1. 動(dong)電位極化曲線分析(xi)
不同固溶處理后的2205雙(shuang)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。
從圖5.8中可(ke)以看(kan)出，隨著3.5%NaCl溶(rong)(rong)(rong)液(ye)的(de)(de)溫(wen)度(du)的(de)(de)升(sheng)高，不(bu)同(tong)固(gu)(gu)(gu)溶(rong)(rong)(rong)處(chu)理的(de)(de)雙(shuang)相不(bu)銹(xiu)(xiu)鋼(gang)的(de)(de)點(dian)(dian)蝕電位(wei)下降(jiang)。并且可(ke)以看(kan)出，當(dang)溫(wen)度(du)從20℃升(sheng)高至45℃時，不(bu)同(tong)固(gu)(gu)(gu)溶(rong)(rong)(rong)處(chu)理的(de)(de)雙(shuang)相不(bu)銹(xiu)(xiu)鋼(gang)的(de)(de)點(dian)(dian)蝕電位(wei)下降(jiang)的(de)(de)趨(qu)勢較為(wei)平(ping)緩；當(dang)3.5%NaCl溶(rong)(rong)(rong)液(ye)的(de)(de)溫(wen)度(du)進一步升(sheng)高至60℃時，（950℃、1000℃、1100℃、1150℃)/30min固(gu)(gu)(gu)溶(rong)(rong)(rong)處(chu)理的(de)(de)雙(shuang)相不(bu)銹(xiu)(xiu)鋼(gang)的(de)(de)點(dian)(dian)蝕電位(wei)急劇(ju)下降(jiang)，而1050℃/30min固(gu)(gu)(gu)溶(rong)(rong)(rong)處(chu)理的(de)(de)雙(shuang)相不(bu)銹(xiu)(xiu)鋼(gang)的(de)(de)點(dian)(dian)蝕電位(wei)下降(jiang)趨(qu)勢依然平(ping)緩，這(zhe)說明隨著溶(rong)(rong)(rong)液(ye)溫(wen)度(du)的(de)(de)升(sheng)高，1050℃/30min 固(gu)(gu)(gu)溶(rong)(rong)(rong)處(chu)理的(de)(de)雙(shuang)相不(bu)銹(xiu)(xiu)鋼(gang)的(de)(de)點(dian)(dian)蝕敏(min)感性較低(di)，且鈍(dun)化(hua)膜更加穩定(ding)。
從(cong)(cong)表5.3中(zhong)也可以(yi)看出，對于(yu)950℃/30min固(gu)溶(rong)(rong)處(chu)理(li)(li)的(de)(de)(de)(de)(de)(de)雙(shuang)(shuang)(shuang)相(xiang)不(bu)銹(xiu)鋼(gang)(gang)而言，當(dang)3.5%NaCl溶(rong)(rong)液的(de)(de)(de)(de)(de)(de)溫(wen)度(du)(du)從(cong)(cong)20℃升(sheng)(sheng)高至(zhi)(zhi)60℃時(shi)(shi)，其(qi)點(dian)(dian)(dian)蝕(shi)(shi)(shi)電(dian)(dian)(dian)位(wei)從(cong)(cong)1.0784V下(xia)降(jiang)(jiang)(jiang)(jiang)至(zhi)(zhi)0.56967V,降(jiang)(jiang)(jiang)(jiang)幅為(wei)0.50873V;對于(yu)1000℃/30min固(gu)溶(rong)(rong)處(chu)理(li)(li)的(de)(de)(de)(de)(de)(de)雙(shuang)(shuang)(shuang)相(xiang)不(bu)銹(xiu)鋼(gang)(gang)而言，當(dang)3.5%NaCl溶(rong)(rong)液的(de)(de)(de)(de)(de)(de)溫(wen)度(du)(du)從(cong)(cong)20℃升(sheng)(sheng)高至(zhi)(zhi)60℃時(shi)(shi)，其(qi)點(dian)(dian)(dian)蝕(shi)(shi)(shi)電(dian)(dian)(dian)位(wei)從(cong)(cong)1.084V下(xia)降(jiang)(jiang)(jiang)(jiang)至(zhi)(zhi)0.57095V,降(jiang)(jiang)(jiang)(jiang)幅為(wei)0.51305V;對于(yu)1050℃/30min固(gu)溶(rong)(rong)處(chu)理(li)(li)的(de)(de)(de)(de)(de)(de)雙(shuang)(shuang)(shuang)相(xiang)不(bu)銹(xiu)鋼(gang)(gang)而言，當(dang)3.5%NaCI溶(rong)(rong)液的(de)(de)(de)(de)(de)(de)溫(wen)度(du)(du)從(cong)(cong)20℃升(sheng)(sheng)高至(zhi)(zhi)60℃時(shi)(shi)，其(qi)點(dian)(dian)(dian)蝕(shi)(shi)(shi)電(dian)(dian)(dian)位(wei)從(cong)(cong)1.1348V下(xia)降(jiang)(jiang)(jiang)(jiang)至(zhi)(zhi)0.89279V,降(jiang)(jiang)(jiang)(jiang)幅為(wei)0.24171V;對于(yu)1100℃/30min 