1. 動電(dian)位極(ji)化曲線分析
不同固溶處理后的2205雙相(xiang)不銹鋼在不同溫度的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(shuang)相不銹鋼(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(dun)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(shi)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。
從圖5.8中可以(yi)看(kan)出，隨著(zhu)(zhu)3.5%NaCl溶(rong)液(ye)(ye)的(de)溫(wen)度(du)的(de)升(sheng)高(gao)，不(bu)(bu)同固(gu)溶(rong)處理(li)的(de)雙(shuang)相(xiang)不(bu)(bu)銹(xiu)鋼(gang)的(de)點蝕(shi)電(dian)位下降。并(bing)且可以(yi)看(kan)出，當溫(wen)度(du)從20℃升(sheng)高(gao)至45℃時(shi)，不(bu)(bu)同固(gu)溶(rong)處理(li)的(de)雙(shuang)相(xiang)不(bu)(bu)銹(xiu)鋼(gang)的(de)點蝕(shi)電(dian)位下降的(de)趨勢較為平緩(huan)；當3.5%NaCl溶(rong)液(ye)(ye)的(de)溫(wen)度(du)進一步(bu)升(sheng)高(gao)至60℃時(shi)，（950℃、1000℃、1100℃、1150℃)/30min固(gu)溶(rong)處理(li)的(de)雙(shuang)相(xiang)不(bu)(bu)銹(xiu)鋼(gang)的(de)點蝕(shi)電(dian)位急劇下降，而1050℃/30min固(gu)溶(rong)處理(li)的(de)雙(shuang)相(xiang)不(bu)(bu)銹(xiu)鋼(gang)的(de)點蝕(shi)電(dian)位下降趨勢依然平緩(huan)，這說明隨著(zhu)(zhu)溶(rong)液(ye)(ye)溫(wen)度(du)的(de)升(sheng)高(gao)，1050℃/30min 固(gu)溶(rong)處理(li)的(de)雙(shuang)相(xiang)不(bu)(bu)銹(xiu)鋼(gang)的(de)點蝕(shi)敏感性(xing)較低，且鈍(dun)化膜更加穩定。
從(cong)(cong)(cong)(cong)(cong)表5.3中也可(ke)以(yi)看出，對(dui)于(yu)950℃/30min固(gu)(gu)(gu)(gu)溶(rong)(rong)(rong)(rong)處(chu)理(li)的(de)(de)(de)雙相(xiang)不(bu)銹(xiu)鋼(gang)(gang)而(er)言，當(dang)3.5%NaCl溶(rong)(rong)(rong)(rong)液(ye)的(de)(de)(de)溫(wen)(wen)度(du)(du)從(cong)(cong)(cong)(cong)(cong)20℃升高(gao)至(zhi)(zhi)(zhi)60℃時(shi)，其(qi)點(dian)(dian)(dian)蝕(shi)(shi)(shi)電(dian)(dian)(dian)位(wei)從(cong)(cong)(cong)(cong)(cong)1.0784V下(xia)(xia)降(jiang)至(zhi)(zhi)(zhi)0.56967V,降(jiang)幅(fu)為(wei)0.50873V;對(dui)于(yu)1000℃/30min固(gu)(gu)(gu)(gu)溶(rong)(rong)(rong)(rong)處(chu)理(li)的(de)(de)(de)雙相(xiang)不(bu)銹(xiu)鋼(gang)(gang)而(er)言，當(dang)3.5%NaCl溶(rong)(rong)(rong)(rong)液(ye)的(de)(de)(de)溫(wen)(wen)度(du)(du)從(cong)(cong)(cong)(cong)(cong)20℃升高(gao)至(zhi)(zhi)(zhi)60℃時(shi)，其(qi)點(dian)(dian)(dian)蝕(shi)(shi)(shi)電(dian)(dian)(dian)位(wei)從(cong)(cong)(cong)(cong)(cong)1.084V下(xia)(xia)降(jiang)至(zhi)(zhi)(zhi)0.57095V,降(jiang)幅(fu)為(wei)0.51305V;對(dui)于(yu)1050℃/30min固(gu)(gu)(gu)(gu)溶(rong)(rong)(rong)(rong)處(chu)理(li)的(de)(de)(de)雙相(xiang)不(bu)銹(xiu)鋼(gang)(gang)而(er)言，當(dang)3.5%NaCI溶(rong)(rong)(rong)(rong)液(ye)的(de)(de)(de)溫(wen)(wen)度(du)(du)從(cong)(cong)(cong)(cong)(cong)20℃升高(gao)至(zhi)(zhi)(zhi)60℃時(shi)，其(qi)點(dian)(dian)(dian)蝕(shi)(shi)(shi)電(dian)(dian)(dian)位(wei)從(cong)(cong)(cong)(cong)(cong)1.1348V下(xia)(xia)降(jiang)至(zhi)(zhi)(zhi)0.89279V,降(jiang)幅(fu)為(wei)0.24171V;對(dui)于(yu)1100℃/30min 