图3.7(a)~(d)为铁素体和奥氏体相中的Cr、Mo、Ni元素含量与固溶温度的关系图。图3.7(a)~(d)证实了铁素体相中的Cr和Mo含量更高,而奥氏体相中的Ni和Mn含量更高。从图中可看出,铁素体相中的Cr含量为23.77%~25.16%,比奥氏体相中Cr含量高2%左右;铁素体相中Mo含量为3.86%~4.37%,比奥氏体相中的Mo含量高1.7%左右;奥氏体相中的Ni含量为5.42%、6.7%,比铁素体相中的Ni含量高2%;当固溶处理温度为1050℃时,铁素体相中的Cr、Mo和Ni含量分别为23.77%、3.97%、4.24%,奥氏体相中的Cr、Mo和Ni含量分别为23.53%、2.63%、5.42%.可见在1050℃温度下进行固溶时,两相中的Cr、Mo、Ni含量差异最小,此时铁素体含量为51.9%,奥氏体含量为48.1%.当固溶温度改变时,铁素体/奥氏体两相比例相差变大,且两相中的Cr、Mo、Ni含量差异也变大。当固溶温度为1000℃,两相中Cr为3.69%、Mo为1.51%、Ni为3.37%;当固溶温度为1150℃时,两相中Cr为2.29%、Mo为1.34%、Ni为2.09%,可见1000℃固溶试样的两相中的Cr、Mo、Ni元素含量差大于1150℃固溶试样的两相中Cr、Mo、Ni元素含量差。


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  由公式“PREN.=[Cr]+3.3[Mo]”计算铁素体的PREN值,由公式“PREN,=[Cr]+3.3[Mo]+16[N]-[Mn]”计算奥氏体的PREN值,可得PREN值与固溶温度的关系图,如图3.7(e)所示。从图3.7(e)可看出,在不同固溶状态下,两相的PREN值有所不同,但PRENa>PRENy.当固溶温度为1050℃时,PREN.最小、PREN,最大,分别为36.9和30.6,两者相差最小。


  图3.8为不同固溶试样的极化曲线。可见,在自腐蚀电位下,材料开始发生钝化;当极化电位升高到一定值时,不同固溶的材料都发生点蚀,电流密度急剧增大。根据GB 4334.9-1984中电流密度为0.1mA/c㎡所对应的电位为点蚀电位和Tafel拟合,分别得到点蚀电位、自腐蚀电流密度与固溶温度的关系图,如图3.11(a)所示。


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  图3.9(a)、(b)分别为不同固溶试样的Nyquist 图和Bode图。从图3.9(a)可见,试样在低频和高频区分别存在一个容抗弧。从图3.9(b)可见,试样在低频和高频处分别存在一个时间常数。根据曹楚南的《电化学阻抗谱导论》可知。双相不锈钢在NaCl溶液中的阻抗谱中存在两个时间常数,常以图3.10所示的等效电路(R1为电荷转移电阻,R2为钝化膜电阻)进行阻抗拟合。经阻抗拟合,得到钝化膜电阻、电荷转移电阻与固溶处理温度的关系图,如图3.11(b)所示。


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 从图3.11(a)可见,1050℃固溶试样的点蚀电位最高,约为0.89V,且1050℃固溶试样的自腐蚀电流密度最低,约为2.34×10-6A/c㎡,说明该状态下试样的耐点蚀性能最好。由图3.11(b)可知,1050℃固溶试样的钝化膜电阻值最高,约为1300Ω,且其电荷转移电阻值也最高,约为9500Ω,说明该状态下试样的钝化膜较稳定,耐点蚀性能较好。


  图3.12为不同固溶的2205双相不锈钢极化后的点蚀形貌图,图中黑色为蚀坑,深色为铁素体,淡色为奥氏体。从图3.12可见,四种固溶试样的点蚀都发生于铁素体与奥氏体相界面处,且易向铁素体相中长大。当固溶温度为1050℃时,试样的点蚀尺寸最小,点蚀敏感性最低。


