等温时效对S32707不锈钢析出行为和耐蚀性的影响_李国平.pdf

第5 8卷 第6期 2 0 2 3年6月钢 铁I r o na n dS t e e lV o l.5 8,N o.6,p 1 0 2-1 0 9 J u n e2 0 2 3 D O I:1 0.1 3 2 2 8/j.b o y u a n.i s s n 0 4 4 9-7 4 9 x.2 0 2 2 0 7 1 8等温时效对S 3 2 7 0 7不锈钢析出行为和耐蚀性的影响李国平1,2,张树才3,张彬彬3,林宝海3,李 恒3(1.山西太钢不锈钢股份有限公司,山西 太原0 3 0 0 0 3;2.先进不锈钢材料国家重点实验室,山西 太原0 3 0 0 0 3;3.东北大学冶金学院,辽宁 沈阳1 1 0 8 1 9)摘 要:为了研究等温时效对特超级双相不锈钢S 3 2 7 0 7析出和耐腐蚀性能的影响,利用微观组织表征和电化学测试相结合的手段,研究了9 5 0时效不同时间下钢的析出行为、耐点腐蚀和耐晶间腐蚀性能。在9 5 0 时效过程中,S 3 2 7 0 7可以析出相、2和C r2N,结果表明,时效53 0m i n后,相经共析反应(+2)优先在/晶界和/相界析出,并逐渐向晶粒内生长。时效2h后,相完全转变成相和2相,时效1 2h后,晶内析出相。时效初期,C r2N在/2界面形核,随后在/和/界面形成。9 5 0 时效导致S 3 2 7 0 7耐点腐蚀和晶间腐蚀性能下降,随时效时间延长,钢的点腐蚀电位(Ep i t)、电荷转移电阻(Rp)和双电层电容(Q)均呈3阶段变化规律,02h,Ep i t和Rp急剧减小,Q急剧增大;21 2h,Ep i t和Rp缓慢减小,Q缓慢增大;1 24 8h,Ep i t和Rp略有增大,Q略有减小。钢的晶间腐蚀敏感性随时效时间延长也呈3段式变化规律,02h急剧增大,21 2h缓慢提高,1 24 8h略有降低。相和C r2N析出会诱导其周围形成贫C r区和贫M o区,钢的耐腐蚀性能取决于C r、M o元素贫化和自愈的竞争结果。02h,析出相快速形成诱导产生大量C r、M o贫化区,耐腐蚀性能显著下降;21 2h,C r、M o贫化速率大于自愈速率,耐腐蚀性能缓慢下降;1 24 8h,C r、M o贫化速率小于自愈速率,耐腐蚀性能略有提高。关键词:特超级双相不锈钢;S 3 2 7 0 7;时效;点腐蚀;晶间腐蚀文献标志码:A 文章编号:0 4 4 9-7 4 9 X(2 0 2 3)0 6-0 1 0 2-0 8E f f e c t o f i s o t h e r m a l a g i n go np r e c i p i t a t i o nb e h a v i o ra n dc o r r o s i o nr e s i s t a n c eo fS 3 2 7 0 7s t a i n l e s s s t e e lL IG u o p i n g1,2,Z HANGS h u c a i3,Z HANGB i n b i n3,L I NB a o h a i3,L IH e n g3(1.S h a n x iT a i g a n gS t a i n l e s sS t e e lC o.,L t d.,T a i y u a n0 3 0 0 0 3,S h a n x i,C h i n a;2.S t a t eK e yL a b o r a t o r yo fA d v a n c e dS t a i n l e s sS t e e lM a t e r i a l s,T a i y u a n0 3 0 0 0 3,S h a n x i,C h i n a;3.S c h o o l o fM e t a l l u r g y,N o r t h e a s t e r nU n i v e r s i t y,S h e n y a n g1 1 0 8 1 9,L i a o n i n g,C h i n a)基金项目:国家重点研发计划资助项目(2 0 1 6 Y F B 0 3 0 0 2 0 0)作者简介:李国平(1 9 7 5),男,硕士,正高级工程师;E-m a i l:l i g p t i s c o.c o m.c n;收稿日期:2 0 2 2-1 1-1 8通信作者:张树才(1 9 8 8),男,博士,讲师;E-m