl腐蚀环境下腐蚀产物的扫描和能谱Fig2theSEMandEDSof1#sample’scorrosionproductsinthecorrosiveenvironmentofHCl从图2的腐蚀产物的SEM中可以看出，双相不锈钢2205在质量分数为10%的HCl中的腐蚀较为严重，腐蚀产物呈板条状交错的覆盖在试样的表面。在腐蚀产物之间，有较深的蚀坑存在于其中，说明腐蚀的化学反应在蚀孔内集中反映，导致腐蚀坑的加深。从能谱中可以看出，腐蚀产物的主要含有氯、氧、铁和铬，说明在腐蚀进行时，Cl穿透钝化膜后到达金属的表面，与电极电位较低的Fe发生阳极的氧化反应，而由于Cl的半径较小，首先在含铬量较低的奥氏体先发生钝化膜的破坏，在破坏的钝化膜处形成贫Cr区，腐蚀以较快的速度进行，在高铬的铁素体中的铬元素一旦移动，就会造成铁素体处的Cl穿透，所以在钝化膜没有来得及修复时，试样已经进行了较为严重的腐蚀。从腐蚀产物的主要元素的含量可以知道，其腐蚀产物主要的成分为铁和铬的氧化物和氯化物。而双相不锈钢2205在质量分数为10%的H2SO4腐蚀介质中浸泡腐蚀时，从腐蚀开始到结束，腐蚀介质的颜色仍然为无色，而腐蚀试样与浸泡前试样的状态一样，没有任何颜色和表面状态的变化，说明试样在10%的H2SO4腐蚀介质中并未发生腐蚀。图3是双相不锈钢2205在10%的H2SO4中腐蚀后的XRD图。102030405060708090100-50050100150200250300350400Cr2O3（024）Cr-O（533）FeO（102）Fe-Cr（200）Fe-Cr（110）Fe-Cr（211）强度2θ图3双相不锈钢2205在H2SO4腐蚀后的XRDFig3TheXRDofduplexstainlesssteel2205inthecorrosiveenvironmentH2SO4双相不锈钢2205放置在空气中时，会在表面成氧化膜，但这种膜的保护性不够完善，通常先要进行彻底清洗，包括碱洗与酸洗，再用氧化剂钝化，才能保证钝化膜的完整性与稳定性。而在质量分数为10%的H2SO4腐蚀介质中，相当于不锈钢的酸洗。酸洗的目的之一是为钝化处理创造有利条件，保证形成优质的钝化膜。因为通过酸洗使不锈钢表面平均有10μm厚一层表面被腐蚀掉，酸液的化学活性使得缺陷部位的溶解率比表面上其它部位高，因此酸洗可使整个表面趋于均匀平衡，一些原来容易造成腐蚀的隐患被清除掉了。但更重要的是，通过酸洗钝化，使铁与铁的氧化物比铬与铬的氧化物优先溶解，去掉了贫铬层，造成铬在不锈钢表面富集，接近金属的电位，提高了抗腐蚀的稳定性。从图中可以看出，在双相不锈钢2205表面形成FeO，Fe-Cr合金，Cr2O3，Cr-O等氧化物及合金的钝化膜防止其腐蚀，从中可以确定钝化膜的主要成分是Cr2O3、FeO、Cr-O等氧化物。所以在35℃下对10%的H2SO4腐蚀介质有很强的耐蚀性。2.3双相不锈钢2205的腐蚀速率为了测试双相不锈钢2205的腐蚀速率，对经不同固溶处理后的试样利用ESJ200-4分析天平进行原始重量的称重和面积的计算以及腐蚀试样的重量腐蚀后试样的重量，腐蚀速率的重量指标利用公式-01m-m=tS计算，式中：-为金属的腐蚀速率，g/(m2·h)；m0为腐蚀前试样的质量，g；m1为腐蚀一段时间，并且去除表面腐蚀产物后试样的质量，g；S为试样暴露在腐蚀环境中的表面积，m2；t为试样的腐蚀时间，h。腐蚀速率的深度指标则利用公式--t4365248.76=10=10进行计算，式中t为年腐蚀深度，mm/a，为试验金属材料的密度，g/cm3，-为失重腐蚀速率，g/(m2·h)。试样的腐蚀速率如图3所示：0123010203040腐蚀速率（mm/a）试样编号HClH2SO4图4双相不锈钢2205在不同的腐蚀介质中的腐蚀速率Fig4Corrosionrateofduplexstainlesssteel2205inthedifferentcorrosivemedium从图3中可以看出，双相不锈钢在35℃下10%的HCl腐蚀环境中发生较为严重的腐蚀，腐蚀的速率随着其固溶温度的降低，腐蚀速率增大，年腐蚀速率有33.66mm/a增大到38.40mm/a,说明热处理对双相不锈钢2205的在HCl中耐蚀性有较大的影响。而在35℃下10%的H2SO4腐蚀介质中试