1. 動電位極化曲線分析(xi)
不同固溶處理后的2205雙相不銹鋼(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 固溶處理的雙相不銹(xiu)鋼的鈍化范圍與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(hua)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(cong)圖5.8中可以(yi)看(kan)出，隨(sui)著(zhu)3.5%NaCl溶(rong)(rong)液(ye)的(de)(de)溫度的(de)(de)升(sheng)高(gao)(gao)，不(bu)同固(gu)(gu)溶(rong)(rong)處(chu)(chu)理(li)的(de)(de)雙(shuang)相(xiang)不(bu)銹(xiu)鋼(gang)的(de)(de)點蝕(shi)(shi)電(dian)位下降。并且可以(yi)看(kan)出，當溫度從(cong)20℃升(sheng)高(gao)(gao)至(zhi)45℃時，不(bu)同固(gu)(gu)溶(rong)(rong)處(chu)(chu)理(li)的(de)(de)雙(shuang)相(xiang)不(bu)銹(xiu)鋼(gang)的(de)(de)點蝕(shi)(shi)電(dian)位下降的(de)(de)趨勢較為平緩；當3.5%NaCl溶(rong)(rong)液(ye)的(de)(de)溫度進一(yi)步升(sheng)高(gao)(gao)至(zhi)60℃時，（950℃、1000℃、1100℃、1150℃)/30min固(gu)(gu)溶(rong)(rong)處(chu)(chu)理(li)的(de)(de)雙(shuang)相(xiang)不(bu)銹(xiu)鋼(gang)的(de)(de)點蝕(shi)(shi)電(dian)位急劇下降，而1050℃/30min固(gu)(gu)溶(rong)(rong)處(chu)(chu)理(li)的(de)(de)雙(shuang)相(xiang)不(bu)銹(xiu)鋼(gang)的(de)(de)點蝕(shi)(shi)電(dian)位下降趨勢依(yi)然平緩，這(zhe)說明隨(sui)著(zhu)溶(rong)(rong)液(ye)溫度的(de)(de)升(sheng)高(gao)(gao)，1050℃/30min 固(gu)(gu)溶(rong)(rong)處(chu)(chu)理(li)的(de)(de)雙(shuang)相(xiang)不(bu)銹(xiu)鋼(gang)的(de)(de)點蝕(shi)(shi)敏感性較低，且鈍化(hua)膜更加(jia)穩定。
從(cong)表5.3中也可(ke)以(yi)看(kan)出(chu)，對(dui)(dui)于(yu)950℃/30min固(gu)(gu)溶(rong)處(chu)理(li)的(de)(de)(de)雙(shuang)相(xiang)(xiang)不銹(xiu)鋼而(er)言(yan)，當3.5%NaCl溶(rong)液(ye)(ye)的(de)(de)(de)溫(wen)度(du)(du)從(cong)20℃升(sheng)(sheng)高(gao)至(zhi)(zhi)(zhi)60℃時，其(qi)點(dian)(dian)蝕(shi)電(dian)(dian)位(wei)(wei)(wei)(wei)從(cong)1.0784V下(xia)(xia)(xia)降(jiang)(jiang)至(zhi)(zhi)(zhi)0.56967V,降(jiang)(jiang)幅(fu)(fu)為0.50873V;對(dui)(dui)于(yu)1000℃/30min固(gu)(gu)溶(rong)處(chu)理(li)的(de)(de)(de)雙(shuang)相(xiang)(xiang)不銹(xiu)鋼而(er)言(yan)，當3.5%NaCl溶(rong)液(ye)(ye)的(de)(de)(de)溫(wen)度(du)(du)從(cong)20℃升(sheng)(sheng)高(gao)至(zhi)(zhi)(zhi)60℃時，其(qi)點(dian)(dian)蝕(shi)電(dian)(dian)位(wei)(wei)(wei)(wei)從(cong)1.084V下(xia)(xia)(xia)降(jiang)(jiang)至(zhi)(zhi)(zhi)0.57095V,降(jiang)(jiang)幅(fu)(fu)為0.51305V;對(dui)(dui)于(yu)1050℃/30min固(gu)(gu)溶(rong)處(chu)理(li)的(de)(de)(de)雙(shuang)相(xiang)(xiang)不銹(xiu)鋼而(er)言(yan)，當3.5%NaCI溶(rong)液(ye)(ye)的(de)(de)(de)溫(wen)度(du)(du)從(cong)20℃升(sheng)(sheng)高(gao)至(zhi)(zhi)(zhi)60℃時，其(qi)點(dian)(dian)蝕(shi)電(dian)(dian)位(wei)(wei)(wei)(wei)從(cong)1.1348V下(xia)(xia)(xia)降(jiang)(jiang)至(zhi)(zhi)(zhi)0.89279V,降(jiang)(jiang)幅(fu)(fu)為0.24171V;對(dui)(dui)于(yu)1100℃/30min 