a i l:z h a n g s h u c a i s mm.n e u.c nA b s t r a c t:I no r d e r t or e s e a r c ht h e e f f e c t o f i s o t h e r m a l a g i n go np r e c i p i t a t i o na n dc o r r o s i o nr e s i s t a n c eo f h y p e r d u p l e xs t a i n l e s ss t e e lS 3 2 7 0 7,t h ep r e c i p i t a t i o nb e h a v i o r,p i t t i n gc o r r o s i o na n d i n t e r g r a n u l a rc o r r o s i o nr e s i s t a n c eo f t h es t e e la g e da t 9 5 0f o rd i f f e r e n t t i m ew e r e s t u d i e db ym e a n so fm i c r o s t r u c t u r e c h a r a c t e r i z a t i o na n de l e c t r o c h e m i c a l t e s t s.T h er e s u l t ss h o wt h a t,a f t e ra g i n gf o r5-3 0m i n,p h a s ep r e f e r e n t i a l l yp r e c i p i t a t e da t/g r a i nb o u n d a r ya n d/p h a s eb o u n d a r yt h r o u g he u t e c t o i dr e a c t i o n(+2),a n dg r a d u a l l yg r e wi n t og r a i n s.A f t e ra g i n gf o r2h,p h a s ew a sc o m p l e t e l yt r a n s f o r m e d i n t oa n d2p h a s e s.A f t e r 1 2ha g i n g,p h a s en u c l e a t e d i n s i d e t h ep h a s e.A t t h eb e-g i n n i n go f a g i n g,C r2Nn u c l e a t e da t t h e/2i n t e r f a c e,a n dt h e np r e c i p i t a t e da t t h e/a n d/i n t e r f a c e s.W i t ht h ep r o l o n g a t i o no f a g i n gt i m e,t h ep i t t i n gp o t e n t i a l(Ep i t),c h a r g et r a n s f e rr e s i s t a n c e(Rp)a n dd o u b l e-l a y e rc a p a c i t o r(Q)o f s t e e l c h a n g e d i na t h r e e-s t a g em a n n e r.D u r i n g0-2h,Ep i ta n dRps h a r p l yd e c r e a s e d,a n dQs h a r p l y i n c r e a s e d;d u r-i n g2-1 2h,Ep i ta n dRps l o w l yd e c r e a s e d,a n dQs l o w l y i n c r e a s e d;d u r i n g1 2-4 8h,Ep i ta n dRps l i g h t l y i n c r e a s e d,a n dQs l i g h t l yd e c r e a s e d.T h ei n t e r g r a n u l a rc o r r o s i o ns e n s i t i v i t