固(gu)(gu)(gu)(gu)溶(rong)(rong)(rong)(rong)處(chu)理(li)的(de)(de)(de)雙相(xiang)不(bu)銹(xiu)鋼(gang)(gang)而(er)言，當(dang)3.5%NaCl溶(rong)(rong)(rong)(rong)液(ye)的(de)(de)(de)溫(wen)(wen)度(du)(du)從(cong)(cong)(cong)(cong)(cong)20℃升高(gao)至(zhi)(zhi)(zhi)60℃時(shi)，其(qi)點(dian)(dian)(dian)蝕(shi)(shi)(shi)電(dian)(dian)(dian)位(wei)從(cong)(cong)(cong)(cong)(cong)1.1255V下(xia)(xia)降(jiang)至(zhi)(zhi)(zhi)0.49891V,降(jiang)幅(fu)為(wei)0.62659V;對(dui)于(yu)1150/30min℃固(gu)(gu)(gu)(gu)溶(rong)(rong)(rong)(rong)處(chu)理(li)的(de)(de)(de)雙相(xiang)不(bu)銹(xiu)鋼(gang)(gang)而(er)言，當(dang)3.5%NaCl溶(rong)(rong)(rong)(rong)液(ye)的(de)(de)(de)溫(wen)(wen)度(du)(du)從(cong)(cong)(cong)(cong)(cong)20℃升高(gao)至(zhi)(zhi)(zhi)60℃時(shi)，其(qi)點(dian)(dian)(dian)蝕(shi)(shi)(shi)電(dian)(dian)(dian)位(wei)從(cong)(cong)(cong)(cong)(cong)1.073V下(xia)(xia)降(jiang)至(zhi)(zhi)(zhi)0.65157V,降(jiang)幅(fu)為(wei)0.42143V.綜上所述(shu)可(ke)以(yi)看出，1050℃/30min固(gu)(gu)(gu)(gu)溶(rong)(rong)(rong)(rong)處(chu)理(li)的(de)(de)(de)雙相(xiang)不(bu)銹(xiu)鋼(gang)(gang)的(de)(de)(de)點(dian)(dian)(dian)蝕(shi)(shi)(shi)電(dian)(dian)(dian)位(wei)較高(gao)，以(yi)及點(dian)(dian)(dian)蝕(shi)(shi)(shi)電(dian)(dian)(dian)位(wei)隨著溶(rong)(rong)(rong)(rong)液(ye)溫(wen)(wen)度(du)(du)升高(gao)而(er)下(xia)(xia)降(jiang)的(de)(de)(de)幅(fu)值較低，說明其(qi)1050℃固(gu)(gu)(gu)(gu)溶(rong)(rong)(rong)(rong)處(chu)理(li)的(de)(de)(de)雙相(xiang)不(bu)銹(xiu)鋼(gang)(gang)的(de)(de)(de)點(dian)(dian)(dian)蝕(shi)(shi)(shi)敏感性(xing)較低。而(er)950℃/30min、1000℃/30min、1100℃/30min、1150℃/30min 固(gu)(gu)(gu)(gu)溶(rong)(rong)(rong)(rong)處(chu)理(li)的(de)(de)(de)不(bu)銹(xiu)鋼(gang)(gang)的(de)(de)(de)點(dian)(dian)(dian)蝕(shi)(shi)(shi)電(dian)(dian)(dian)位(wei)都比1050℃/30min固(gu)(gu)(gu)(gu)溶(rong)(rong)(rong)(rong)處(chu)理(li)的(de)(de)(de)不(bu)銹(xiu)鋼(gang)(gang)的(de)(de)(de)點(dian)(dian)(dian)蝕(shi)(shi)(shi)電(dian)(dian)(dian)位(wei)低，耐點(dian)(dian)(dian)蝕(shi)(shi)(shi)性(xing)能有所下(xia)(xia)降(jiang)。
1050℃/30min固溶(rong)處理的(de)2205雙相不(bu)銹(xiu)鋼(gang)在20℃3.5%NaCl溶(rong)液中(zhong)極化后的(de)點蝕形貌如圖5.9所示(shi)。圖中(zhong)淡色部(bu)分為(wei)奧(ao)氏體(ti)(ti)，深色部(bu)分為(wei)鐵素(su)體(ti)(ti)，黑色部(bu)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(shuang)相(xiang)不(bu)銹(xiu)鋼中(zhong)(zhong)含(han)(han)(han)有(you)較高(gao)含(han)(han)(han)量(liang)的(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)Cr和Mo,在(zai)(zai)氧化性(xing)(xing)介質中(zhong)(zhong)其表面會生(sheng)成(cheng)(cheng)一(yi)(yi)層鈍(dun)(dun)化膜保護基(ji)體(ti)(ti)。