1. 動電位極(ji)化曲線分析
不同固溶處理后的2205雙相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 固溶處理的雙相不銹鋼的鈍化范圍與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(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(dian)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(zhong)可以看出，隨著3.5%NaCl溶(rong)(rong)液的(de)(de)(de)(de)溫(wen)(wen)度(du)的(de)(de)(de)(de)升(sheng)高(gao)，不(bu)(bu)同(tong)固溶(rong)(rong)處理(li)的(de)(de)(de)(de)雙相(xiang)不(bu)(bu)銹(xiu)(xiu)鋼(gang)(gang)的(de)(de)(de)(de)點(dian)蝕電位(wei)(wei)下(xia)降(jiang)。并且(qie)可以看出，當溫(wen)(wen)度(du)從20℃升(sheng)高(gao)至45℃時，不(bu)(bu)同(tong)固溶(rong)(rong)處理(li)的(de)(de)(de)(de)雙相(xiang)不(bu)(bu)銹(xiu)(xiu)鋼(gang)(gang)的(de)(de)(de)(de)點(dian)蝕電位(wei)(wei)下(xia)降(jiang)的(de)(de)(de)(de)趨勢較為平緩(huan)；當3.5%NaCl溶(rong)(rong)液的(de)(de)(de)(de)溫(wen)(wen)度(du)進一步升(sheng)高(gao)至60℃時，（950℃、1000℃、1100℃、1150℃)/30min固溶(rong)(rong)處理(li)的(de)(de)(de)(de)雙相(xiang)不(bu)(bu)銹(xiu)(xiu)鋼(gang)(gang)的(de)(de)(de)(de)點(dian)蝕電位(wei)(wei)急(ji)劇下(xia)降(jiang)，而1050℃/30min固溶(rong)(rong)處理(li)的(de)(de)(de)(de)雙相(xiang)不(bu)(bu)銹(xiu)(xiu)鋼(gang)(gang)的(de)(de)(de)(de)點(dian)蝕電位(wei)(wei)下(xia)降(jiang)趨勢依(yi)然平緩(huan)，這說明(ming)隨著溶(rong)(rong)液溫(wen)(wen)度(du)的(de)(de)(de)(de)升(sheng)高(gao)，1050℃/30min 固溶(rong)(rong)處理(li)的(de)(de)(de)(de)雙相(xiang)不(bu)(bu)銹(xiu)(xiu)鋼(gang)(gang)的(de)(de)(de)(de)點(dian)蝕敏感性較低(di)，且(qie)鈍(dun)化膜(mo)更加穩定。
從(cong)(cong)表5.3中也可(ke)以看出，對于950℃/30min固(gu)(gu)(gu)溶(rong)(rong)(rong)(rong)處(chu)(chu)理(li)(li)的(de)(de)雙相(xiang)(xiang)不(bu)(bu)銹(xiu)(xiu)(xiu)鋼(gang)(gang)(gang)(gang)(gang)而(er)言(yan)(yan)，當(dang)3.5%NaCl溶(rong)(rong)(rong)(rong)液(ye)的(de)(de)溫(wen)度從(cong)(cong)20℃升(sheng)(sheng)高(gao)至60℃時，其(qi)(qi)點蝕(shi)(shi)(shi)電(dian)(dian)(dian)位(wei)(wei)從(cong)(cong)1.0784V下降(jiang)(jiang)至0.56967V,降(jiang)(jiang)幅為(wei)0.50873V;對于1000℃/30min固(gu)(gu)(gu)溶(rong)(rong)(rong)(rong)處(chu)(chu)理(li)(li)的(de)(de)雙相(xiang)(xiang)不(bu)(bu)銹(xiu)(xiu)(xiu)鋼(gang)(