ya l s oc h a n g e di nat h r e e-s t a g em a n n e r,s h a r p l yi n c r e a s e dd u r i n g0-2h,s l o w l y i n c r e a s e dd u r i n g2-1 2h,a n ds l i g h t l yd e c r e a s e dd u r i n g1 2-4 8h.p h a s ea n dC r2Np r e c i p i t a t i o ni n d u c e dC r-a n dM o-d e p l e t e dz o n e sa r o u n dt h e m.T h ec o r r o s i o nr e s i s t a n c eo f s t e e ld e p e n d e do nt h ec o m p e t i t i o nr e-s u l t so fC r a n dM od e p l e t i o na n ds e l f-h e a l i n g.D u r i n g0-2h,t h e r a p i d f o r m a t i o no f p r e c i p i t a t e s i n d u c e de x t e n s i v eC r-a n dM o-d e p l e t e dz o n e s,a n dt h ec o r r o s i o nr e s i s t a n c es i g n i f i c a n t l yr e d u c e d.D u r i n g2-1 2h,t h ed e p l e t i o nr a t eo fC ra n dM ow a sg r e a t e r t h a n t h e i r s e l f-h e a l i n gr a t e,s o t h e c o r r o s i o nr e s i s t a n c e s l o w l yd e c r e a s e d.D u r i n g1 2-4 8h,t h ed e-p l e t i o nr a t eo fC ra n dM ow a s l e s s t h a nt h e i rs e l f-h e a l i n gr a t e,s ot h ec o r r o s i o nr e s i s t a n c es l i g h t l y i m p r o v e d.第6期李国平,等:等温时效对S 3 2 7 0 7不锈钢析出行为和耐蚀性的影响K e yw o r d s:h y p e rd u p l e xs t a i n l e s ss t e e l;S 3 2 7 0 7;a g i n g;p i t t i n gc o r r o s i o n;i n t e r g r a n u l a r c o r r o s i o n 双相不锈钢C r、M o、N等合金元素含量高,兼具有奥氏体不锈钢与铁素体不锈钢的优良特性,实现了耐腐蚀性能与高强度的完美结合,广泛应用于石油、化工、脱盐和造纸等行业1-6。然而,高的合金含量导致其在热加工和热处理过程中极易析出有害相,如相、2相和氮化物等,这些析出相不仅会恶化钢的力学性能,而且还会严重降低耐局部腐蚀性能,尤其是耐点腐蚀和耐晶间腐蚀性能7-1 1。近年来,一些研究已聚焦于等温时效对双相不锈钢耐腐蚀性能的影响,但大多都局限于合金含量相对较 低的经济型 双相不锈钢(如S 3 2 1 0 11 2-1 3、S 3 2 4 0 41 4)和超级双相不锈钢(如S 3 2 7 5 01 5)。而特超级双相不锈钢合金含量更高、析出种类更多、析出行为更复杂1 6-1 7。目前,关于等温时效析出对该类材料耐腐蚀性能的影响研究尚无广泛和系统的报道。因此,本文采用微观组织观察与电化学测试相结合的手段,研究了等温时效对特超级双相不锈钢S 3 2 7 0 7析出行为、耐点腐蚀和耐晶间腐蚀性能的影响。1 试验材料和方法试验材料为特超级双相不锈钢S 3 2 7 0 7热轧板,其化学成分见表1。将热轧板在12 0 0 固溶处理1h后水淬,然后切取1 0mm1 0mm试样若干。