304不銹鋼晶間敏化行為

姜愛華，陳 亮，丁 毅，馬立群

（南京工業(yè)大學(xué) 材料科學(xué)與工程學(xué)院，南京210009）

晶間腐蝕的機(jī)理目前主要有三種理論：貧鉻理論、第二相析出理論和晶界吸附理論［1-3］。奧氏體不銹鋼在敏化溫度（450～900℃）范圍內(nèi)加熱或緩慢冷卻，碳傾向于和鉻及鐵結(jié)合形成復(fù)雜的碳化物（CrFe）23C6，從過飽和的奧氏體中析出而分布在晶界上［4］。國內(nèi)外的相關(guān)文獻(xiàn)［4-6］大多研究碳化物的形成機(jī)理和形態(tài)，較少研究貧鉻區(qū)的分布形態(tài)。但是貧鉻區(qū)的形態(tài)特征和碳化物形成規(guī)律和形態(tài)的研究具有相互佐證的意義，而且能夠?yàn)檠芯坎讳P鋼晶間腐蝕破壞的起因和發(fā)展規(guī)律提供理論依據(jù)。本工作采用金相觀察法研究不同敏化條件下304不銹鋼的貧鉻區(qū)分布的形態(tài)特征。

1 試驗(yàn)

1.1 材料

試驗(yàn)材料為304不銹鋼，其化學(xué)成分見表1。將材料在特定的敏化條件下進(jìn)行敏化處理，再將敏化后的材料制成面積為1cm2的圓形電極。每次試驗(yàn)前均采用SiC砂紙將電極表面逐級(jí)打磨至1 200＃，顯鏡面光亮，再使用去離子水和無水乙醇超聲清洗。

表1 試驗(yàn)用304不銹鋼的化學(xué)成分 %

1.2 試驗(yàn)

試樣的敏化處理主要分成兩大組：一組是在不同的溫度（500℃，550℃，600℃）下敏化相同的時(shí)間（0.5h），另一組是在相同溫度（650℃）下敏化不同的時(shí)間（0.5h，1h，1.5h，2h）。以研究不同敏化處理的304不銹鋼貧鉻區(qū)的分布形態(tài)。

由于雙環(huán)電化學(xué)動(dòng)電位再活化法（EPR）與10%的草酸電解侵蝕法相比，能夠有效地減小點(diǎn)蝕和試樣表面缺陷對(duì)金相觀察的干擾。因此采用EPR法對(duì)制備好的試樣進(jìn)行晶間腐蝕試驗(yàn)，然后采用MR-5000型金相顯微鏡觀察試驗(yàn)后試樣的金相組織。

EPR法測試的設(shè)備采用CHI660D。其中工作電極為不銹鋼電極，輔助電極為面積（1cm×1.5cm）鉑電極，參比電極為飽和甘汞電極（SCE）。所用電解質(zhì)溶液為0.5mol·L-1H2SO4＋0.01mol·L-1KSCN。首先將電極在電解池中放置10min，等開路電位穩(wěn)定后，以1.66mV·s-1的掃描速率正向掃到0.3V。達(dá)到最大電位后，以相同的速率反向掃描到起始電位。最后計(jì)算掃描所得到的兩個(gè)峰電流：Ia為正向掃描得到的最大活化電流，Ir為反向掃描得到的最大再活化電流，兩者的比值Ir∶Ia為敏化度（DOS）。未敏化304不銹鋼試樣采用EPR法的測試曲線見圖1。

圖1 未敏化的304不銹鋼試樣動(dòng)電位再活化曲線

2 結(jié)果與討論

2.1 低敏化度304不銹鋼的貧鉻區(qū)形態(tài)

表2為304不銹鋼在0，500℃，550℃和600℃下敏化0.5h后的敏化度。結(jié)果表明，隨著敏化溫度的升高，304不銹鋼的敏化度增大，但此時(shí)304不銹鋼的敏化度總體較低，晶間敏化處于發(fā)展初期。

表2 304不銹鋼在0～600℃下敏化0.5h后的敏化度

圖2為304不銹鋼在0，500℃，550℃和600℃下敏化0.5h后的金相照片。結(jié)果表明，未經(jīng)敏化的304不銹鋼雖然也能測試出敏化度，但金相照片中并不存在貧鉻區(qū)。敏化后的304不銹鋼經(jīng)過EPR測試后金相照片中能清楚的看出優(yōu)先腐蝕的貧鉻區(qū)。在敏化的初期，貧鉻區(qū)以點(diǎn)狀的形態(tài)分布于晶界的附近，隨著敏化程度的加劇，貧鉻區(qū)慢慢擴(kuò)展連接，并以鏈狀的形態(tài)分布于晶界的附近。由圖2可見，600℃敏化30min后的304不銹鋼雖然已經(jīng)有明顯的鏈狀分布的貧鉻區(qū)，但是大部分晶界的附近還未出現(xiàn)貧鉻區(qū)，表明此時(shí)試樣的敏化程度并不嚴(yán)重。

2.2 高敏化度304不銹鋼的貧鉻區(qū)形態(tài)

表3為304不銹鋼在650℃下敏化0.5～2h后的敏化度。結(jié)果表明，隨著敏化時(shí)間的延長，304不銹鋼的敏化度升高，敏化2h后的304不銹鋼敏化度高達(dá)46%，晶間敏化處于中后期。

表3 304不銹鋼在650℃下敏化0.5～2h后的敏化度

圖3為304不銹鋼在650℃下敏化0.5～2h后的金相照片。結(jié)果表明，隨著敏化程度的加劇，鏈狀的貧鉻區(qū)會(huì)相互交聯(lián)，最終形成網(wǎng)狀，并分布于晶界附近。由圖3可見，經(jīng)過650℃敏化2h后的304不銹鋼，具有明顯的網(wǎng)狀貧鉻區(qū)，且貧鉻區(qū)分布于整個(gè)晶界的附近。此時(shí)的試樣已經(jīng)發(fā)生嚴(yán)重的晶界敏化，在腐蝕性環(huán)境中很容易發(fā)生晶間腐蝕失效。

3 結(jié)論

（1）304不銹鋼在晶間敏化初期時(shí)，貧鉻區(qū)以點(diǎn)狀分布于晶界附近，隨著敏化程度的加劇，貧鉻區(qū)不斷擴(kuò)展，由點(diǎn)狀連接成鏈狀。

（2）處于敏化中后期的304不銹鋼，由于敏化程度進(jìn)一步加劇，鏈狀的貧鉻區(qū)發(fā)生了交聯(lián)，以網(wǎng)狀分布于晶界附近。

（3）當(dāng)試樣的敏化度達(dá)到46%時(shí)，貧鉻區(qū)以網(wǎng)狀分布于整個(gè)晶界附近。此時(shí)的試樣在腐蝕環(huán)境中極容易發(fā)生晶間腐蝕失效。

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