超级双相不锈钢电化学腐蚀性能的实验研究

陈 祺 ,刘 东

(福州大学 a.实验室建设与设备管理处；b.机械工程及自动化学院，福州 350116)

超级双相不锈钢电化学腐蚀性能的实验研究

陈 祺a,刘 东b

(福州大学 a.实验室建设与设备管理处；b.机械工程及自动化学院，福州 350116)

SAF2906超级双相不锈钢；电化学技术；耐蚀性能；实验

不锈钢最主要的失效形式是腐蚀失效，如气体中的高温氧化与溶液中的电化学局部腐蚀，包括点腐蚀、晶间腐蚀、缝隙腐蚀、应力腐蚀、均匀腐蚀等。长期以来，在实际的生产和使用中，双相不锈钢因其优良的耐蚀性能而被广泛应用于纸浆和造纸工业、石油化工、化学加工及海洋沿岸设施等。但由于使用条件极其恶劣，也会产生不同程度的腐蚀失效，从而造成一定的经济损失，并且引发一些不可预测的安全隐患。因此，开展对不锈钢材料的腐蚀研究具有重要的意义。

不锈钢的腐蚀研究已有近百年的历史。目前，不锈钢腐蚀试验的测定评价方法主要有化学浸泡法和电化学测定法。其中，化学浸泡法能够较真实地反映不锈钢在工业电解质环境的状况，应用较为成熟，但其耗时长且具有破坏性，所以应用范围受到限制。而电化学测试方法则具有灵敏性好、精度高、重现性好、简单、快速、无损以及易适用于现场等优点，可以快速准确地测定和评价不锈钢的耐腐蚀性能，正日益被应用于材料的腐蚀测试和评价中。另外，它在科研及工程实用，如评估构件寿命和失效分析等方面也有着广阔的应用前景。

本文将利用电化学工作站，研究SAF2906超级双相不锈钢的耐点蚀性能及耐晶间腐蚀性能，以期为该材料腐蚀电化学技术的实验参数提供参考。

1 实验材料及方法

采用100 kW/30 kg中频感应炉熔炼制备SAF2906超级双相不锈钢，其化学成分如表1所示。先采用SX-10-13型箱式电阻炉对试样进行1 100 ℃固溶处理，保温2 h水淬。

采用CHI650C电化学工作站进行材料的极化曲线以及再活化率的测定。电化学检测试样的镶嵌时，要确保工作电极除工作面外都密封良好，选用三电极检测体系。测试前首先将工作电极在-1 000 mV下阴极极化；然后，将工作电极在溶液介质中静止至开路电位稳定。每次测试后都应将工作电极重新打磨或更换新的工作电极。对电极(CE)采用Pt电极，参比电极(RE)采用饱和甘汞电极(SCE)，所有电位都相对于此电位。据此分析材料的耐点蚀性能及耐晶间腐蚀性能。

表1 SAF2906的化学成分 Wt

2 实验结果与分析

2.1 极化曲线测试

图1 SAF2906在3.5 WtNaCl溶液中的极化曲线

图1中，a点为阴极极化曲线和阳极极化曲线的交点，对应的电位是试验材料的自腐蚀电位；bc段对应的是钝化区，此时，在试样的表面生成一层钝化膜，试样极化曲线具有宽的钝化区，大约0.8 V左右，进入钝化区后，受腐蚀电位的影响很小，腐蚀电流密度保持在一个较低的水平，且随着电位的增加缓慢升高，在这个过程中，腐蚀是以钝化膜的形成及均匀腐蚀的方式进行；当电位上升至c点时，腐蚀电流密度急剧增加，此为击破电位，试样进入过钝化区，钝化膜的腐蚀速率高于其形成速率，对应着钝化膜发生破裂，表现出典型的点蚀特征[5]。从曲线上可以看出，进入过钝化区后，腐蚀电流密度在击破电位附近是一个缓慢增加的过程，而不是在某一特定电位突然增大，这说明试样的点蚀是因表面吸附NaCl溶液中的阴离子(Cl-)加速局部钝化膜的溶解减薄而发生。

金属发生腐蚀的电化学本质是形成了腐蚀原电池，决定金属耐蚀性的主要因素不是原电池的电动势大小，而是极化作用的大小[6]。根据法拉第定律，金属的腐蚀速度K与腐蚀电流密度Icorr成正比例关系[7]。

