1. 動電位極(ji)化曲線分析
不同固溶處理后的2205雙相(xiang)不銹鋼(gang)在不同溫度的3.5%NaCl溶液中的極化曲線如圖5.7所示。
從圖5.7中可以看出，不同固溶處理的2205雙相不銹鋼在20℃、30℃、45℃的3.5%NaCI溶液中都存在一定范圍的鈍化區，且彼此的鈍化區間相差不大。但是，當3.5%NaCl溶液的溫度提升至60℃時，（950℃、1000℃、1100℃、1150℃)/30min 固溶處理的雙相(xiang)不銹鋼(gang)的鈍化范圍與1050℃/30min 固溶處理的雙相不銹鋼的鈍化范圍相比，其明顯變窄。這說明隨著溶液溫度的升高，1050℃/30min固溶處理的雙相不銹鋼的鈍化膜更加穩定。
根據GB 4334.9-1984,當腐蝕電流密度達到0.1mA/c㎡時，此時曲線上所對應的電位值就是點蝕電位。結合GB 4334.9-1984和圖5.7,得到不同固溶處理的2205雙相不銹鋼在不同溫度的3.5%NaCl溶液中的點蝕電位，如圖5.8和表5.3所示。
從(cong)圖5.8中可以看(kan)出，隨著(zhu)3.5%NaCl溶(rong)液的(de)溫度(du)(du)的(de)升(sheng)高(gao)，不(bu)同固溶(rong)處(chu)理的(de)雙(shuang)相不(bu)銹(xiu)(xiu)鋼(gang)的(de)點(dian)(dian)蝕(shi)(shi)電位(wei)(wei)下(xia)降。并且可以看(kan)出，當溫度(du)(du)從(cong)20℃升(sheng)高(gao)至(zhi)45℃時(shi)，不(bu)同固溶(rong)處(chu)理的(de)雙(shuang)相不(bu)銹(xiu)(xiu)鋼(gang)的(de)點(dian)(dian)蝕(shi)(shi)電位(wei)(wei)下(xia)降的(de)趨(qu)勢較為(wei)平緩；當3.5%NaCl溶(rong)液的(de)溫度(du)(du)進(jin)一步升(sheng)高(gao)至(zhi)60℃時(shi)，（950℃、1000℃、1100℃、1150℃)/30min固溶(rong)處(chu)理的(de)雙(shuang)相不(bu)銹(xiu)(xiu)鋼(gang)的(de)點(dian)(dian)蝕(shi)(shi)電位(wei)(wei)急劇(ju)下(xia)降，而1050℃/30min固溶(rong)處(chu)理的(de)雙(shuang)相不(bu)銹(xiu)(xiu)鋼(gang)的(de)點(dian)(dian)蝕(shi)(shi)電位(wei)(wei)下(xia)降趨(qu)勢依然平緩，這說明隨著(zhu)溶(rong)液溫度(du)(du)的(de)升(sheng)高(gao)，1050℃/30min 固溶(rong)處(chu)理的(de)雙(shuang)相不(bu)銹(xiu)(xiu)鋼(gang)的(de)點(dian)(dian)蝕(shi)(shi)敏感性較低，且鈍化膜更加穩定。
從(cong)(cong)表5.3中也可以看出，對(dui)(dui)(dui)于(yu)950℃/30min固(gu)溶(rong)(rong)(rong)處(chu)(chu)理的(de)(de)(de)雙(shuang)相(xiang)不(bu)銹鋼(gang)(gang)(gang)而(er)(er)言(yan)，當(dang)(dang)3.5%NaCl溶(rong)(rong)(rong)液(ye)(ye)的(de)(de)(de)溫(wen)度從(cong)(cong)20℃升(sheng)高(gao)(gao)至(zhi)(zhi)60℃時(shi)，其點(dian)(dian)(dian)蝕(shi)(shi)電(dian)(dian)位從(cong)(cong)1.0784V下(xia)(xia)降(jiang)(jiang)(jiang)(jiang)至(zhi)(zhi)0.56967V,降(jiang)(jiang)(jiang)(jiang)幅為(wei)(wei)0.50873V;對(dui)(dui)(dui)于(yu)1000℃/30min固(gu)溶(rong)(rong)(rong)處(chu)(chu)理的(de)(de)(de)雙(shuang)相(xiang)不(bu)銹鋼(gang)(gang)(gang)而(er)(er)言(yan)，當(dang)(dang)3.5%NaCl溶(rong)(rong)(rong)液(ye)(ye)的(de)(de)(de)溫(wen)度從(cong)(cong