由于CI-對鈍(dun)(dun)化膜存(cun)(cun)在(zai)(zai)破壞性(xing)(xing)，甚至通(tong)過鈍(dun)(dun)化膜的(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)間隙，與基(ji)體(ti)(ti)金屬接觸，使(shi)得基(ji)體(ti)(ti)發生(sheng)溶解。鈍(dun)(dun)化膜的(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)穩(wen)定性(xing)(xing)能夠反(fan)映其對金屬的(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)保護程度(du)，而點(dian)蝕(shi)電(dian)位能夠反(fan)映鈍(dun)(dun)化膜的(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)穩(wen)定性(xing)(xing)。通(tong)常情況下，點(dian)蝕(shi)電(dian)位越高(gao)，金屬的(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)耐(nai)點(dian)蝕(shi)性(xing)(xing)能越好。由第3章(zhang)可(ke)知，當固溶處(chu)理的(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)溫(wen)度(du)為1050℃時，2205雙(shuang)相(xiang)不(bu)銹(xiu)鋼基(ji)體(ti)(ti)中(zhong)(zhong)的(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)鐵(tie)(tie)素(su)體(ti)(ti)的(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)含(han)(han)(han)量(liang)與奧氏體(ti)(ti)的(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)含(han)(han)(han)量(liang)之比(bi)約為1:1,且(qie)鐵(tie)(tie)素(su)體(ti)(ti)和奧氏體(ti)(ti)的(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)分(fen)布較均勻，Cr和Mo在(zai)(zai)鐵(tie)(tie)素(su)體(ti)(ti)中(zhong)(zhong)的(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)含(han)(han)(han)量(liang)分(fen)布和N在(zai)(zai)奧氏體(ti)(ti)中(zhong)(zhong)的(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)含(han)(han)(han)量(liang)分(fen)布較均勻，整體(ti)(ti)的(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)耐(nai)點(dian)蝕(shi)當量(liang)較高(gao)，表現出較好的(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)耐(nai)點(dian)蝕(shi)性(xing)(xing)能。當固溶處(chu)理的(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)溫(wen)度(du)為950℃時，大量(liang)的(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)σ相(xiang)會沿著鐵(tie)(tie)素(su)體(ti)(ti)－奧氏體(ti)(ti)晶界(jie)析出，而σ相(xiang)是(shi)一(yi)(yi)種硬脆相(xiang)，其周圍會存(cun)(cun)在(zai)(zai)貧鉻區，它的(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)存(cun)(cun)在(zai)(zai)顯著降(jiang)低材料(liao)的(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)力學性(xing)(xing)能和耐(nai)蝕(shi)性(xing)(xing)能，且(qie)σ相(xiang)的(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)析出使(shi)其存(cun)(cun)在(zai)(zai)區域(yu)的(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)鈍(dun)(dun)化膜薄弱，使(shi)得點(dian)蝕(shi)電(dian)位較低，點(dian)蝕(shi)更(geng)容易(yi)發生(sheng)。