选取该钢的鼻尖温度9 5 0 作为时效温度1 6-1 7,等温时效处理0、5m i n、3 0m i n、2h、1 2h和4 8h,然后水淬。用砂纸将试样湿磨至20 0 0号后抛光,采用1gK2S2O5+1 5m LHC l+8 5m LH2O溶液进行浸蚀,先擦拭2 03 0s,再浸泡2 01 8 0s。利用扫描电镜(S EM)和能谱仪(E D S)分析析出相的形貌和成分,利 用 透 射 电 镜(T EM)和 选 区 电 子 衍 射(S A E D)分析析出相的结构和类型。表1 特超级双相不锈钢S 3 2 7 0 7的化学成分(质量分数)T a b l e1 C h e m i c a l c o m p o s i t i o no fh y p e rd u p l e xs t a i n l e s s s t e e l S 3 2 7 0 7%CC rN iM oC uM nNC oS iPSF e0.0 0 42 6.8 37.1 44.8 80.9 81.1 10.3 90.9 70.4 20.0 0 50.0 0 3余量 电化学试样经打磨和钝化后封装在环氧树脂中,保留1 0mm2的工作面积。利用电化学工作站测量动电位极化曲线(D P)、电化学阻抗谱(E I S)和晶间腐蚀敏感性(D O S)。测试采用标准三电极体系,试样为工作电极,铂片为对电极,饱和甘汞电极(S C E)为参比电极。点蚀溶液为3.5%N a C l溶液(质量分数),试验温度为3 00.5。阳极极化前,先在-10 0 0mV下阴极极化5m i n,随后开路电位监测3 0m i n。待开路电位稳定后,从开路电位以下2 0 0 mV开始以1m V/s速率扫描至点蚀电位(Ep i t)。E I S测试频率范围为1 0mH z 1 0 0k H z,正弦波扰动信号幅值为1 0m V,通过Z s i m p w i n软件进行等效电路拟合。晶间腐蚀溶液为2m o l/LH2S O4+1.5m o l/LH C l,试验温度为3 0 0.5。试样浸泡5 m i n获 得 稳 定 自 腐 蚀 电 位(Ec o r r),再 以1.6 6 7mV/s速度正向扫描至+2 0 0mV,钝化2m i n后再以相同速度反向扫描至Ec o r r,利用金相显微镜观察晶间腐蚀形貌。2 结果与讨论2.1 等温时效对S 3 2 7 0 7析出行为的影响图1所示为9 5 0 时效不同时间后S 3 2 7 0 7的S EM背散射形貌。可以看出,固溶组织由铁素体相()和奥氏体相()组成,无析出相产生(图1(a),铁素 体 和 奥 氏 体 相 面 积 分 数 分 别 为5 0.8 5%和4 9.1 5%,两者比例接近11。时效5m i n后,大量析出相在/晶界和/相界形成,并向晶粒内生长,少量析出相随机分布在/晶界(图1(b)。特超级双相不锈钢S 3 2 7 0 7中析出相透射电镜照片和电子衍射花样如图2所示。T E M观察和S A E D分析表明该类析出相为相(图2(a),具有四方结构,属于P 4 2/m n m空 间 群,晶 格 常 数 为a=0.8 8 2n m,c=0.4 5 7n m1 8。相在/相界析出时大多呈不规则块状,而在晶粒内析出时为片层状。同时相富含C r、M o元素,其析出会诱导大量二次奥氏体相(2)形成。时效3 0m i n后,相几乎全部转化,块状相明显增多,一些相在/晶界析出,部分片层状相发生弯曲并断裂成碎块状相(图1(c)。同时,在/2相界面形成少量细小黑色颗粒,通过S A E D分析确认这些颗粒为C r2N(图2(b),具有密排六 方 结 构,属 于P 3 1 m空 间 群,晶 格 常 数 为a=0.2 7 6n m,c=0.4 4 7n m1 8。此外,在图2(a)和(b)中,/和/2相界面的黑色区域为贫化区被浸蚀后形成的腐蚀坑。时效2h后,片层状相301钢 铁第5 8卷基本消失,更多大尺寸和2相形成,大量不规则的块状相在相晶粒内形成(图1(d)。时效1 2h后,在晶粒内形成少量相,在/晶界析出细小短棒状C r2N(图1(e),R O D R I G OM等1 9在研究2 2 0 5双相不锈钢时效析出行为时也发现类似现象。时效4 8h后,相和C r2N尺寸明显增大,在晶 粒 内 形 成 大 块 状 和 长 条 状相(图1(f)。