)20℃升(sheng)高(gao)(gao)至(zhi)(zhi)60℃時(shi)，其點(dian)(dian)(dian)蝕(shi)(shi)電(dian)(dian)位從(cong)(cong)1.084V下(xia)(xia)降(jiang)(jiang)(jiang)(jiang)至(zhi)(zhi)0.57095V,降(jiang)(jiang)(jiang)(jiang)幅為(wei)(wei)0.51305V;對(dui)(dui)(dui)于(yu)1050℃/30min固(gu)溶(rong)(rong)(rong)處(chu)(chu)理的(de)(de)(de)雙(shuang)相(xiang)不(bu)銹鋼(gang)(gang)(gang)而(er)(er)言(yan)，當(dang)(dang)3.5%NaCI溶(rong)(rong)(rong)液(ye)(ye)的(de)(de)(de)溫(wen)度從(cong)(cong)20℃升(sheng)高(gao)(gao)至(zhi)(zhi)60℃時(shi)，其點(dian)(dian)(dian)蝕(shi)(shi)電(dian)(dian)位從(cong)(cong)1.1348V下(xia)(xia)降(jiang)(jiang)(jiang)(jiang)至(zhi)(zhi)0.89279V,降(jiang)(jiang)(jiang)(jiang)幅為(wei)(wei)0.24171V;對(dui)(dui)(dui)于(yu)1100℃/30min 固(gu)溶(rong)(rong)(rong)處(chu)(chu)理的(de)(de)(de)雙(shuang)相(xiang)不(bu)銹鋼(gang)(gang)(gang)而(er)(er)言(yan)，當(dang)(dang)3.5%NaCl溶(rong)(rong)(rong)液(ye)(ye)的(de)(de)(de)溫(wen)度從(cong)(cong)20℃升(sheng)高(gao)(gao)至(zhi)(zhi)60℃時(shi)，其點(dian)(dian)(dian)蝕(shi)(shi)電(dian)(dian)位從(cong)(cong)1.1255V下(xia)(xia)降(jiang)(jiang)(jiang)(jiang)至(zhi)(zhi)0.49891V,降(jiang)(jiang)(jiang)(jiang)幅為(wei)(wei)0.62659V;對(dui)(dui)(dui)于(yu)1150/30min℃固(gu)溶(rong)(rong)(rong)處(chu)(chu)理的(de)(de)(de)雙(shuang)相(xiang)不(bu)銹鋼(gang)(gang)(gang)而(er)(er)言(yan)，當(dang)(dang)3.5%NaCl溶(rong)(rong)(rong)液(ye)(ye)的(de)(de)(de)溫(wen)度從(cong)(cong)20℃升(sheng)高(gao)(gao)至(zhi)(zhi)60℃時(shi)，其點(dian)(dian)(dian)蝕(shi)(shi)電(dian)(dian)位從(cong)(cong)1.073V下(xia)(xia)降(jiang)(jiang)(jiang)(jiang)至(zhi)(zhi)0.65157V,降(jiang)(jiang)(jiang)(jiang)幅為(wei)(wei)0.42143V.綜上所述可以看出，1050℃/30min固(gu)溶(rong)(rong)(rong)處(chu)(chu)理的(de)(de)(de)雙(shuang)相(xiang)不(bu)銹鋼(gang)(gang)(gang)的(de)(de)(de)點(dian)(dian)(dian)蝕(shi)(shi)電(dian)(dian)位較高(gao)(gao)，以及點(dian)(dian)(dian)蝕(shi)(shi)電(dian)(dian)位隨著(zhu)溶(rong)(rong)(rong)液(ye)(ye)溫(wen)度升(sheng)高(gao)(gao)而(er)(er)下(xia)(xia)降(jiang)(jiang)(jiang)(jiang)的(de)(de)(de)幅值較低，說(shuo)明其1050℃固(gu)溶(rong)(rong)(rong)處(chu)(chu)理的(de)(de)(de)雙(shuang)相(xiang)不(bu)銹鋼(gang)(gang)(gang)的(de)(de)(de)點(dian)(dian)(dian)蝕(shi)(shi)敏感(gan)性較低。