固(gu)(gu)溶(rong)處(chu)理(li)的(de)(de)(de)雙(shuang)相(xiang)(xiang)不銹(xiu)鋼而(er)言(yan)，當3.5%NaCl溶(rong)液(ye)(ye)的(de)(de)(de)溫(wen)度(du)(du)從(cong)20℃升(sheng)(sheng)高(gao)至(zhi)(zhi)(zhi)60℃時，其(qi)點(dian)(dian)蝕(shi)電(dian)(dian)位(wei)(wei)(wei)(wei)從(cong)1.1255V下(xia)(xia)(xia)降(jiang)(jiang)至(zhi)(zhi)(zhi)0.49891V,降(jiang)(jiang)幅(fu)(fu)為0.62659V;對(dui)(dui)于(yu)1150/30min℃固(gu)(gu)溶(rong)處(chu)理(li)的(de)(de)(de)雙(shuang)相(xiang)(xiang)不銹(xiu)鋼而(er)言(yan)，當3.5%NaCl溶(rong)液(ye)(ye)的(de)(de)(de)溫(wen)度(du)(du)從(cong)20℃升(sheng)(sheng)高(gao)至(zhi)(zhi)(zhi)60℃時，其(qi)點(dian)(dian)蝕(shi)電(dian)(dian)位(wei)(wei)(wei)(wei)從(cong)1.073V下(xia)(xia)(xia)降(jiang)(jiang)至(zhi)(zhi)(zhi)0.65157V,降(jiang)(jiang)幅(fu)(fu)為0.42143V.綜(zong)上所述可(ke)以(yi)看(kan)出(chu)，1050℃/30min固(gu)(gu)溶(rong)處(chu)理(li)的(de)(de)(de)雙(shuang)相(xiang)(xiang)不銹(xiu)鋼的(de)(de)(de)點(dian)(dian)蝕(shi)電(dian)(dian)位(wei)(wei)(wei)(wei)較(jiao)高(gao)，以(yi)及(ji)點(dian)(dian)蝕(shi)電(dian)(dian)位(wei)(wei)(wei)(wei)隨(sui)著溶(rong)液(ye)(ye)溫(wen)度(du)(du)升(sheng)(sheng)高(gao)而(er)下(xia)(xia)(xia)降(jiang)(jiang)的(de)(de)(de)幅(fu)(fu)值(zhi)較(jiao)低(di)，說明其(qi)1050℃固(gu)(gu)溶(rong)處(chu)理(li)的(de)(de)(de)雙(shuang)相(xiang)(xiang)不銹(xiu)鋼的(de)(de)(de)點(dian)(dian)蝕(shi)敏感性較(jiao)低(di)。而(er)950℃/30min、1000℃/30min、1100℃/30min、1150℃/30min 固(gu)(gu)溶(rong)處(chu)理(li)的(de)(de)(de)不銹(xiu)鋼的(de)(de)(de)點(dian)(dian)蝕(shi)電(dian)(dian)位(wei)(wei)(wei)(wei)都比1050℃/30min固(gu)(gu)溶(rong)處(chu)理(li)的(de)(de)(de)不銹(xiu)鋼的(de)(de)(de)點(dian)(dian)蝕(shi)電(dian)(dian)位(wei)(wei)(wei)(wei)低(di)，耐點(dian)(dian)蝕(shi)性能(neng)有(you)所下(xia)(xia)(xia)降(jiang)(jiang)。
1050℃/30min固溶處理的2205雙相不銹鋼(gang)在20℃3.5%NaCl溶液中(zhong)極化后(hou)的點蝕形貌如圖5.9所示。圖中(zhong)淡色部分為(wei)(wei)奧氏體(ti)(ti)，深色部分為(wei)(wei)鐵(tie)素體(ti)(ti)，黑色部分為(wei)(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。