當固溶處(chu)理的(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)溫(wen)度(du)升高(gao)至1150℃時，基(ji)體(ti)(ti)中(zhong)(zhong)的(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)鐵(tie)(tie)素(su)體(ti)(ti)的(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)含(han)(han)(han)量(liang)百(bai)分(fen)比(bi)為59%,而奧氏體(ti)(ti)的(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)含(han)(han)(han)量(liang)百(bai)分(fen)比(bi)為41%,鐵(tie)(tie)素(su)體(ti)(ti)含(han)(han)(han)量(liang)過多，導致鐵(tie)(tie)素(su)體(ti)(ti)的(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)耐(nai)點(dian)蝕(shi)當量(liang)下降(jiang)，造(zao)成(cheng)(cheng)耐(nai)點(dian)蝕(shi)性(xing)(xing)能下降(jiang)。
2. 交流阻(zu)抗測(ce)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5.11的(de)等效電路，利(li)用軟(ruan)件ZSimpWin進行阻(zu)抗的(de)擬合(he)，得(de)到如圖5.12所(suo)示(shi)的(de)電荷轉移電阻(zu)曲線(xian)圖和如圖5.13所(suo)示(shi)的(de)鈍化(hua)膜(mo)(mo)阻(zu)抗值曲線(xian)圖。電荷轉移電阻(zu)阻(zu)抗值和鈍化(hua)膜(mo)(mo)阻(zu)抗值如表(biao)5.4所(suo)列。
從圖5.12中可以看(kan)出，隨著3.5%NaCl溶(rong)液(ye)溫度的(de)升(sheng)高(gao)，不同固溶(rong)處理(li)的(de)雙相不銹鋼的(de)電(dian)化學(xue)(xue)反應的(de)電(dian)荷轉移電(dian)阻(zu)降(jiang)低(di)，電(dian)化學(xue)(xue)反應的(de)阻(zu)力(li)下降(jiang)，電(dian)化學(xue)(xue)反應變快(kuai)。耐蝕性能下降(jiang)。
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。
從表(biao)5.4中(zhong)可(ke)以(yi)看出；不(bu)銹鋼的(de)電化學反應的(de)電荷轉移電阻(zu)阻(zu)抗(kang)(kang)值(zhi)(zhi)遠小(xiao)于不(bu)銹鋼的(de)鈍化膜(mo)阻(zu)抗(kang)(kang)值(zhi)(zhi)，說明雙相(xiang)不(bu)銹鋼在0.5mol/L 3.5%NaCl溶(rong)液中(zhong)的(de)耐蝕性主要是由其(qi)表(biao)面的(de)鈍化膜(mo)的(de)穩定性決(jue)定。
從圖5.12和(he)圖5.13中(zhong)可以(yi)看出(chu)，1050℃/30min固(gu)溶(rong)處理(li)的(de)雙相(xiang)不(bu)銹(xiu)鋼的(de)鈍化膜阻抗值(zhi)和(he)電(dian)(dian)(dian)荷轉(zhuan)移電(dian)(dian)(dian)阻阻抗值(zhi)較(jiao)高，說明(ming)1050℃/30min固(gu)溶(rong)處理(li)的(de)試樣(yang)的(de)鈍化膜較(jiao)穩(wen)定(ding)，電(dian)(dian)(dian)化學反應阻力(li)較(jiao)高，腐蝕(shi)(shi)速(su)率較(jiao)慢，耐蝕(shi)(shi)性能較(jiao)好(hao)。而950℃固(gu)溶(rong)處理(li)的(de)試樣(yang)中(zhong)存在(zai)(zai)較(jiao)多(duo)σ相(xiang)，降低(di)了表面(mian)的(de)鈍化膜的(de)穩(wen)定(ding)性，表現(xian)出(chu)較(jiao)低(di)的(de)鈍化膜阻抗值(zhi)；同時在(zai)(zai)其周圍存在(zai)(zai)貧鉻(ge)區，加速(su)了腐蝕(shi)(shi)，表現(xian)出(chu)較(jiao)低(di)的(de)電(dian)(dian)(dian)荷轉(zhuan)移電(dian)(dian)(dian)阻值(zhi)。對于1150℃/30min 固(gu)溶(rong)處理(li)的(de)試樣(yang)，其組織(zhi)中(zhong)含有過量(liang)的(de)鐵素體，導致耐點(dian)蝕(shi)(shi)當量(liang)降低(di)，點(dian)蝕(shi)(shi)電(dian)(dian)(dian)位(wei)較(jiao)1050℃/30min固(gu)溶(rong)處理(li)的(de)雙相(xiang)不(bu)銹(xiu)鋼的(de)點(dian)蝕(shi)(shi)電(dian)(dian)(dian)位(wei)低(di)。
以上結果(guo)表明，阻抗測試結果(guo)與極化曲線(xian)測試得(de)到的(de)結果(guo)是一致的(de)，二者都說明1050℃/30min固(gu)溶處理的(de)試樣的(de)耐(nai)點蝕性(xing)能(neng)較好。