(a)0;(b)5m i n;(c)3 0m i n;(d)2h;(e)1 2h;(f)4 8h图1 特超级双相不锈钢S 3 2 7 0 7在9 5 0时效不同时间的S EM形貌F i g.1 S EM m o r p h o l o g yo fh y p e rd u p l e xs t a i n l e s s s t e e l S 3 2 7 0 7a g e da t 9 5 0f o rd i f f e r e n t t i m e(a)相;(b)C r2N图2 特超级双相不锈钢S 3 2 7 0 7中析出相透射电镜照片和电子衍射花样F i g.2 T EMi m a g e sa n dS A E Dp a t t e r n so fp r e c i p i t a t e s i nh y p e rd u p l e xs t a i n l e s s s t e e l S 3 2 7 0 7 一般地,二次相析出受形核位置、界面能和元素扩散等因素影响。在9 5 0,相稳定性降低,通过共析反应(+2)转化为和2相。由于/相界存在较多缺陷,界面能较高,可为相提供有利形核位置,因此,相优先在/相界析出。随后,相逐渐向晶内生长,这可归因于以下原因:首先,与相相比,相含有更多的C r和M o元素,更有利于满足相形核和生长的成分条件;其次,C r和M o在相中的扩散速率远高于在相中的扩散速率,更 有 利 于 满 足相 形 核 和 生 长 的 动 力 学 条件2 0。C r2N的析出机理可解释如下:由于相析出速率远高于C r2N,在时效初期,由于析出大量相,而相和相均基本不含N,此时,在形成相和2时,在相/2相界有N大量从相和相排除,促进了C r2N在相/2相界形成。随着时效时间延长,在热力学条件及元素扩散动力学条件促进下,C r2N逐渐在/界面和相内部析出。同理,C r2N在/界面的析出机制与在/2界面类似。长时间时效后,C r2N在/界面和相内部析出,这可能与C r2N和相之间的低能界面有关2 1。2.2 等温时效对S 3 2 7 0 7耐点腐蚀性能的影响特超级双相不锈钢S 3 2 7 0 7在9 5 0 等温时效401第6期李国平,等:等温时效对S 3 2 7 0 7不锈钢析出行为和耐蚀性的影响不同时间后在3.5%N a C l溶液中的动电位极化试验结果如图3所示。由图3(a)动电位极化曲线可以看出,所有曲线均存在明显钝化区。图3(b)为S 3 2 7 0 7试样时效不同时间后的Ep i t值,在本文 中,选取电流密度1 0 0A/c m2对应的电位作为Ep i t。随着时效时间延长,Ep i t值呈3阶段变化规律:0 2h时急剧减小,2h时Ep i t值降至9 3 2mV,说明钢耐点腐蚀性能显著降低;21 2h缓慢减小,1 2h时Ep i t值为9 1 4mV,说明钢耐点腐蚀性能缓慢降低;1 24 8h略有增加,4 8h时Ep i t值为9 3 7mV,说明钢耐点腐蚀性能略有提升。此外,时效24 8h后,钝化区存在明显的电流波动,这主要归因于亚稳态点蚀形核和再钝化2 2,而在时效时间低于2h的试样中并未观察到该现象,说明 长时间时效后 钝 化 膜 稳 定 性 变 差,更 易 被 破 坏 诱 发 点腐蚀。(a)动电位极化曲线;(b)Ep i t值图3 特超级双相不锈钢S 3 2 7 0 7在3.5%N a C l溶液中的动电位极化试验结果F i g.3 P o t e n t i o d y n a m i cp o l a r i z a t i o nc u r v e sa n dEp i tv a l u e so fh y p e rd u p l e xs t a i n l e s s s t e e l S 3 2 7 0 7i n3.5%N a C l s o l u t i o n 为了明晰等温时效对S 3 2 7 0 7钝化膜的影响,在开路 电 位 下 进 行 了E I S测 试,如 图4所 示。从N y q u i s t图(图4(a)可以看出,所有曲线均为未完成的容抗弧,说明等温时效不同时间的试样均呈现相似的容抗特性,并具有相似的钝化机理。从B o d e图(图4(b)可以发现,所有试样在1 0 0k H z时的阻抗值和相位角都接近于0,说明极高频时阻抗主要受溶液电阻(Rs)控制。当频率降至1 0mH z时,阻抗值即电极的极化阻抗,代表钝化膜的耐蚀性。利用等效电路进行拟合,结果见表2。