而(er)(er)950℃/30min、1000℃/30min、1100℃/30min、1150℃/30min 固(gu)溶(rong)(rong)(rong)處(chu)(chu)理的(de)(de)(de)不(bu)銹鋼(gang)(gang)(gang)的(de)(de)(de)點(dian)(dian)(dian)蝕(shi)(shi)電(dian)(dian)位都比(bi)1050℃/30min固(gu)溶(rong)(rong)(rong)處(chu)(chu)理的(de)(de)(de)不(bu)銹鋼(gang)(gang)(gang)的(de)(de)(de)點(dian)(dian)(dian)蝕(shi)(shi)電(dian)(dian)位低，耐點(dian)(dian)(dian)蝕(shi)(shi)性能有所下(xia)(xia)降(jiang)(jiang)(jiang)(jiang)。
1050℃/30min固溶(rong)處(chu)理的2205雙相不銹鋼在20℃3.5%NaCl溶(rong)液中極化(hua)后的點蝕形貌如圖5.9所示。圖中淡色部分為(wei)奧氏體(ti)，深色部分為(wei)鐵素體(ti)，黑色部分為(wei)點蝕坑。
從圖5.9中可以看，點蝕易發生于鐵素體和鐵素體－奧氏體晶界處，并且點蝕易向鐵素體中發展。在雙相不銹鋼中，Cr、Mo、N是主要的耐點蝕元素，鐵素體含有更多量的Cr和Mo;而奧氏體還有更多的Ni和Mn,并且N元素富集于奧氏體相中，提高局部腐蝕抗力。雙相不銹鋼的耐點蝕當量值可由“PREN=％Cr+3.3×%Mo+16×%N”計算得到，耐點蝕當量值越高，雙相不銹鋼的耐點蝕能力越強。隨著固溶處理的溫度的升高，鐵素體的含量逐漸增加，而奧氏體的含量不斷減少，造成鐵素體中的Cr、Mo被稀釋，導致鐵素體的耐點蝕當量逐漸降低；而隨著固溶處理溫度的升高，奧氏體的含量降低，造成奧氏體中的N濃度升高，奧氏體耐點蝕當量逐漸升高。
雙相(xiang)(xiang)不銹(xiu)鋼中(zhong)含(han)(han)(han)有較高(gao)含(han)(han)(han)量(liang)(liang)(liang)的(de)(de)(de)(de)(de)Cr和Mo,在(zai)(zai)(zai)氧化性(xing)(xing)(xing)介質中(zhong)其表(biao)(biao)面(mian)會(hui)生成一層鈍(dun)(dun)化膜保(bao)護(hu)基體(ti)(ti)(ti)。由于CI-對(dui)鈍(dun)(dun)化膜存(cun)在(zai)(zai)(zai)破壞性(xing)(xing)(xing)，甚(shen)至(zhi)通(tong)過鈍(dun)(dun)化膜的(de)(de)(de)(de)(de)間隙，與基體(ti)(ti)(ti)金屬接觸(chu)，使(shi)(shi)得(de)基體(ti)(ti)(ti)發生溶(rong)解(jie)。鈍(dun)(dun)化膜的(de)(de)(de)(de)(de)穩定性(xing)(xing)(xing)能(neng)(neng)夠反(fan)映(ying)其對(dui)金屬的(de)(de)(de)(de)(de)保(bao)護(hu)程(cheng)度，而點(dian)(dian)(dian)蝕電(dian)位能(neng)(neng)夠反(fan)映(ying)鈍(dun)(dun)化膜的(de)(de)(de)(de)(de)穩定性(xing)(xing)(xing)。通(tong)常情況下(xia)(xia)，點(dian)(dian)(dian)蝕電(dian)位越高(gao)，金屬的(de)(de)(de)(de)(de)耐(nai)點(dian)(dian)(dian)蝕性(xing)(xing)(xing)能(neng)(neng)越好。