不同δ鐵素體含量的1Cr17Ni2鋼耐腐蝕性能研究

劉 松

(中航工業(yè)金城南京機電液壓工程研究中心，南京 211106)

不同δ鐵素體含量的1Cr17Ni2鋼耐腐蝕性能研究

劉 松

(中航工業(yè)金城南京機電液壓工程研究中心，南京 211106)

研究1Cr17Ni2不銹鋼中不同δ鐵素體相含量變化分別在FeCl3溶液和HNO3+HF溶液中的耐腐蝕行為。通過腐蝕失重率計算及光學金相顯微鏡、掃描電子顯微鏡的觀察發(fā)現(xiàn)：在FeCl3溶液中，δ鐵素體的存在減弱了1Cr17Ni2不銹鋼的耐腐蝕性能，δ鐵素體是優(yōu)選腐蝕相；而在HNO3+HF溶液中，δ鐵素體的存在增強1Cr17Ni2不銹鋼的耐腐蝕性能，優(yōu)選腐蝕相則變成了回火索氏體。通過表面腐蝕形貌表征可以實現(xiàn)反推其受到腐蝕介質環(huán)境的性質，為1Cr17Ni2不銹鋼腐蝕失效與預防提供可行的方法和依據。

不銹鋼；δ鐵素體；回火索氏體；優(yōu)選腐蝕

0 引言

不銹鋼是目前各工業(yè)領域最為常用的一類金屬材料，按相組成可分為馬氏體型、奧氏體型、鐵素體型、雙相不銹鋼等。δ鐵素體往往會在一些類型的不銹鋼出現(xiàn)，而使其性能產生一些變化[1-5]。不銹鋼除了要發(fā)揮結構強度作用，更為主要的是具有良好的耐腐蝕性能。但由于多相組織結構的存在，勢必會發(fā)生優(yōu)選腐蝕現(xiàn)象(即在腐蝕介質中各相腐蝕速率存在差異)，甚至在不同的腐蝕介質中腐蝕速率發(fā)生反轉性變化。如Sridhar等[6]發(fā)現(xiàn)高氮雙相不銹鋼在含有Clˉ的溶液中，存在鐵素體優(yōu)先腐蝕的現(xiàn)象；付燕等[7-8]發(fā)現(xiàn)，在1.5 mol/L HNO3和1.5 mol/L HNO3+0.5 mol/L FeCl3溶液中奧氏體相腐蝕電流均比鐵素體相腐蝕電流大，奧氏體是優(yōu)選腐蝕相；Chandra等[4]在研究雙相不銹鋼的電化學行為時發(fā)現(xiàn)400 ℃時效5 000 h 的DSS 2205鋼在HCl溶液中陽極極化后點腐蝕發(fā)生于δ鐵素體相。由此推想對于同一多相組織結構的金屬材料，腐蝕介質性質不同，優(yōu)選腐蝕相會隨之發(fā)生變化，其耐腐蝕性能也會發(fā)生變化。

1Cr17Ni2鋼是一種具有較高強度和良好耐腐蝕性能的馬氏體型不銹鋼，廣泛應用在航空航天、海洋船舶、化工機械、水利電力、機械制造等工業(yè)領域[9-11]。由于材料成分及冶煉工藝的影響，1Cr17Ni2鋼中經常會有不同含量的δ鐵素體存在[12-13]。不同含量的δ鐵素體在不同腐蝕溶液中會出現(xiàn)不同的耐腐蝕行為。研究1Cr17Ni2不銹鋼中δ鐵素體含量在不同腐蝕溶液中耐腐蝕行為，并探究δ鐵素體相對于其他相的耐腐蝕能力，為1Cr17Ni2不銹鋼的防腐蝕應用和腐蝕預防提供依據。

1 試驗方法

1.1 試驗材料及設備

試驗材料取自于不同的1Cr17Ni2不銹鋼棒，化學成分見表1。腐蝕溶液配方分別為：6 g FeCl3+94 mL H2O；15 mL HNO3+15 mL HF+70 mL H2O。

試驗應用的設備有YJXSX2-1型智能熱處理爐、Zeiss-200MAT型金相顯微鏡、FEI-quanta650型掃描電子顯微鏡、Sartorious BSA124S型高精度電子天平。

1.2 試驗過程

首先在不同1Cr17Ni2不銹鋼(δ鐵素體含量不同)棒上用機械加工方式制取多塊20 mm×20 mm×30 mm試樣(30 mm方向為不銹鋼棒軸向鍛軋方向)進行同爐熱處理。熱處理采用淬火+高溫回火工藝：1 020 ℃保溫0.5 h，水冷；630 ℃保溫2 h，水冷。A試樣金相組織為回火索氏體，其他3塊試樣金相組織均為回火索氏體+δ鐵素體，只是δ鐵素體含量不同(圖1)。然后把熱處理后的試樣加工成15 mm×15 mm×25 mm(去除熱處理對表面的影響)，表面粗糙度達到0.8 μm；噴砂處

表1 1Cr17Ni2不銹鋼試樣的化學成分 (質量分數 /%)Table 1 Composition of 1Cr17Ni2 stainless steel specimen (mass fraction /%)

圖1 金相組織形貌Fig.1 OM microstructure of different samples

理后，同時在配方為6 g FeCl3+94 mL H2O的腐蝕液中一起浸蝕24 h后，計算腐蝕失重率。最后把相同的試樣(已在FeCl3溶液腐蝕過的試樣)加工成10 mm×10 mm×20 mm(確保去除腐蝕面的影響)，表面粗糙度達到0.8 μm；噴砂處理后，同時在配方為15 mL HNO3+15 mL HF +70 mL H2O的腐蝕液中一起浸蝕20 min后，計算腐蝕失重率。每次浸蝕前均用電子天平及千分尺對試樣質量和尺寸進行測量；應用超聲波清洗儀對浸蝕后的試樣清洗完成后，再次應用電子天平進行稱重。