gang)(gang)(gang)(gang)而(er)言(yan)(yan)，當(dang)3.5%NaCl溶(rong)(rong)(rong)(rong)液(ye)的(de)(de)溫(wen)度從(cong)(cong)20℃升(sheng)(sheng)高(gao)至60℃時，其(qi)(qi)點蝕(shi)(shi)(shi)電(dian)(dian)(dian)位(wei)(wei)從(cong)(cong)1.084V下降(jiang)(jiang)至0.57095V,降(jiang)(jiang)幅為(wei)0.51305V;對于1050℃/30min固(gu)(gu)(gu)溶(rong)(rong)(rong)(rong)處(chu)(chu)理(li)(li)的(de)(de)雙相(xiang)(xiang)不(bu)(bu)銹(xiu)(xiu)(xiu)鋼(gang)(gang)(gang)(gang)(gang)而(er)言(yan)(yan)，當(dang)3.5%NaCI溶(rong)(rong)(rong)(rong)液(ye)的(de)(de)溫(wen)度從(cong)(cong)20℃升(sheng)(sheng)高(gao)至60℃時，其(qi)(qi)點蝕(shi)(shi)(shi)電(dian)(dian)(dian)位(wei)(wei)從(cong)(cong)1.1348V下降(jiang)(jiang)至0.89279V,降(jiang)(jiang)幅為(wei)0.24171V;對于1100℃/30min 固(gu)(gu)(gu)溶(rong)(rong)(rong)(rong)處(chu)(chu)理(li)(li)的(de)(de)雙相(xiang)(xiang)不(bu)(bu)銹(xiu)(xiu)(xiu)鋼(gang)(gang)(gang)(gang)(gang)而(er)言(yan)(yan)，當(dang)3.5%NaCl溶(rong)(rong)(rong)(rong)液(ye)的(de)(de)溫(wen)度從(cong)(cong)20℃升(sheng)(sheng)高(gao)至60℃時，其(qi)(qi)點蝕(shi)(shi)(shi)電(dian)(dian)(dian)位(wei)(wei)從(cong)(cong)1.1255V下降(jiang)(jiang)至0.49891V,降(jiang)(jiang)幅為(wei)0.62659V;對于1150/30min℃固(gu)(gu)(gu)溶(rong)(rong)(rong)(rong)處(chu)(chu)理(li)(li)的(de)(de)雙相(xiang)(xiang)不(bu)(bu)銹(xiu)(xiu)(xiu)鋼(gang)(gang)(gang)(gang)(gang)而(er)言(yan)(yan)，當(dang)3.5%NaCl溶(rong)(rong)(rong)(rong)液(ye)的(de)(de)溫(wen)度從(cong)(cong)20℃升(sheng)(sheng)高(gao)至60℃時，其(qi)(qi)點蝕(shi)(shi)(shi)電(dian)(dian)(dian)位(wei)(wei)從(cong)(cong)1.073V下降(jiang)(jiang)至0.65157V,降(jiang)(jiang)幅為(wei)0.42143V.綜上(shang)所(suo)述可(ke)以看出，1050℃/30min固(gu)(gu)(gu)溶(rong)(rong)(rong)(rong)處(chu)(chu)理(li)(li)的(de)(de)雙相(xiang)(xiang)不(bu)(bu)銹(xiu)(xiu)(xiu)鋼(gang)(gang)(gang)(gang)(gang)的(de)(de)點蝕(shi)(shi)(shi)電(dian)(dian)(dian)位(wei)(wei)較高(gao)，以及(ji)點蝕(shi)(shi)(shi)電(dian)(dian)(dian)位(wei)(wei)隨著(zhu)溶(rong)(rong)(rong)(rong)液(ye)溫(wen)度升(sheng)(sheng)高(gao)而(er)下降(jiang)(jiang)的(de)(de)幅值較低(di)，說明其(qi)(qi)1050℃固(gu)(gu)(gu)溶(rong)(rong)(rong)(rong)處(chu)(chu)理(li)(li)的(de)(de)雙相(xiang)(xiang)不(bu)(bu)銹(xiu)(xiu)(xiu)鋼(gang)(gang)(gang)(gang)(gang)的(de)(de)點蝕(shi)(shi)(shi)敏感性較低(di)。