由第3章可(ke)知，當(dang)(dang)固溶(rong)處理(li)的(de)(de)(de)(de)(de)溫(wen)度為(wei)1050℃時(shi)，2205雙相(xiang)(xiang)不銹(xiu)鋼基體(ti)(ti)(ti)中(zhong)的(de)(de)(de)(de)(de)鐵(tie)素體(ti)(ti)(ti)的(de)(de)(de)(de)(de)含(han)(han)(han)量(liang)(liang)(liang)與奧(ao)氏(shi)(shi)體(ti)(ti)(ti)的(de)(de)(de)(de)(de)含(han)(han)(han)量(liang)(liang)(liang)之比約為(wei)1:1,且(qie)鐵(tie)素體(ti)(ti)(ti)和奧(ao)氏(shi)(shi)體(ti)(ti)(ti)的(de)(de)(de)(de)(de)分(fen)布較均勻，Cr和Mo在(zai)(zai)(zai)鐵(tie)素體(ti)(ti)(ti)中(zhong)的(de)(de)(de)(de)(de)含(han)(han)(han)量(liang)(liang)(liang)分(fen)布和N在(zai)(zai)(zai)奧(ao)氏(shi)(shi)體(ti)(ti)(ti)中(zhong)的(de)(de)(de)(de)(de)含(han)(han)(han)量(liang)(liang)(liang)分(fen)布較均勻，整(zheng)體(ti)(ti)(ti)的(de)(de)(de)(de)(de)耐(nai)點(dian)(dian)(dian)蝕當(dang)(dang)量(liang)(liang)(liang)較高(gao)，表(biao)(biao)現出(chu)(chu)較好的(de)(de)(de)(de)(de)耐(nai)點(dian)(dian)(dian)蝕性(xing)(xing)(xing)能(neng)(neng)。當(dang)(dang)固溶(rong)處理(li)的(de)(de)(de)(de)(de)溫(wen)度為(wei)950℃時(shi)，大(da)量(liang)(liang)(liang)的(de)(de)(de)(de)(de)σ相(xiang)(xiang)會(hui)沿著鐵(tie)素體(ti)(ti)(ti)－奧(ao)氏(shi)(shi)體(ti)(ti)(ti)晶界析出(chu)(chu)，而σ相(xiang)(xiang)是(shi)一種硬(ying)脆相(xiang)(xiang)，其周圍會(hui)存(cun)在(zai)(zai)(zai)貧(pin)鉻(ge)區，它的(de)(de)(de)(de)(de)存(cun)在(zai)(zai)(zai)顯著降低(di)材料的(de)(de)(de)(de)(de)力學性(xing)(xing)(xing)能(neng)(neng)和耐(nai)蝕性(xing)(xing)(xing)能(neng)(neng)，且(qie)σ相(xiang)(xiang)的(de)(de)(de)(de)(de)析出(chu)(chu)使(shi)(shi)其存(cun)在(zai)(zai)(zai)區域(yu)的(de)(de)(de)(de)(de)鈍(dun)(dun)化膜薄弱(ruo)，使(shi)(shi)得(de)點(dian)(dian)(dian)蝕電(dian)位較低(di)，點(dian)(dian)(dian)蝕更(geng)容易發生。當(dang)(dang)固溶(rong)處理(li)的(de)(de)(de)(de)(de)溫(wen)度升(sheng)高(gao)至(zhi)1150℃時(shi)，基體(ti)(ti)(ti)中(zhong)的(de)(de)(de)(de)(de)鐵(tie)素體(ti)(ti)(ti)的(de)(de)(de)(de)(de)含(han)(han)(han)量(liang)(liang)(liang)百分(fen)比為(wei)59%,而奧(ao)氏(shi)(shi)體(ti)(ti)(ti)的(de)(de)(de)(de)(de)含(han)(han)(han)量(liang)(liang)(liang)百分(fen)比為(wei)41%,鐵(tie)素體(ti)(ti)(ti)含(han)(han)(han)量(liang)(liang)(liang)過多(duo)，導(dao)致鐵(tie)素體(ti)(ti)(ti)的(de)(de)(de)(de)(de)耐(nai)點(dian)(dian)(dian)蝕當(dang)(dang)量(liang)(liang)(liang)下(xia)(xia)降，造成耐(nai)點(dian)(dian)(dian)蝕性(xing)(xing)(xing)能(neng)(neng)下(xia)(xia)降。
2. 交流阻抗測試分析