腐蝕失重率v=(W前-W后)/S表。W前為試驗前試樣的質量，g；W后為試驗腐蝕后試樣的質量，g；S表為試驗前試樣的表面積，cm2。

2 試驗結果與討論

把4塊δ鐵素體含量不同的試樣，同時在FeCl3腐蝕溶液中一起浸蝕24 h，超聲波清洗后，計算每個試樣的腐蝕失重率。結果發(fā)現(xiàn)，隨著δ鐵素體含量的增多，其腐蝕失重率也增大(圖2a)。把4塊試樣同時在HNO3+HF腐蝕溶液中一起浸蝕20 min，超聲波清洗后，計算每個試樣的腐蝕失重率卻發(fā)現(xiàn)，隨著δ鐵素體含量的增多，其腐蝕失重率減小(圖2b)。通過觀察試樣腐蝕后的表面形貌發(fā)現(xiàn)，在FeCl3腐蝕溶液中δ鐵素體為優(yōu)選腐蝕相，而易被腐蝕(圖3a)；而在HNO3+HF腐蝕溶液中回火索氏體則變?yōu)榱藘?yōu)選腐蝕相(圖3b)。由此可知，δ鐵素體含量變化會對1Cr17Ni2不銹鋼耐腐蝕性能產生影響。隨著腐蝕介質性質的變化，δ鐵素體對1Cr17Ni2不銹鋼耐腐蝕性能影響也不同。分析認為在FeCl3腐蝕溶液環(huán)境下，δ鐵素體的存在減弱了耐腐蝕性；而在HNO3+HF腐蝕溶液環(huán)境下，δ鐵素體的存在可以增強耐腐蝕性。分析FeCl3溶液性質認為，F(xiàn)eCl3溶液含有Fe3+和Clˉ，屬于含有Clˉ的溶液。因此可以推斷，1Cr17Ni2 不銹鋼在含有Clˉ的溶液中，δ鐵素體相是優(yōu)選腐蝕相，對其的耐腐蝕性是不利的。在含Clˉ環(huán)境中，應使合金中不含δ鐵素體或含量較少，有利其抗腐蝕。分析HNO3+HF溶液性質不難看出，其屬于酸性的溶液。因此推斷1Cr17Ni2不銹鋼在酸性溶液中，δ鐵素體對其耐腐蝕性是有利的。在酸性環(huán)境中，使用含δ鐵素體較多的1Cr17Ni2不銹鋼，對其抗腐蝕是有利的。試驗研究可知，δ鐵素體在Clˉ環(huán)境介質腐蝕過程中易優(yōu)選腐蝕，而在酸性環(huán)境中索氏體相較δ鐵素體更易腐蝕，因而可以通過表面腐蝕形貌表征反推其受到腐蝕介質環(huán)境的性質，為腐蝕失效與預防提供可行的方法和依據。

圖2 試樣在不同腐蝕溶液中的腐蝕失重情況變化Fig.2 Corrosion weight loss of samples in different solutions

3 結論

1)在FeCl3腐蝕溶液中，δ鐵素體的存在減弱了1Cr17Ni2不銹鋼的耐腐蝕性能；而在HNO3+HF腐蝕溶液中，δ鐵素體的存在增強了耐腐蝕性能。

2)1Cr17Ni2鋼中δ鐵素體含量對其在不同腐蝕溶液中耐腐蝕性能產生的影響，主要與優(yōu)選腐蝕現(xiàn)象有關。在FeCl3腐蝕溶液中，δ鐵素體為優(yōu)選腐蝕相；而在HNO3+HF腐蝕溶液中，優(yōu)選腐蝕相則變?yōu)榱嘶鼗鹚魇象w。

圖3 試樣在不同腐蝕溶液中的腐蝕形貌Fig.3 Surface micrographs of samples after corrosion in different solutions

3)1Cr17Ni2不銹鋼中的δ鐵素體對其在Clˉ環(huán)境中的耐腐蝕性是有害的，而對其在酸性環(huán)境中的耐腐蝕性卻是有利的。

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Effect of δ-ferrite on Corrosion Resistance of 1Cr17Ni2 Stainless Steel in Different Solutions

LIU Song

(AVICJinchengNanjingElectricalandHydraulicEngineeringResearchCenter,Nanjing211106,China)

The effect of δ-ferrite on the corrosion resistance of 1Cr17Ni2 stainless steel in different solutions was studied by weight loss rate testing, optical microscopy (OM) and scanning electron microscopy (SEM). The results show that δ-ferrite weakens the corrosion resistance of 1Cr17Ni2 stainless steel in FeCl3solutions, and δ-ferrite is the selective dissolution phase. In HNO3+HF solutions, δ-ferrite enhances the corrosion resistance of 1Cr17Ni2 stainless steel, and tempered sorbite is the selective dissolution phase. The method of distinguishing and analyzing the corrosion surface micrographs to study the selective dissolution behavior of 1Cr17Ni2 stainless steel can also be used to find out the corrosive environment, and provide a basis for corrosion failure analysis and prevention.

stainless steel; δ-ferrite; tempered sorbite; selective dissolution

2017年3月1日

2017年5月17日

劉松(1979年-)，男，碩士，高級工程師，主要從事金屬材料檢測技術和失效分析等方面的研究。

TG172

A

10.3969/j.issn.1673-6214.2017.04.012

1673-6214(2017)04-0265-04