固(gu)溶(rong)(rong)處(chu)理(li)(li)的(de)(de)(de)(de)(de)(de)雙(shuang)(shuang)(shuang)相(xiang)不(bu)銹(xiu)鋼(gang)(gang)而言，當(dang)3.5%NaCl溶(rong)(rong)液的(de)(de)(de)(de)(de)(de)溫(wen)度(du)(du)從(cong)(cong)20℃升(sheng)(sheng)高至(zhi)(zhi)60℃時(shi)(shi)，其(qi)點(dian)(dian)(dian)蝕(shi)(shi)(shi)電(dian)(dian)(dian)位(wei)從(cong)(cong)1.1255V下(xia)降(jiang)(jiang)(jiang)(jiang)至(zhi)(zhi)0.49891V,降(jiang)(jiang)(jiang)(jiang)幅為(wei)0.62659V;對于(yu)1150/30min℃固(gu)溶(rong)(rong)處(chu)理(li)(li)的(de)(de)(de)(de)(de)(de)雙(shuang)(shuang)(shuang)相(xiang)不(bu)銹(xiu)鋼(gang)(gang)而言，當(dang)3.5%NaCl溶(rong)(rong)液的(de)(de)(de)(de)(de)(de)溫(wen)度(du)(du)從(cong)(cong)20℃升(sheng)(sheng)高至(zhi)(zhi)60℃時(shi)(shi)，其(qi)點(dian)(dian)(dian)蝕(shi)(shi)(shi)電(dian)(dian)(dian)位(wei)從(cong)(cong)1.073V下(xia)降(jiang)(jiang)(jiang)(jiang)至(zhi)(zhi)0.65157V,降(jiang)(jiang)(jiang)(jiang)幅為(wei)0.42143V.綜上(shang)所(suo)述可以(yi)看出，1050℃/30min固(gu)溶(rong)(rong)處(chu)理(li)(li)的(de)(de)(de)(de)(de)(de)雙(shuang)(shuang)(shuang)相(xiang)不(bu)銹(xiu)鋼(gang)(gang)的(de)(de)(de)(de)(de)(de)點(dian)(dian)(dian)蝕(shi)(shi)(shi)電(dian)(dian)(dian)位(wei)較(jiao)高，以(yi)及點(dian)(dian)(dian)蝕(shi)(shi)(shi)電(dian)(dian)(dian)位(wei)隨著溶(rong)(rong)液溫(wen)度(du)(du)升(sheng)(sheng)高而下(xia)降(jiang)(jiang)(jiang)(jiang)的(de)(de)(de)(de)(de)(de)幅值較(jiao)低，說明其(qi)1050℃固(gu)溶(rong)(rong)處(chu)理(li)(li)的(de)(de)(de)(de)(de)(de)雙(shuang)(shuang)(shuang)相(xiang)不(bu)銹(xiu)鋼(gang)(gang)的(de)(de)(de)(de)(de)(de)點(dian)(dian)(dian)蝕(shi)(shi)(shi)敏感性較(jiao)低。而950℃/30min、1000℃/30min、1100℃/30min、1150℃/30min 固(gu)溶(rong)(rong)處(chu)理(li)(li)的(de)(de)(de)(de)(de)(de)不(bu)銹(xiu)鋼(gang)(gang)的(de)(de)(de)(de)(de)(de)點(dian)(dian)(dian)蝕(shi)(shi)(shi)電(dian)(dian)(dian)位(wei)都(dou)比1050℃/30min固(gu)溶(rong)(rong)處(chu)理(li)(li)的(de)(de)(de)(de)(de)(de)不(bu)銹(xiu)鋼(gang)(gang)的(de)(de)(de)(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)性能有所(suo)下(xia)降(jiang)(jiang)(jiang)(jiang)。
1050℃/30min固溶處理的(de)2205雙相(xiang)不銹鋼在20℃3.5%NaCl溶液中極化后的(de)點蝕形(xing)貌如(ru)圖5.9所示。圖中淡色(se)部(bu)分(fen)為(wei)奧氏體，深(shen)色(se)部(bu)分(fen)為(wei)鐵素體，黑色(se)部(bu)分(fen)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)不(bu)銹(xiu)鋼中(zhong)含(han)(han)有較(jiao)高(gao)含(han)(han)量(liang)(liang)(liang)的(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)Cr和Mo,在(zai)氧化(hua)(hua)性介質中(zhong)其(qi)表(biao)面會生成一層(ceng)鈍(dun)化(hua)(hua)膜(mo)(mo)(mo)保護(hu)基(ji)(ji)體(ti)(ti)(ti)(ti)。由于CI-對鈍(dun)化(hua)(hua)膜(mo)(mo)(mo)存在(zai)破壞性，甚(shen)至通過鈍(dun)化(hua)(hua)膜(mo)(mo)(mo)的(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)間(jian)隙，與基(ji)(ji)體(ti)(ti)(ti)(ti)金屬接觸，使(shi)得基(ji)(ji)體(ti)(ti)(ti)(ti)發(fa)生溶(rong)(rong)解(jie)。