不同固溶處理的2205雙相不銹鋼在不同溫度的3.5%NaCl溶液中的Nyquist圖如圖5.10所示。從圖5.10中可以看出，在不同溫度的3.5%NaCl溶液中的不同固溶處理的雙相不銹鋼的Nyquist圖中的高頻和低頻處，都存在一個容抗弧，說明雙相不銹鋼表面存在一層鈍化膜。所以該電化學過程中，存在兩個時間常數。并且，曹楚南的電化學阻抗譜分析也認為，不銹鋼鈍化過程存在兩個時間常數，這與本實驗所測數據是一致的。而本實驗的電化學阻抗測試是在雙相不銹鋼自鈍化狀態下進行的，而雙相不銹鋼在自腐蝕電位下形成的表面鈍化膜是存在缺陷的，材料表面由于缺陷的存在而暴露于電解質溶液中，所以采用如圖5.11所示的等效電路（其中，R1為溶液電阻；R2為電荷轉移電阻；R3為鈍化膜電阻；Cdl為雙電層電容；Cf為鈍化膜膜電容）。
根據圖(tu)5.11的(de)等效(xiao)電路，利用軟件ZSimpWin進行(xing)阻抗(kang)的(de)擬合，得到(dao)如圖(tu)5.12所示的(de)電荷(he)轉移電阻曲線圖(tu)和(he)如圖(tu)5.13所示的(de)鈍化(hua)膜(mo)阻抗(kang)值(zhi)(zhi)曲線圖(tu)。電荷(he)轉移電阻阻抗(kang)值(zhi)(zhi)和(he)鈍化(hua)膜(mo)阻抗(kang)值(zhi)(zhi)如表5.4所列(lie)。
從圖(tu)5.12中可以(yi)看出，隨著3.5%NaCl溶液(ye)溫度的升高(gao)，不同固溶處(chu)理的雙相不銹鋼的電化(hua)學(xue)反應的電荷轉(zhuan)移電阻降低，電化(hua)學(xue)反應的阻力下(xia)降，電化(hua)學(xue)反應變快(kuai)。耐蝕性(xing)能(neng)下(xia)降。
從圖5.13中可以看出，隨著3.5%NaCl溶液溫度的升高，不同固溶處理的雙相不銹鋼的鈍化膜阻抗值下降，鈍化膜穩定性變差，雙相不銹鋼的耐點蝕性能下降。一方面，O2在溶液中的溶解度隨著溫度的升高而降低，當NaCI溶液的溫度升高時，溶液中含氧量降低，導致雙相不銹鋼表面鈍化膜形成所需的O元素下降，降低鈍化膜形成的可能性；另一方面，隨著溶液溫度的升高，鈍化膜的溶解速度升高，導致雙相不銹鋼的耐點蝕性能下降。
從(cong)表5.4中(zhong)可(ke)以(yi)看出；不(bu)(bu)銹鋼的電(dian)化學反應(ying)的電(dian)荷轉移電(dian)阻阻抗值遠小于不(bu)(bu)銹鋼的鈍化膜阻抗值，說(shuo)明雙相不(bu)(bu)銹鋼在0.5mol/L 3.5%NaCl溶液中(zhong)的耐蝕(shi)性主要是由其表面的鈍化膜的穩定性決(jue)定。
從圖5.12和圖5.13中可以(yi)看出(chu)(chu)，1050℃/30min固(gu)溶(rong)處(chu)理的(de)雙相不銹(xiu)鋼的(de)鈍化(hua)膜阻抗(kang)值和電荷轉(zhuan)移(yi)電阻阻抗(kang)值較(jiao)(jiao)高，說明(ming)1050℃/30min固(gu)溶(rong)處(chu)理的(de)試樣的(de)鈍化(hua)膜較(jiao)(jiao)穩(wen)(wen)定，電化(hua)學反應阻力較(jiao)(jiao)高，腐(fu)蝕速率較(jiao)(jiao)慢(man)，耐蝕性能較(jiao)(jiao)好(hao)。而950℃固(gu)溶(rong)處(chu)理的(de)試樣中存在(zai)(zai)較(jiao)(jiao)多σ相，降(jiang)低(di)(di)了表(biao)面的(de)鈍化(hua)膜的(de)穩(wen)(wen)定性，表(biao)現出(chu)(chu)較(jiao)(jiao)低(di)(di)的(de)鈍化(hua)膜阻抗(kang)值；同時在(zai)(zai)其(qi)周圍存在(zai)(zai)貧鉻(ge)區，加速了腐(fu)蝕，表(biao)現出(chu)(chu)較(jiao)(jiao)低(di)(di)的(de)電荷轉(zhuan)移(yi)電阻值。對于1150℃/30min 固(gu)溶(rong)處(chu)理的(de)試樣，其(qi)組織中含有過(guo)量(liang)的(de)鐵素體，導致耐點(dian)蝕當量(liang)降(jiang)低(di)(di)，點(dian)蝕電位較(jiao)(jiao)1050℃/30min固(gu)溶(rong)處(chu)理的(de)雙相不銹(xiu)鋼的(de)點(dian)蝕電位低(di)(di)。
以(yi)上結(jie)果(guo)表明(ming)，阻抗(kang)測試結(jie)果(guo)與極化曲線測試得到的(de)結(jie)果(guo)是(shi)一致的(de)，二者都說明(ming)1050℃/30min固溶處理的(de)試樣的(de)耐(nai)點蝕性能(neng)較好。