可以看出,随着时效时间延长,Rs基本不变,电荷转移电阻(Rp)和双电层电容(Q)也呈3阶段变化规律:02h时Rp急剧减小,Q急剧增大,说明电荷在钝化膜内转移时穿越双电层的阻力明显减小,钝化膜稳定性显著降低;21 2h时Rp缓慢减小,Q缓慢增大,说明电荷穿越钝化膜双电层的阻力缓慢减小,钝化膜稳定性缓慢降低;1 24 8h时Rp略有增加,Q略有降低,说明电荷穿越钝化膜双电层的阻力略有增大,钝化膜稳定性略有提升。这与动电位极化的结果是完全一致的。(a)N y q u i s t图;(b)B o d e图图4 特超级双相不锈钢S 3 2 7 0 7在3.5%N a C l溶液中的电化学阻抗谱F i g.4 E l e c t r o c h e m i c a l i m p e d a n c e s p e c t r o s c o p yo fh y p e rd u p l e xs t a i n l e s s s t e e l S 3 2 7 0 7i n3.5%N a C l s o l u t i o n501钢 铁第5 8卷表2 电化学阻抗谱等效电路拟合结果T a b l e2 E q u i v a l e n t c i r c u i tp a r a m e t e r so fe l e c t r o c h e m i c a l i m p e d a n c e s p e c t r o s c o p y时效时间Rs/(c m-2)nQ/(Fc m-2)Rp/(c m-2)05.3 60.9 0 13.9 91 0-51.2 01 065m i n4.6 10.9 1 44.5 91 0-55.2 31 053 0m i n4.6 30.9 1 65.6 41 0-53.8 21 052h6.2 20.8 3 97.3 21 0-51.8 61 051 2h4.3 60.8 7 17.9 21 0-51.3 81 054 8h3.4 60.8 9 26.9 61 0-51.9 81 05 n为常相位角元件(C P E)指数。2.3 等温时效对S 3 2 7 0 7耐晶间腐蚀性能的影响图5所示为S 3 2 7 0 7在9 5 0 等温时效不同时间后的双环电化学动电位再活化(D L-E P R)曲线,其中Ia为活化峰电流密度,Ir为再活化峰电流密度,由于欧姆电阻降低,Ir对应的电位低于Ia对应的电位2 3。通常用Ir/Ia的比值评价钢的晶间腐蚀敏感性,该比值越小,敏化程度越低,耐晶间腐蚀性能越好,致敏极限值为1%2 4。各试样的D L-E P R测试结果汇总见表3。可以看出,时效01 2h时,试样Ir和Ia值均逐渐增大,时效4 8h时,Ia继续增大,但Ir有所降低。(a)0、5、3 0m i n;(b)2、1 2、4 8h图5 特超级双相不锈钢S 3 2 7 0 7在9 5 0时效不同时间后的D L-E P R曲线F i g.5 D L-E P Rc u r v e so fh y p e rd u p l e xs t a i n l e s s s t e e l S 3 2 7 0 7a g e da t 9 5 0f o rd i f f e r e n t t i m e表3 特超级双相不锈钢S 3 2 7 0 7在9 5 0时效不同时间后的D L-E P R测试结果T a b l e3 D L-E P Rm e a s u r e m e n t r e s u l t so fh y p e rd u p l e xs t a i n l e s s s t e e l S 3 2 7 0 7a g e da t 9 5 0f o rd i f f e r e n t t i m e测试结果时效时间05m i n3 0m i n2h1 2h4 8hIa/(mAc m-2)5.3 01 0-38.6 31 0-39.1 71 0-31.0 81 0-21.2 71 0-21.5 81 0-2Ir/(mAc m-2)4.2 01 0-64.6 01 0-47.1 01 0-41.1 11 0-31.5 21 0-31.2 91 0-3(Ir/Ia)/%0.0 7 85.3 77.7 91 0.2 61 1.9 78.1 6 图6所示为Ir/Ia值与时效时间的关系曲线。很明显,固溶试样的Ir/Ia值几乎为零,说明未发生晶间腐 蚀,而 等 温 时 效 后 试 样 的Ir/Ia值 均 大 于1%,即发生了晶间腐蚀。