(1)

式中：Icorr为腐蚀电流密度；A为原子量；n为得失电子数；F为法拉第常数，对于同种材料，式中A、n均为定值。由式(1)可见，腐蚀速度K与腐蚀电流密度Icorr成正比例关系，因此，可用腐蚀电流密度来反映金属的腐蚀状况。表2显示了试样的腐蚀电流密度，可知SAF2906具有良好的耐点蚀性能。

表2 SAF2906试样的腐蚀电流密度

2.2 晶间腐蚀性能测试

晶间腐蚀测试采用电化学动电位再活化法(electrochemical potentiokinetic reactiva-tion，EPR)，试验条件如表3所示。

表3 EPR试验条件

进行EPR试验时，试样先在溶液中浸泡20 min，得到稳定的腐蚀电位Ecorr约为-400 mV(SCE)，然后，以1.66 mV/s的电位扫描速度阳极极化至0 mV(SCE)，再以同样的速度反向扫描至腐蚀电位Ecorr。极化曲线上出现两个峰，即活化峰和再活化峰。Ia表示活化峰峰值电流密度，Ir为再活化峰峰值电流密度。图2所示为SAF2906的EPR测试图，表4为SAF2906的EPR测试结果数据。

图2 SAF2906在3.5 Wt NaCl溶液中的ERP曲线

表4 SAF2906的EPR测试结果数据

电流比值Ir/Ia代表不锈钢敏化程度，比值越小则越耐晶间腐蚀。从图2可知，SAF2906的阳极极化环的峰值较高，而再活化环的峰值较低，其再活化率Ra很小，因而SAF2906具备优异的耐晶间腐蚀性能。

EPR法是利用不锈钢的钝化再活化关联钝化膜中主体合金元素的含量及其特性这一特点，研究钢的敏化行为。在钝化状态下，钝化膜的形态、结构在很大程度上依赖于固溶体中Cr、Mo的含量。在一定电解质和外加电位作用下，钢的表面将形成一层完整、致密的钝化膜。而经敏化的试样因晶界

贫Cr，形成的钝化膜是不完整的。当在外加电位回扫到再活化区时，不完整的钝化膜将优先受到腐蚀，这在极化曲线上表现为一个大的活化峰；而在富Cr区几乎不腐蚀，对应的极化曲线上不出现再活化峰或仅有一个很小的峰。SAF2906双相不锈钢在晶界附近有Cr的富集，电极电位较高，表现出明显的钝化膜稳定性，因此，再活化峰值很小，表现出极其优异的耐晶间腐蚀性能。

3 结束语

[1] 吴玖. 双相不锈钢[M]. 北京: 冶金工业出版社, 1999.

[2] Kangas P, Nilsson J O. Influence of phase transformations on mechanical properties and corrosion properties in duplex stainless steel[C]. Beijing: Stainless steel council China Special steel Enterprises association, 2006.

[3] Yamada T, Okano S, Kuwano H. Mechanical property and microstructural change by thermal aging of SCS14A cast duplex stainless steel[J]. Journal of Nuclear Materials. 2006, 350(1): 47-55.

[4] Cvijovic Z, Radenkovic G. Microstructure and pitting corrosion resistance of annealed duplex stainless steel[J]. Corrosion Science. 2006, 48(12): 3887-3906.

[5] 曹楚南. 腐蚀电化学原理[M]. 北京:化学工业出版社,2001.

[6] 魏宝明. 金属腐蚀理论及其应用[M]. 北京:化学工业出版社,1996.

[7] 付燕,林昌健,蔡文达. 微电化学技术研究双相不锈钢优选腐蚀行为[J]. 金属学报,2005,41(3):302-306.

Experimental Research on Electrochemical Corrosion Property of Super Duplex Stainless Steel

CHEN Qia, LIU Dongb

(a.Laboratory Construction and Equipment Administration;b. School of Mechanical Engineering and Automation, Fuzhou University, Fuzhou 350116, China)

SAF2906 super duplex stainless steel; electrochemical technology; corrosion resistant property ;experiment

2014-07-16

陈 祺(1970-)，男，硕士，实习研究员，主要从事实验技术研究及实验室管理工作。

TG174.2

A

10.3969/j.issn.1672-4550.2014.06.009