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超级双相不锈钢在典型服役环境中的腐蚀行为研究

杜海涛  
【摘要】:超级双相不锈钢是高品质特种不锈钢发展的重要方向之一,高Cr、高Mo、高N的超低碳双相不锈钢兼有奥氏体不锈钢和铁素体不锈钢的特点,与奥氏体不锈钢相比,强度高且耐晶间腐蚀和耐氯化物应力腐蚀性能明显提高;与铁素体不锈钢比,塑性和韧性更高,无室温脆性,耐晶间腐蚀性能和焊接性能均显著提高。超级双相不锈钢具有优良的耐局部腐蚀性能,在海水、有机酸和其它特殊介质中耐腐蚀性能优良。因此,研究各主要因素对超级双相不锈钢在典型服役环境中的腐蚀失效影响规律和作用机制,可为生产企业合理选材提供理论指导。 本文主要针对超级双相不锈钢S32750在两种典型服役环境中的腐蚀行为进行研究。采用动电位极化、恒电位极化、循环极化、交流阻抗(EIS)和Mott-Schottky等电化学检测方法,研究超级双相不锈钢S32750在模拟海水淡化和造纸白液中的腐蚀行为。利用扫描电镜(SEM)观察超级双相不锈钢S32750在模拟海水淡化和造纸白液中的点蚀形貌,并利用XPS分析,研究超级双相不锈钢S32750在模拟海水淡化和造纸白液中的钝化膜结构。 在模拟海水淡化环境中,动电位极化法研究表明,随海水温度和浓度升高,电流密度逐渐增大,点蚀电位明显降低;恒电位极化法研究表明,随海水温度和浓度升高,电流密度增大,点蚀指数n逐渐减小,表明随海水温度和浓度升高,钝化膜的生长速率降低,对基体的保护性能降低;循环极化法研究表明,随海水温度和浓度升高,滞后环面积增大,钝化膜的自修复能力减弱,点蚀敏感性增加;EIS研究表明,随海水温度和浓度升高,超级双相不锈钢S32750极化阻抗逐渐减小,表明钝化膜的稳定性变差,腐蚀速率增大;M-S研究表明,钝化膜保护作用随海水温度和浓度升高而降低,耐点蚀性能降低。此外,超级双相不锈钢S32750在海水中的耐点腐蚀性能优于超级奥氏体254SMO、双相不锈钢S32205和316L不锈钢。 在模拟造纸白液环境中,动电位极化法研究表明,随造纸白液温度升高,电流密度逐渐增大,点蚀电位明显降低;恒电位极化法研究表明,随造纸白液温度升高,电流密度增大,点蚀指数n逐渐减小,表明随温度升高,钝化膜的生长速率降低,对基体的保护性能降低;EIS研究表明,随造纸白液温度升高,超级双相不锈钢S32750的极化阻抗逐渐减小,表明钝化膜的稳定性变差,腐蚀速率增大;M-S研究表明,钝化膜保护作用随造纸白液温度升高而降低,耐点蚀性能降低。此外,超级双相不锈钢S32750在造纸白液中耐点腐蚀性能优于普通双相不锈钢S32205。另外,利用扫描电镜观察超级双相不锈钢S32750在模拟海水淡化和造纸白液中的点蚀形貌,发现点腐蚀优先从钢表面的夹杂处孕育产生,夹杂物的主要成分为Al2O3。 利用动电位极化法研究超级双相不锈钢S32750在模拟海水淡化和造纸白液中的缝隙腐蚀行为。研究表明,随海水和造纸白液温度升高,超级双相不锈钢S32750的耐缝隙性能降低。 XPS分析表明,超级双相不锈钢S32750在海水中恒电位极化后的钝化膜外层主要由Fe2O3,Cr(OH)3,Fe3O4,Cr2N和Cr2O3等组成,膜与溶液之间存在对钝化膜有很好的保护作用的Mo4+和NH4+。超级双相不锈钢S32750在造纸白液中恒电位极化后的钝化膜氧化层主要由Cr(OH)3,Fe3O4,Cr2O3和Fe2O3等组成。


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