随时效时间延长,曲线呈3段式变化规律:第1阶段为02h,Ir/Ia值急剧增大,说明钢晶间腐蚀敏感性显著增强,2h时Ir/Ia值达到1 0.2 6%;第2阶段为21 2h,Ir/Ia值缓慢增大,即晶间腐蚀敏感性缓慢增强,1 2h时Ir/Ia值达到1 1.9 7%;第3阶段为1 24 8h,Ir/Ia值缓慢降低,晶间腐蚀敏感性略有降低,4 8h时Ir/Ia值降至8.1 6%。图6 Ir/Ia值与时效时间的关系F i g.6 R e l a t i o nb e t w e e nIr/Iar a t i oa n da g i n g t i m e601第6期李国平,等:等温时效对S 3 2 7 0 7不锈钢析出行为和耐蚀性的影响 图7所示为D L-E P R测试后试样的晶间腐蚀形貌。固溶试样可观察到清晰的两相组织,未发生晶间腐蚀。时效5 3 0m i n后,腐蚀主要发生在/、/2、/和/2界面处,随着时效时间延长,和2相逐渐增多,导致腐蚀区域面积急剧增大。时效21 2h后,腐蚀主要发生在/、/2和C r2N/和C r2N/2界 面 处,由 于和2相缓慢增长且C r2N含量较低,腐蚀区域面积略微增加。当时效4 8h后,发生自愈现象,腐蚀区域面积略有减小。这些现象与图5和图6的D L-E P R测试结果完全相符。(a)0;(b)5m i n;(c)3 0m i n;(d)2h;(e)1 2h;(f)4 8h图7 特超级双相不锈钢S 3 2 7 0 7在9 5 0时效不同时间后的晶间腐蚀形貌F i g.7 I n t e r g r a n u l a rc o r r o s i o nm o r p h o l o g yo fh y p e rd u p l e xs t a i n l e s s s t e e l S 3 2 7 0 7a g e da t 9 5 0f o rd i f f e r e n t t i m e2.4 等温时效对S 3 2 7 0 7耐腐蚀性能的影响机理等温时效后,晶界、相界和晶内均形成大量相(富C r、富M o)和C r2N(富C r、富N)。根据贫化理论2 5-2 6,相析出导致其周围基体C r和M o含量明显降低,形成贫C r区和贫M o区,本文利用E D S线分析也证实了这一事实(图8)。同理,C r2N形成也会导致其周围基体C r含量明显降低,形成贫C r区。这些贫化区与基体形成封闭的活化-钝化电池,未贫化的基体作为大的保护性阴极,处于钝化状态,而贫C r区和贫M o区作为小的牺牲阳极,处于活化状态。阴阳极之间形成较大的电位差,导致这些贫化区优先发生腐蚀2 7-2 8。此外,C r2N的形成会消耗周围基体中的N,不利于钝化膜中形成有益的NH3和C r N。NH3的形成可降低钝化膜表面H+浓度,(a)S EM形貌;(b)C r、M o元素分布图8 特超级双相不锈钢S 3 2 7 0 7在9 5 0时效5m i n后晶间相线扫描结果F i g.8 S EM-E D S l i n ea n a l y s e s r e s u l t o f i n t e r g r a n u l a rp h a s e i nh y p e rd u p l e xs t a i n l e s s s t e e l S 3 2 7 0 7a g e da t 9 5 0f o r5m i n701钢 铁第5 8卷抑制钝化膜破裂和腐蚀萌生;C r N的形成有助于钝化膜表面C l-的排斥和解吸,阻碍有害金属氯化物形成,同 时,C r N能 够 与H2O反 应 形 成 保 护 性C r2O3和NH2 93。因此,C r2N周围贫N区的形成也会恶化耐腐蚀性能。值得注意的是,C r2N的析出量远小于相,因此,C r和M o的贫化是影响耐腐蚀性能的主要因素。C r和M o的贫化主要受析出相的形成和合金元素扩散的共同影响。一方面,富C r富M o析出相的形核与生长促进贫化区的形成;另一方面,在浓度差的驱动下,C r和M o原子从基体扩散到贫化区,产生自愈现象,从而降低C r和M o的贫化速率。因此,这两方面的竞争作用将决定贫化区的面积,最终影响钝化膜的稳定性和钢的耐腐蚀性能3 0-3 1。时效02h时,析出相在晶界和相界快速形核与生长,数量急剧增多,贫C r区和贫M o区面积显著增大,耐腐蚀性能明显下降。