1. 动电位极化曲线分析
2507双相不锈钢经1000℃、1050℃、1100℃、1150℃及1200℃固溶处理后于30℃在3.5%NaCl溶液中的动电位极化曲线如图5.3所示。从图5.3可知各固溶温度下2507双相不锈钢的极化曲线形状大体相同,都具有明显的钝化区域,且钝化区域都较宽。国标GB 4334.9-1984规定阳极极化曲线上与电流密度值为100μA/c㎡相应的电位为击破电位(Eb),击破电位指金属材料最先产生点腐蚀的电位,其值越高表明材料产生孔蚀的倾向越低。当2507双相不锈钢主要化学成分一定时,其表面保护膜的均匀性及稳定性跟钢的两相组织(α相及γ相)有着密切联系,钢中的α相和γ相分布均匀、相比例接近1:1时保护膜比较稳定且对钢的点蚀行为有较好的阻碍作用;当钢中的α相和γ相分布不均匀时易导致钢表面保护膜遭受破坏,降低钢的抗点蚀性能。经过不同固溶温度处理的DSS2507的击破电位(Eb)值如表5.1所列。从表5.1可知DSS2507于3.5%NaCl溶液中的击破电位(Eb)随着固溶热处理温度的上升呈现先变大后减小的走势,1050℃时点蚀电位值最高,表明该固溶温度下2507双相钢发生点蚀的倾向较低。固溶温度为1000℃时2507双相不锈钢中铁素体相跟奥氏体相界处有σ相析出,其附近较易形成贫铬及贫钼区域,造成该固溶热处理温度下钢的抗点腐蚀能力较弱;1050℃时DSS2507中的两相结构(铁素体α相及奥氏体y相)分布较均匀,相比例约为1:1,有利于钢表面钝化膜的稳定,进而对点蚀具有较好的抑制作用,表现为点蚀电位Eb值较高;然而随固溶热处理温度继续上升,铁素体α相量增多奥氏体γ相量减少,导致铁素体形成元素Cr和Mo的浓度减小,而奥氏体形成元素N浓度升高,因此Cr、Mo和N在这两种组织结构中的分布变得不均匀,由于Cr、Mo和N是钢的主要耐点蚀元素,因此钢的耐腐蚀能力降低。具体表现为点蚀电位E,值降低,所以在1050~1200℃温度范围内2507双相不锈钢的点蚀电位降低。此外从表5.1中列出的(Eb-Ecom)值可以看出其值变化趋势跟点蚀电位(Eb)值的变化趋势相同,都呈先升高后降低的趋势。由于(Eb-Ecom)差值表示形核阻力的大小,因此由(Eb-Ecom)差值变化趋势可知点蚀形核的阻力也是先增大后减小,即随着固溶温度的升高钢的抗点蚀性能呈先增强后减弱的趋势。此外从表5.1中可以看出,随固溶热处理温度的上升自腐蚀电流密度(Icorr)先降低后增高,1050℃时自腐蚀电流密度较低为3.5367×10-7A/c㎡.综上所述,固溶处理温度为1050℃时2507双相不锈钢有较好的抗腐蚀能力。
固溶态为1050℃的2507双相不锈钢于3.5%NaCl溶液中动电位极化后的腐蚀形貌如图5.4所示,图中深色是铁素体α相、浅色是奥氏体y相、黑色圆点是点蚀坑。从图5.4可知点蚀坑主要存在于铁素体x相上,这说明奥氏体y相比铁素体α相要稳定,有着较优的抗点腐蚀性能。奥氏体γ相相比于铁素体α相有较好的抗点蚀性能的原因在于元素N的作用。元素N是奥氏体形成元素,于奥氏体γ相中的溶解度要比在铁素体α相中的大,此外N能够让Cr和Mo元素从铁素体α相迁移到奥氏体γ相中,N显著影响着这两种元素在奥氏体γ相和铁素体α相中的分配,两相中合金元素含量的差值随N元素含量的增多而降低,所以奥氏体γ相的点蚀电位较铁素体α相要高,从而蚀坑较先在Eb相对比较低的铁素体α相中产生。
2. 交流阻抗测试分析
1000℃、1050℃、1100℃、1150℃及1200℃固溶态的2507 双相不锈钢30℃下于3.5%NaCl溶液中的Nyquist 图如图5.5所示,从图中可以很明显看出随固溶热处理温度的增高容抗弧半径先增大后减小,1050℃时容抗弧半径最大。通常情况下界面间电荷的迁移促进了高频区容抗弧的形成,容抗弧与双电层容抗及金属材料溶解的综合作用有关,并且金属-溶液界面的电荷转移电阻影响着容抗弧半径的大小,电荷在金属-溶液界面转移时受到的阻力越强意味着容抗弧半径越大,即意味着金属的抗蚀性能越优。从图5.5容抗弧半径的改变趋势可知,固溶热处理温度升高使DSS2507的耐蚀性能首先增强而后减弱,1050℃时2507双相不锈钢的抗腐蚀性能最优。不同固溶态的2507双相不锈钢于3.5%NaCl溶液中的等效电路如图5.6所示,采用的是R(C(R(CR))).Rs指参比电极和工作电极间的溶液电阻;Cd1为双电层电容;Rct为电荷转移电阻,其值能够反应电荷在电化学反应过程中透过电极以及于电解质溶液中两相界面迁移难易的大小,也能够反映金属发生腐蚀反应的快慢,一般情况下Rct值越高意味着电荷迁移过程中所受的阻力越强,即材料的耐腐蚀性能越好;Cf表示钝化膜电容,Rf表示钝化膜电阻。采用ZsimpWin软件对等效电路模拟计算得到各元件的数值如表5.2所列。从表中看出双电层电容(Cdl)及钝化膜电容(Cr)随固溶温度的升高呈先减小后增大的趋势;电荷转移电阻(Rct)和钝化膜电阻(Rf)呈先变大后减小的趋势,即电化学反应阻力随固溶热处理温度的增高先增强后减弱,2507双相不锈钢的抗腐蚀性能表现为先增强后减弱。1000℃时钢的相界处有σ相析出,σ相硬而脆降低了钢表面钝化膜的稳定,表现为具有较低的钝化膜电阻(Rf);1050℃时钢中的两相比例约为1:1,两相分布较均匀且成分稳定有利于钝化膜的稳定,具体表现为钝化膜电阻(Rf)值较高,表明此刻离子迁移时所受阻力较大,进而2507双相不锈钢的抗腐蚀能力最佳;固溶热处理温度的进一步升高使钢中的两相比例失调,表现为铁素体相含量大幅升高,奥氏体相含量减小,不利于钢表面钝化膜的稳定,导致钝化膜电阻(Rf)减小,实际表现为钢的抗蚀性能下降,这与动电位扫描获得的结论相同。