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  通过计算得到不同相比例下的铁素体PREN值和奥氏体PREN值,可见不同相比例下的PREN.都大于PREN,.双相不锈钢的耐点蚀性能可通过点蚀电位衡量。点蚀电位越高,耐点独性能越好。前人认为双相不锈钢的耐点蚀性能由B能N值较区的相决定,且PEN值越高,耐点蚀性能越好,从图3.71e)可矩,不同海溶试样的PREN.都大于PREN,,当固溶温度为1050℃时,PHEN,最大,材料的耐点蚀性能应最好。从图3.11(a)、(b)可知,1050℃固溶试样的点蚀电位最高,钝化膜阻抗值最大,电荷转移电阻值最商;且从图3.12(b)可见,1050℃固溶试样的点蚀坑尺寸最小,表现出最好的耐点蚀性能。综上可知,双相不锈钢的耐点蚀性能由 PREN 值较小相决定的理论是有实验依据的。


  从图3.12(a)~(d)可见,在不同固溶状态下,铁素体相都更易发生点蚀;而从图3.7(e)可见,在不同固溶状态下,PREN.都大于PREN,,铁素体的耐点蚀性能应优于奥氏体相,可见两者存在矛盾。


  随固溶温度变化,双相不锈钢中的铁素体和奥氏体相的比例改变,且两相形态也发生变化。Cr是铁素体形成元素,可提高材料的耐蚀性能;Mo是铁素体形成元素,可提高点蚀电位,降低腐蚀速率;Ni是奥氏体形成元素,可维持两相平衡,提高耐蚀性能。并且材料中存在一定量的N,其为奥氏体形成元素,提高局部腐蚀抗力。从图3.7(a)~(c)可见,随固溶温度变化,两相中的Cr、Mo、Ni元素含量发生变化。由于Cr、Mo、Ni元素之间的腐蚀电位存在差异,势必造成两相之间存在电化学差异,使腐蚀更易发生。从图3.7(e)可知,不同固溶状态下材料的PREN,大小关系为1050℃>1000℃>1150℃>1100℃,因此根据前人的研究,不同固溶态材料的耐点蚀性能优劣关系应为:1050℃优于1000℃优于1150℃.当固溶温度为1050℃时,PREN,值较大,两相中的Cr、Mo、Ni元素含量差异最小,材料的点蚀坑较小,材料的耐点蚀性能最优。1000℃固溶试样的点蚀坑尺寸大于1150℃固溶试样的点蚀坑尺寸,因此,前者的耐点蚀性能劣于后者的耐点蚀性能。由此可见,双相不锈钢中的相腐蚀不能仅仅由PREN值来解释。由图3.7(a)~(c)可知,1000℃固溶试样的两相中的Cr、Mo、Ni元素含量差大于1150℃固溶试样的两相中的Gr、Mo、Ni元素含量差,因此,双相不锈钢中的相腐蚀还与两相中的元素分布有关,并且还需考虑到材料中点蚀敏感性较强的区域,如晶界和相界。


  点蚀是一种局部腐蚀现象,是由氯离子破坏钝化膜而导致的。点蚀产生后,蚀坑处的基体被暴露在溶液中,导致材料进一步发生腐蚀,蚀坑长大。蚀坑前长大速率由材料的均匀溶解速率决定,溶解越快,蚀坑长大速度越大。因此,双相不锈钢的耐点蚀性能由两部分构成:控制点蚀萌生和控制蚀坑长大的能力。本书中的点蚀电位意味着点蚀已长大。影响点蚀萌生的因素不仅包括PREN 值,还包括两相中的元素分布和两相的比例。从本书的分析可见,点蚀的长大与元素分布有关,两相中的元素分布越均匀,蚀坑的长大速度越慢。因此在1050℃固溶状态下,两相中的元素分布最均匀,PREN,最高,合金的点蚀电位最高,材料的耐点蚀性能最好。而1000℃固溶试样两相中的元素分布不均匀,导致点蚀电位较低,点蚀坑尺寸较大,降低材料的耐点蚀性能。


  影响双相不锈钢相腐蚀的因素不仅包括PREN值,还包括各相中的元素分布和两相比例,并且三者互相影响、关系复杂。因此,不能仅凭PREN值的大小来判断耐点蚀能力,应该综合考虑各因素的影响。