鈍(dun)化(hua)(hua)膜(mo)(mo)(mo)的(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)穩定性能(neng)(neng)夠反映其(qi)對金屬的(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)保護(hu)程度，而(er)(er)點(dian)(dian)(dian)蝕(shi)(shi)電(dian)位(wei)能(neng)(neng)夠反映鈍(dun)化(hua)(hua)膜(mo)(mo)(mo)的(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)穩定性。通常(chang)情況下，點(dian)(dian)(dian)蝕(shi)(shi)電(dian)位(wei)越(yue)高(gao)，金屬的(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)耐點(dian)(dian)(dian)蝕(shi)(shi)性能(neng)(neng)越(yue)好(hao)。由第3章可知，當固溶(rong)(rong)處(chu)理(li)的(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)溫度為(wei)(wei)1050℃時(shi)(shi)，2205雙相(xiang)不(bu)銹(xiu)鋼基(ji)(ji)體(ti)(ti)(ti)(ti)中(zhong)的(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)鐵(tie)素體(ti)(ti)(ti)(ti)的(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)含(han)(han)量(liang)(liang)(liang)與奧氏體(ti)(ti)(ti)(ti)的(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)含(han)(han)量(liang)(liang)(liang)之比(bi)(bi)約為(wei)(wei)1:1,且(qie)鐵(tie)素體(ti)(ti)(ti)(ti)和奧氏體(ti)(ti)(ti)(ti)的(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)分(fen)布較(jiao)均勻(yun)，Cr和Mo在(zai)鐵(tie)素體(ti)(ti)(ti)(ti)中(zhong)的(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)含(han)(han)量(liang)(liang)(liang)分(fen)布和N在(zai)奧氏體(ti)(ti)(ti)(ti)中(zhong)的(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)含(han)(han)量(liang)(liang)(liang)分(fen)布較(jiao)均勻(yun)，整體(ti)(ti)(ti)(ti)的(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)耐點(dian)(dian)(dian)蝕(shi)(shi)當量(liang)(liang)(liang)較(jiao)高(gao)，表(biao)現出(chu)較(jiao)好(hao)的(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)耐點(dian)(dian)(dian)蝕(shi)(shi)性能(neng)(neng)。當固溶(rong)(rong)處(chu)理(li)的(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)溫度為(wei)(wei)950℃時(shi)(shi)，大量(liang)(liang)(liang)的(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)σ相(xiang)會沿著(zhu)鐵(tie)素體(ti)(ti)(ti)(ti)－奧氏體(ti)(ti)(ti)(ti)晶界析(xi)出(chu)，而(er)(er)σ相(xiang)是一種(zhong)硬(ying)脆相(xiang)，其(qi)周圍會存在(zai)貧(pin)鉻區，它的(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)存在(zai)顯著(zhu)降低材料的(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)力學(xue)性能(neng)(neng)和耐蝕(shi)(shi)性能(neng)(neng)，且(qie)σ相(xiang)的(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)析(xi)出(chu)使(shi)其(qi)存在(zai)區域的(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)鈍(dun)化(hua)(hua)膜(mo)(mo)(mo)薄(bo)弱，使(shi)得點(dian)(dian)(dian)蝕(shi)(shi)電(dian)位(wei)較(jiao)低，點(dian)(dian)(dian)蝕(shi)(shi)更容易發(fa)生。