高氮奥氏体不锈钢腐蚀性能研究

【摘要】：高氮奥氏体不锈钢具有优异的力学性能和耐腐蚀性能,其研究和开发受到国内外的高度重视。因此研究高氮奥氏体不锈钢的耐腐蚀性能,对于高氮奥氏体不锈钢的开发具有重要意义。本论文是国家自然基金委和上海宝钢集团联合资助的重点项目“高氮不锈钢中氮的作用机理及对性能的影响”的一部分。通过利用化学浸泡法、阳极极化法、电化学阻抗法以及金相显微镜、扫描电镜与XPS等辅助手段,对氮气保护的真空感应炉和氮气保护的电渣重熔炉制备的高氮奥氏体不锈钢,进行了均匀腐蚀、点蚀、缝隙腐蚀以及晶间腐蚀性能的研究。 利用化学浸泡法研究了高氮奥氏体不锈钢与316L不锈钢在60℃,40%H2SO4中的耐均匀腐蚀性能。研究表明,在该体系中316L不锈钢较高氮奥氏体不锈钢具有优异的耐均匀腐蚀性能,高氮奥氏体不锈钢A2钢耐均匀腐蚀性能最好,A1钢最差,高氮奥氏体不锈钢A1,A2和A3不适合在60℃,40%H2SO4体系中使用。 通过电容测量以及Mott-Schottky分析,3.5%NaCl溶液中,高氮奥氏体不锈钢A1、A2、A3的平带电位在分别为-0.4573V,-0.4686V,-0.4804V,在施加电压小于平带电位表现为P型半导体,在施加电压大于平带电位表现为n型半导体,且随着氮含量的增加,施主浓度ND和受主浓度NA逐渐减小,空间电荷厚度增大。 钝化膜的XPS分析表明,在3.5%NaCl溶液中,高氮奥氏体不锈钢的钝化膜氧化层外层主要由α-Fe2O3,Fe3O4组成,内层则是由α-Fe2O3, Fe3O4, Cr2O3, MnO组成。氮富集在钝化膜的外层,主要以CrN, NH3, N(atom), NH4+, N2(free)形式存在。氮和钼的联合作用,改变了钝化膜成分结构,提高了钝化膜的耐点腐蚀性能。 利用阳极曲线法研究了高氮奥氏体不锈钢的耐点腐蚀性能。研究表明,高氮奥氏体不锈钢在3.5%NaCl溶液中较316L不锈钢具有优异的耐点腐蚀性能；随着氮含量的增加,点蚀电位和临界点蚀温度CPT均增大,耐点腐蚀性能增强；随着NaCl溶液浓度的增加和pH值的下降,A2钢的点蚀电位Eb10略有下降,A2在强酸性Cl-环境中具有优异的耐点蚀性能。 在35℃,6%FeCl3+0.05mol/L HCl溶液中,高氮奥氏体不锈钢A1、A2和A3具有优异的耐缝隙腐蚀性能,且随着钢中氮含量的增加,其耐缝隙腐蚀性能增强。 EPR溶液2mol/LH2SO4+1mol/LNaCl+0.01mol/LKSCN溶液体系可用来检测Fe-Cr-Mn-Mo-N系不锈钢晶间腐蚀的敏感性,不适合于检测316L不锈钢。且随着扫描速度的降低,Ir／Ia和Qr／Qa增大,在本研究中选取1.6667mV／s。A2钢在850℃时析出量最大,晶间腐蚀敏感性最大,在650℃～850℃温度范围内敏化处理2h,空冷,随着温度的增加,析出量增多,晶间腐蚀敏感性增大,高于850℃,随温度的增加,析出量减少,晶间腐蚀敏感性减小。在700℃敏化处理2h,空冷,高氮奥氏体不锈钢A3析出量最大,晶间腐蚀敏感性最大,A1钢次之,A2钢最小