而(er)950℃/30min、1000℃/30min、1100℃/30min、1150℃/30min 固(gu)(gu)(gu)溶(rong)(rong)(rong)(rong)處(chu)(chu)理(li)(li)的(de)(de)不(bu)(bu)銹(xiu)(xiu)(xiu)鋼(gang)(gang)(gang)(gang)(gang)的(de)(de)點蝕(shi)(shi)(shi)電(dian)(dian)(dian)位(wei)(wei)都比(bi)1050℃/30min固(gu)(gu)(gu)溶(rong)(rong)(rong)(rong)處(chu)(chu)理(li)(li)的(de)(de)不(bu)(bu)銹(xiu)(xiu)(xiu)鋼(gang)(gang)(gang)(gang)(gang)的(de)(de)點蝕(shi)(shi)(shi)電(dian)(dian)(dian)位(wei)(wei)低(di)，耐點蝕(shi)(shi)(shi)性能有(you)所(suo)下降(jiang)(jiang)。
1050℃/30min固溶(rong)處理的(de)2205雙(shuang)相(xiang)不銹鋼(gang)在20℃3.5%NaCl溶(rong)液中(zhong)極化后的(de)點(dian)(dian)蝕形貌如圖5.9所示。圖中(zhong)淡色(se)部(bu)分為奧氏體，深色(se)部(bu)分為鐵素體，黑色(se)部(bu)分為點(dian)(dian)蝕坑(keng)。
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)不銹(xiu)鋼中(zhong)含(han)(han)(han)(han)有較(jiao)(jiao)(jiao)高(gao)含(han)(han)(han)(han)量(liang)(liang)(liang)的(de)(de)(de)(de)Cr和(he)(he)Mo,在(zai)(zai)氧化(hua)性(xing)(xing)介質中(zhong)其(qi)表(biao)面會(hui)生(sheng)成一層鈍(dun)(dun)(dun)(dun)化(hua)膜(mo)(mo)保護(hu)基(ji)體(ti)(ti)。由(you)于(yu)CI-對鈍(dun)(dun)(dun)(dun)化(hua)膜(mo)(mo)存在(zai)(zai)破壞性(xing)(xing)，甚至(zhi)通過(guo)鈍(dun)(dun)(dun)(dun)化(hua)膜(mo)(mo)的(de)(de)(de)(de)間隙(xi)，與基(ji)體(ti)(ti)金(jin)屬(shu)接(jie)觸，使(shi)得基(ji)體(ti)(ti)發生(sheng)溶(rong)解(jie)。鈍(dun)(dun)(dun)(dun)化(hua)膜(mo)(mo)的(de)(de)(de)(de)穩定性(xing)(xing)能(neng)(neng)夠反(fan)映其(qi)對金(jin)屬(shu)的(de)(de)(de)(de)保護(hu)程度，而(er)點(dian)蝕(shi)(shi)(shi)電位能(neng)(neng)夠反(fan)映鈍(dun)(dun)(dun)(dun)化(hua)膜(mo)(mo)的(de)(de)(de)(de)穩定性(xing)(xing)。通常情(qing)況下，點(dian)蝕(shi)(shi)(shi)電位越高(gao)，金(jin)屬(shu)的(de)(de)(de)(de)耐(nai)(nai)點(dian)蝕(shi)(shi)(shi)性(xing)(xing)能(neng)(neng)越好。