雙相不銹(xiu)鋼中含(han)(han)(han)有較(jiao)高含(han)(han)(han)量(liang)(liang)(liang)(liang)的(de)(de)(de)(de)(de)(de)Cr和(he)Mo,在(zai)氧化(hua)(hua)(hua)性(xing)(xing)介質中其表面會(hui)生成(cheng)(cheng)一(yi)層鈍(dun)(dun)(dun)化(hua)(hua)(hua)膜(mo)保護(hu)基(ji)(ji)體(ti)。由于CI-對鈍(dun)(dun)(dun)化(hua)(hua)(hua)膜(mo)存(cun)(cun)(cun)在(zai)破壞性(xing)(xing)，甚至通過鈍(dun)(dun)(dun)化(hua)(hua)(hua)膜(mo)的(de)(de)(de)(de)(de)(de)間隙，與(yu)基(ji)(ji)體(ti)金屬(shu)接觸，使得基(ji)(ji)體(ti)發(fa)(fa)生溶(rong)解。鈍(dun)(dun)(dun)化(hua)(hua)(hua)膜(mo)的(de)(de)(de)(de)(de)(de)穩(wen)(wen)定性(xing)(xing)能夠(gou)(gou)反映(ying)其對金屬(shu)的(de)(de)(de)(de)(de)(de)保護(hu)程(cheng)度，而點(dian)(dian)(dian)蝕(shi)(shi)電(dian)位(wei)能夠(gou)(gou)反映(ying)鈍(dun)(dun)(dun)化(hua)(hua)(hua)膜(mo)的(de)(de)(de)(de)(de)(de)穩(wen)(wen)定性(xing)(xing)。通常情況下(xia)，點(dian)(dian)(dian)蝕(shi)(shi)電(dian)位(wei)越高，金屬(shu)的(de)(de)(de)(de)(de)(de)耐點(dian)(dian)(dian)蝕(shi)(shi)性(xing)(xing)能越好。由第3章可知，當(dang)(dang)(dang)固(gu)溶(rong)處(chu)理的(de)(de)(de)(de)(de)(de)溫度為(wei)1050℃時，2205雙相不銹(xiu)鋼基(ji)(ji)體(ti)中的(de)(de)(de)(de)(de)(de)鐵素(su)體(ti)的(de)(de)(de)(de)(de)(de)含(han)(han)(han)量(liang)(liang)(liang)(liang)與(yu)奧(ao)氏(shi)體(ti)的(de)(de)(de)(de)(de)(de)含(han)(han)(han)量(liang)(liang)(liang)(liang)之比約(yue)為(wei)1:1,且鐵素(su)體(ti)和(he)奧(ao)氏(shi)體(ti)的(de)(de)(de)(de)(de)(de)分(fen)(fen)布(bu)較(jiao)均勻，Cr和(he)Mo在(zai)鐵素(su)體(ti)中的(de)(de)(de)(de)(de)(de)含(han)(han)(han)量(liang)(liang)(liang)(liang)分(fen)(fen)布(bu)和(he)N在(zai)奧(ao)氏(shi)體(ti)中的(de)(de)(de)(de)(de)(de)含(han)(han)(han)量(liang)(liang)(liang)(liang)分(fen)(fen)布(bu)較(jiao)均勻，整體(ti)的(de)(de)(de)(de)(de)(de)耐點(dian)(dian)(dian)蝕(shi)(shi)當(dang)(dang)(dang)量(liang)(liang)(liang)(liang)較(jiao)高，表現出較(jiao)好的(de)(de)(de)(de)(de)(de)耐點(dian)(dian)(dian)蝕(shi)(shi)性(xing)(xing)能。當(dang)(dang)(dang)固(gu)溶(rong)處(chu)理的(de)(de)(de)(de)(de)(de)溫度為(wei)950℃時，大(da)量(liang)(liang)(liang)(liang)的(de)(de)(de)(de)(de)(de)σ相會(hui)沿著鐵素(su)體(ti)－奧(ao)氏(shi)體(ti)晶(jing)界析(xi)出，而σ相是一(yi)種硬(ying)脆相，其周圍會(hui)存(cun)(cun)(cun)在(zai)貧鉻區，它的(de)(de)(de)(de)(de)(de)存(cun)(cun)(cun)在(zai)顯著降低材料的(de)(de)(de)(de)(de)(de)力學(xue)性(xing)(xing)能和(he)耐蝕(shi)(shi)性(xing)(xing)能，且σ相的(de)(de)(de)(de)(de)(de)析(xi)出使其存(cun)(cun)(cun)在(zai)區域的(de)(de)(de)(de)(de)(de)鈍(dun)(dun)(dun)化(hua)(hua)(hua)膜(mo)薄弱(ruo)，使得點(dian)(dian)(dian)蝕(shi)(shi)電(dian)位(wei)較(jiao)低，點(dian)(dian)(dian)蝕(shi)(shi)更(geng)容易(yi)發(fa)(fa)生。