时效21 2h时,由于消耗了大量C r和M o原子,析出相生长速率逐渐减小,同时基体中的C r和M o元素逐渐向贫化区扩散,发生自愈,这两方面的共同作用降低了贫化速率。但此时元素的贫化速率仍大于自愈速率,因此贫化区面积缓慢增大,耐腐蚀性能缓慢下降。时效1 24 8h时,C r和M o原子进一步被消耗,析出相生长速率进一步降低,此时C r和M o元素的贫化速率小于自愈速率,因此贫化区面积略有增大,耐腐蚀性能略有提高。3 结论1)在9 5 0时效53 0m i n后,相经共析反应(+2)优先在/晶界和/相界析出,并逐渐向晶内生长。在相中,C r和M o元素含量更高、扩散更快,从而促进了相形核与生长。时效2h后,相完全转变成相和2相,时效1 2h后,晶内析出相。时效初期,C r2N在/2界面形核,随后在/和/处形成。2)随时效时间延长,钢的点腐蚀电位(Ep i t)、电荷转移电阻(Rp)和双电层电容(Q)呈3阶段变化规律:0 2h,Ep i t和Rp急剧减小,Q急剧增大;2 1 2h,Ep i t和Rp缓慢减小,Q缓慢增大;1 24 8h,Ep i t和Rp略有增加,Q略有降低。随时效时间延长,钢的晶间腐蚀敏感性也呈3段式变化规律:02h急剧增强,21 2h缓慢提高,1 24 8h略有降低。3)相和C r2N析出会诱导其周围形成贫C r区和贫M o区,耐腐蚀性能取决于C r、M o元素贫化和自愈的竞争结果:02h,析出相快速形核与长大,诱导形成大量C r、M o贫化区,耐腐蚀性能急剧下降;21 2h,析出相生长速率降低,同时发生C r、M o自愈,但贫化速率仍大于自愈速率,耐腐蚀性能缓慢下降;1 24 8h,析出相生长速率进一步降低,C r和M o元素的贫化速率小于自愈速率,耐腐蚀性能略有提高。参考文献:1 吴玖.双相不锈钢M.北京:冶金工业出版社,1 9 9 9.(WUJ.D u p l e xS t a i n l e s sS t e e lM.B e i j i n g:M e t a l l u r g i c a lI n d u s t r yP r e s s,1 9 9 9.)2 高娃,罗建民,杨建君.双相不锈钢的研究进展及其应用J.兵器材料科学与工程,2 0 0 5,2 8(3):6 1.(GA O W,L UOJM,YAN GJ J.R e s e a r c hp r o g r e s s a n da p p l i c a t i o no f d o u b l ep h a s es t a i n l e s ss t e e lJ.O r d n a n c e M a t e r i a lS c i e n c ea n dE n g i n e e r-i n g,2 0 0 5,2 8(3):6 1.)3 郝硕,李志国,张鑫,等.预应变对T R I P型双相不锈钢拉伸变形行为的影响J.钢铁,2 0 2 2,5 7(4):1 0 5.(HA OS,L IZG,Z HAN GX,e ta l.I n f l u e n c eo fp r e-s t r a i no nt e n s i l ed e f o r m a-t i o nb e h a v i o ro fT R I P-a s s i s t e dd u p l e xs t a i n l e s ss t e e lJ.I r o na n dS t e e l,2 0 2 2,5 7(4):1 0 5.)4 Z HAN GSC,L IHB,J I AN GZH,e ta l.C a t a s t r o p h i co x i d a-t i o nm e c h a n i s mo f h y p e r d u p l e xs t a i n l e s s s t e e l S 3 2 7 0 7a th i g ht e m p e r a t u r e i na i rJ.M a t e r i a l sC h a r a c t e r i z a t i o n,2 0 1 8,1 4 5:2 3 3.5 宋志刚,丰涵,吴晓涵,等.中国双相不锈钢的发展及研究进展J.中国冶金,2 0 2 2,3 2(6):2.(S ON GZG,F E N G H,WUX H,e ta l.D e v e l o p m e n ta n dr e s e a r c hp r o g r e s so fd u p l e xs t a i n l