由(you)第(di)3章可知，當(dang)(dang)固溶(rong)處(chu)理的(de)(de)(de)(de)溫(wen)度為(wei)(wei)1050℃時，2205雙(shuang)相(xiang)不銹(xiu)鋼基(ji)體(ti)(ti)中(zhong)的(de)(de)(de)(de)鐵素(su)體(ti)(ti)的(de)(de)(de)(de)含(han)(han)(han)(han)量(liang)(liang)(liang)與奧氏體(ti)(ti)的(de)(de)(de)(de)含(han)(han)(han)(han)量(liang)(liang)(liang)之比約(yue)為(wei)(wei)1:1,且鐵素(su)體(ti)(ti)和(he)(he)奧氏體(ti)(ti)的(de)(de)(de)(de)分(fen)(fen)布較(jiao)(jiao)(jiao)均勻(yun)，Cr和(he)(he)Mo在(zai)(zai)鐵素(su)體(ti)(ti)中(zhong)的(de)(de)(de)(de)含(han)(han)(han)(han)量(liang)(liang)(liang)分(fen)(fen)布和(he)(he)N在(zai)(zai)奧氏體(ti)(ti)中(zhong)的(de)(de)(de)(de)含(han)(han)(han)(han)量(liang)(liang)(liang)分(fen)(fen)布較(jiao)(jiao)(jiao)均勻(yun)，整體(ti)(ti)的(de)(de)(de)(de)耐(nai)(nai)點(dian)蝕(shi)(shi)(shi)當(dang)(dang)量(liang)(liang)(liang)較(jiao)(jiao)(jiao)高(gao)，表(biao)現出較(jiao)(jiao)(jiao)好的(de)(de)(de)(de)耐(nai)(nai)點(dian)蝕(shi)(shi)(shi)性(xing)(xing)能(neng)(neng)。當(dang)(dang)固溶(rong)處(chu)理的(de)(de)(de)(de)溫(wen)度為(wei)(wei)950℃時，大量(liang)(liang)(liang)的(de)(de)(de)(de)σ相(xiang)會(hui)沿(yan)著(zhu)鐵素(su)體(ti)(ti)－奧氏體(ti)(ti)晶界析出，而(er)σ相(xiang)是一種硬脆(cui)相(xiang)，其(qi)周圍會(hui)存在(zai)(zai)貧鉻(ge)區，它的(de)(de)(de)(de)存在(zai)(zai)顯著(zhu)降(jiang)低材料的(de)(de)(de)(de)力學性(xing)(xing)能(neng)(neng)和(he)(he)耐(nai)(nai)蝕(shi)(shi)(shi)性(xing)(xing)能(neng)(neng)，且σ相(xiang)的(de)(de)(de)(de)析出使(shi)其(qi)存在(zai)(zai)區域的(de)(de)(de)(de)鈍(dun)(dun)(dun)(dun)化(hua)膜(mo)(mo)薄弱(ruo)，使(shi)得點(dian)蝕(shi)(shi)(shi)電位較(jiao)(jiao)(jiao)低，點(dian)蝕(shi)(shi)(shi)更容易發生(sheng)。當(dang)(dang)固溶(rong)處(chu)理的(de)(de)(de)(de)溫(wen)度升高(gao)至(zhi)1150℃時，基(ji)體(ti)(ti)中(zhong)的(de)(de)(de)(de)鐵素(su)體(ti)(ti)的(de)(de)(de)(de)含(han)(han)(han)(han)量(liang)(liang)(liang)百分(fen)(fen)比為(wei)(wei)59%,而(er)奧氏體(ti)(ti)的(de)(de)(de)(de)含(han)(han)(han)(han)量(liang)(liang)(liang)百分(fen)(fen)比為(wei)(wei)41%,鐵素(su)體(ti)(ti)含(han)(han)(han)(han)量(liang)(liang)(liang)過(guo)多(duo)，導致鐵素(su)體(ti)(ti)的(de)(de)(de)(de)耐(nai)(nai)點(dian)蝕(shi)(shi)(shi)當(dang)(dang)量(liang)(liang)(liang)下降(jiang)，造成耐(nai)(nai)點(dian)蝕(shi)(shi)(shi)性(xing)(xing)能(neng)(neng)下降(jiang)。