當(dang)(dang)(dang)固(gu)溶(rong)處(chu)理的(de)(de)(de)(de)(de)(de)溫度升高至1150℃時，基(ji)(ji)體(ti)中的(de)(de)(de)(de)(de)(de)鐵素(su)體(ti)的(de)(de)(de)(de)(de)(de)含(han)(han)(han)量(liang)(liang)(liang)(liang)百(bai)分(fen)(fen)比為(wei)59%,而奧(ao)氏(shi)體(ti)的(de)(de)(de)(de)(de)(de)含(han)(han)(han)量(liang)(liang)(liang)(liang)百(bai)分(fen)(fen)比為(wei)41%,鐵素(su)體(ti)含(han)(han)(han)量(liang)(liang)(liang)(liang)過多，導致鐵素(su)體(ti)的(de)(de)(de)(de)(de)(de)耐點(dian)(dian)(dian)蝕(shi)(shi)當(dang)(dang)(dang)量(liang)(liang)(liang)(liang)下(xia)降，造成(cheng)(cheng)耐點(dian)(dian)(dian)蝕(shi)(shi)性(xing)(xing)能下(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)(tu)(tu)5.11的等效電(dian)(dian)(dian)路(lu)，利用軟件ZSimpWin進行阻(zu)抗的擬合，得到如(ru)圖(tu)(tu)(tu)5.12所(suo)(suo)示的電(dian)(dian)(dian)荷轉移(yi)電(dian)(dian)(dian)阻(zu)曲(qu)線(xian)圖(tu)(tu)(tu)和(he)如(ru)圖(tu)(tu)(tu)5.13所(suo)(suo)示的鈍化膜(mo)阻(zu)抗值(zhi)曲(qu)線(xian)圖(tu)(tu)(tu)。電(dian)(dian)(dian)荷轉移(yi)電(dian)(dian)(dian)阻(zu)阻(zu)抗值(zhi)和(he)鈍化膜(mo)阻(zu)抗值(zhi)如(ru)表5.4所(suo)(suo)列。
從圖5.12中可(ke)以看出，隨著(zhu)3.5%NaCl溶液溫度的(de)升高(gao)，不(bu)同固溶處理的(de)雙(shuang)相不(bu)銹(xiu)鋼的(de)電(dian)化學(xue)(xue)反應(ying)的(de)電(dian)荷轉移電(dian)阻(zu)(zu)降低，電(dian)化學(xue)(xue)反應(ying)的(de)阻(zu)(zu)力下降，電(dian)化學(xue)(xue)反應(ying)變快(kuai)。耐蝕性能下降。
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。
從表(biao)5.4中可以看出(chu)；不(bu)(bu)銹鋼(gang)的(de)電化學反應(ying)的(de)電荷轉移電阻(zu)阻(zu)抗值遠(yuan)小(xiao)于不(bu)(bu)銹鋼(gang)的(de)鈍化膜阻(zu)抗值，說明雙相不(bu)(bu)銹鋼(gang)在0.5mol/L 3.5%NaCl溶液中的(de)耐(nai)蝕性主要是由其表(biao)面的(de)鈍化膜的(de)穩定性決定。
從圖5.12和(he)圖5.13中可以看出，1050℃/30min固(gu)溶(rong)(rong)(rong)處理(li)(li)的雙相不銹鋼(gang)的鈍(dun)化膜阻(zu)抗值(zhi)和(he)電(dian)(dian)(dian)荷(he)轉(zhuan)移(yi)電(dian)(dian)(dian)阻(zu)阻(zu)抗值(zhi)較(jiao)高(gao)，說明1050℃/30min固(gu)溶(rong)(rong)(rong)處理(li)(li)的試(shi)樣(yang)的鈍(dun)化膜較(jiao)穩(wen)定(ding)，電(dian)(dian)(dian)化學反應阻(zu)力較(jiao)高(gao)，腐(fu)蝕(shi)速率較(jiao)慢，耐(nai)蝕(shi)性能較(jiao)好。而950℃固(gu)溶(rong)(rong)(rong)處理(li)(li)的試(shi)樣(yang)中存(cun)在較(jiao)多σ相，降低(di)(di)了(le)表面的鈍(dun)化膜的穩(wen)定(ding)性，表現出較(jiao)低(di)(di)的鈍(dun)化膜阻(zu)抗值(zhi)；同(tong)時在其(qi)周圍(wei)存(cun)在貧鉻區，加速了(le)腐(fu)蝕(shi)，表現出較(jiao)低(di)(di)的電(dian)(dian)(dian)荷(he)轉(zhuan)移(yi)電(dian)(dian)(dian)阻(zu)值(zhi)。對于1150℃/30min 固(gu)溶(rong)(rong)(rong)處理(li)(li)的試(shi)樣(yang)，其(qi)組織中含有過量的鐵素體(ti)，導致耐(nai)點蝕(shi)當量降低(di)(di)，點蝕(shi)電(dian)(dian)(dian)位較(jiao)1050℃/30min固(gu)溶(rong)(rong)(rong)處理(li)(li)的雙相不銹鋼(gang)的點蝕(shi)電(dian)(dian)(dian)位低(di)(di)。
以上結果表(biao)明，阻抗測試(shi)結果與極化(hua)曲線測試(shi)得到的結果是一(yi)致(zhi)的，二者(zhe)都說明1050℃/30min固溶處理的試(shi)樣(yang)的耐點蝕性能較好。