當固溶(rong)(rong)處(chu)理(li)的(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)溫度升高(gao)至1150℃時(shi)(shi)，基(ji)(ji)體(ti)(ti)(ti)(ti)中(zhong)的(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)鐵(tie)素體(ti)(ti)(ti)(ti)的(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)含(han)(han)量(liang)(liang)(liang)百(bai)分(fen)比(bi)(bi)為(wei)(wei)59%,而(er)(er)奧氏體(ti)(ti)(ti)(ti)的(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)含(han)(han)量(liang)(liang)(liang)百(bai)分(fen)比(bi)(bi)為(wei)(wei)41%,鐵(tie)素體(ti)(ti)(ti)(ti)含(han)(han)量(liang)(liang)(liang)過多，導致(zhi)鐵(tie)素體(ti)(ti)(ti)(ti)的(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)耐點(dian)(dian)(dian)蝕(shi)(shi)當量(liang)(liang)(liang)下降，造成耐點(dian)(dian)(dian)蝕(shi)(shi)性能(neng)(neng)下降。
2. 交流(liu)阻抗測試分析(xi)
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)等效電(dian)(dian)路，利用軟件ZSimpWin進行阻(zu)(zu)抗(kang)(kang)的(de)擬合(he)，得到(dao)如圖(tu)5.12所(suo)示的(de)電(dian)(dian)荷(he)轉移電(dian)(dian)阻(zu)(zu)曲(qu)線(xian)圖(tu)和(he)如圖(tu)5.13所(suo)示的(de)鈍化(hua)膜阻(zu)(zu)抗(kang)(kang)值(zhi)曲(qu)線(xian)圖(tu)。電(dian)(dian)荷(he)轉移電(dian)(dian)阻(zu)(zu)阻(zu)(zu)抗(kang)(kang)值(zhi)和(he)鈍化(hua)膜阻(zu)(zu)抗(kang)(kang)值(zhi)如表5.4所(suo)列。
從圖5.12中(zhong)可以看出，隨(sui)著3.5%NaCl溶液(ye)溫度的升高，不同固溶處理的雙(shuang)相不銹鋼的電(dian)化學(xue)反應的電(dian)荷(he)轉移(yi)電(dian)阻降低，電(dian)化學(xue)反應的阻力下降，電(dian)化學(xue)反應變快。耐蝕性(xing)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5.4中可以看出；不銹鋼的(de)電化學反應的(de)電荷轉移電阻阻抗值(zhi)遠(yuan)小(xiao)于不銹鋼的(de)鈍化膜(mo)阻抗值(zhi)，說明(ming)雙相不銹鋼在0.5mol/L 3.5%NaCl溶液中的(de)耐蝕性(xing)主(zhu)要是由其表面的(de)鈍化膜(mo)的(de)穩定(ding)性(xing)決定(ding)。
從圖5.12和圖5.13中(zhong)可以看(kan)出(chu)，1050℃/30min固(gu)溶(rong)(rong)處理(li)(li)的(de)雙相(xiang)不銹鋼(gang)的(de)鈍化(hua)膜阻抗值(zhi)和電(dian)(dian)荷轉(zhuan)(zhuan)移電(dian)(dian)阻阻抗值(zhi)較(jiao)高，說明1050℃/30min固(gu)溶(rong)(rong)處理(li)(li)的(de)試樣(yang)的(de)鈍化(hua)膜較(jiao)穩定，電(dian)(dian)化(hua)學反應阻力較(jiao)高，腐(fu)蝕速率較(jiao)慢，耐蝕性能較(jiao)好(hao)。而950℃固(gu)溶(rong)(rong)處理(li)(li)的(de)試樣(yang)中(zhong)存在較(jiao)多(duo)σ相(xiang)，降(jiang)低了(le)表(biao)面(mian)的(de)鈍化(hua)膜的(de)穩定性，表(biao)現(xian)出(chu)較(jiao)低的(de)鈍化(hua)膜阻抗值(zhi)；同時在其(qi)周圍存在貧鉻區(qu)，加速了(le)腐(fu)蝕，表(biao)現(xian)出(chu)較(jiao)低的(de)電(dian)(dian)荷轉(zhuan)(zhuan)移電(dian)(dian)阻值(zhi)。對于1150℃/30min 固(gu)溶(rong)(rong)處理(li)(li)的(de)試樣(yang)，其(qi)組(zu)織(zhi)中(zhong)含有過量的(de)鐵素(su)體，導致耐點蝕當(dang)量降(jiang)低，點蝕電(dian)(dian)位較(jiao)1050℃/30min固(gu)溶(rong)(rong)處理(li)(li)的(de)雙相(xiang)不銹鋼(gang)的(de)點蝕電(dian)(dian)位低。
以上結(jie)果表(biao)明，阻抗測試(shi)結(jie)果與極化曲線(xian)測試(shi)得到的結(jie)果是一致的，二者(zhe)都說明1050℃/30min固溶處(chu)理的試(shi)樣的耐點蝕性能(neng)較好。