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(deng)效電路，利用軟件(jian)ZSimpWin進行阻(zu)(zu)抗(kang)的(de)擬(ni)合(he)，得到(dao)如圖(tu)5.12所(suo)示的(de)電荷轉移電阻(zu)(zu)曲線(xian)圖(tu)和如圖(tu)5.13所(suo)示的(de)鈍化膜(mo)阻(zu)(zu)抗(kang)值(zhi)曲線(xian)圖(tu)。電荷轉移電阻(zu)(zu)阻(zu)(zu)抗(kang)值(zhi)和鈍化膜(mo)阻(zu)(zu)抗(kang)值(zhi)如表5.4所(suo)列(lie)。
從(cong)圖5.12中可以(yi)看出，隨(sui)著3.5%NaCl溶液溫度的(de)升(sheng)高(gao)，不(bu)同固溶處(chu)理的(de)雙相不(bu)銹鋼(gang)的(de)電(dian)化(hua)學反應(ying)的(de)電(dian)荷轉(zhuan)移電(dian)阻降(jiang)低，電(dian)化(hua)學反應(ying)的(de)阻力下降(jiang)，電(dian)化(hua)學反應(ying)變快。耐蝕(shi)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(cong)表(biao)5.4中可以(yi)看出；不(bu)(bu)銹鋼的(de)(de)(de)(de)電化學反(fan)應(ying)的(de)(de)(de)(de)電荷(he)轉(zhuan)移電阻(zu)(zu)阻(zu)(zu)抗值(zhi)(zhi)遠(yuan)小于不(bu)(bu)銹鋼的(de)(de)(de)(de)鈍化膜(mo)阻(zu)(zu)抗值(zhi)(zhi)，說(shuo)明雙相不(bu)(bu)銹鋼在0.5mol/L 3.5%NaCl溶液中的(de)(de)(de)(de)耐(nai)蝕性主要是由其表(biao)面(mian)的(de)(de)(de)(de)鈍化膜(mo)的(de)(de)(de)(de)穩定(ding)性決定(ding)。
從圖(tu)5.12和(he)(he)圖(tu)5.13中(zhong)可以看(kan)出(chu)，1050℃/30min固(gu)溶處(chu)理的(de)(de)雙相不銹鋼的(de)(de)鈍化膜(mo)(mo)(mo)阻抗(kang)(kang)值和(he)(he)電(dian)(dian)荷(he)轉移(yi)電(dian)(dian)阻阻抗(kang)(kang)值較(jiao)(jiao)高(gao)，說(shuo)明1050℃/30min固(gu)溶處(chu)理的(de)(de)試樣(yang)的(de)(de)鈍化膜(mo)(mo)(mo)較(jiao)(jiao)穩(wen)定，電(dian)(dian)化學(xue)反應(ying)阻力較(jiao)(jiao)高(gao)，腐蝕速率較(jiao)(jiao)慢，耐蝕性能較(jiao)(jiao)好(hao)。而950℃固(gu)溶處(chu)理的(de)(de)試樣(yang)中(zhong)存在(zai)較(jiao)(jiao)多σ相，降(jiang)低了表(biao)面的(de)(de)鈍化膜(mo)(mo)(mo)的(de)(de)穩(wen)定性，表(biao)現出(chu)較(jiao)(jiao)低的(de)(de)鈍化膜(mo)(mo)(mo)阻抗(kang)(kang)值；同時(shi)在(zai)其周圍存在(zai)貧鉻區，加速了腐蝕，表(biao)現出(chu)較(jiao)(jiao)低的(de)(de)電(dian)(dian)荷(he)轉移(yi)電(dian)(dian)阻值。對于1150℃/30min 固(gu)溶處(chu)理的(de)(de)試樣(yang)，其組織中(zhong)含(han)有過(guo)量(liang)的(de)(de)鐵素體，導(dao)致耐點蝕當量(liang)降(jiang)低，點蝕電(dian)(dian)位較(jiao)(jiao)1050℃/30min固(gu)溶處(chu)理的(de)(de)雙相不銹鋼的(de)(de)點蝕電(dian)(dian)位低。
以上結果表明，阻抗(kang)測(ce)試結果與極(ji)化曲線測(ce)試得到的結果是(shi)一致的，二者都說明1050℃/30min固溶處理(li)的試樣的耐點蝕性能(neng)較好。
