347H不銹鋼電化學(xué)腐蝕行為研究

趙吉鵬, 王 軍, 劉天增, 李俊琛, 馮 力

(1. 甘肅省特種設(shè)備檢驗(yàn)檢測(cè)研究院, 甘肅 蘭州 730050; 2. 蘭州理工大學(xué) 材料科學(xué)與工程學(xué)院, 甘肅 蘭州 730050; 3. 蘭州理工大學(xué) 省部共建有色金屬先進(jìn)加工與再利用國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室, 甘肅 蘭州 730050; 4. 酒鋼集團(tuán)不銹鋼研究所, 甘肅 嘉峪關(guān) 735100)

隨著現(xiàn)代科技的發(fā)展,人們對(duì)材料的使用要求越來(lái)越高,不銹鋼因具有良好的力學(xué)性能、易加工性能、耐腐蝕性和抗氧化性等,廣泛應(yīng)用于石油、航海、汽車等領(lǐng)域[1-3].然而,不銹鋼在苛刻的環(huán)境下也會(huì)發(fā)生腐蝕,比如海洋環(huán)境中的侵蝕性離子Cl-很容易破壞不銹鋼表面的鈍化膜,使得不銹鋼基體直接暴露在侵蝕性環(huán)境中,發(fā)生嚴(yán)重的腐蝕.核電站在運(yùn)行過(guò)程中會(huì)經(jīng)歷不同的酸堿環(huán)境,在pH值較高的堿性條件下,不銹鋼會(huì)發(fā)生鈍化.電化學(xué)腐蝕研究中,腐蝕電位Ecorr和腐蝕電流密度Icorr作為共同判斷腐蝕快慢的兩個(gè)重要參數(shù),當(dāng)它們判斷結(jié)果不同時(shí),應(yīng)當(dāng)以腐蝕電流密度為準(zhǔn)[4-5].

電化學(xué)是不銹鋼耐腐蝕性能的重要研究方法之一,例如,Oguzie等[6]通過(guò)動(dòng)電位極化和電化學(xué)阻抗譜研究了Cu元素對(duì)奧氏體、鐵素體和馬氏體不銹鋼在0.1 mol/L的H2SO4溶液中的電化學(xué)腐蝕行為,結(jié)果表明,Cu元素會(huì)提高耐腐蝕性并促進(jìn)不銹鋼鈍化.劉全彬等[7]采用電化學(xué)阻抗譜和動(dòng)電位極化曲線等研究了00Cr15超級(jí)馬氏體不銹鋼在含有H2SO4的NaCl溶液中的腐蝕行為,結(jié)果表明,在含有Cl-的酸性介質(zhì)中,00Cr15超級(jí)馬氏體不銹鋼具有較強(qiáng)的再鈍化能力,從而提高了不銹鋼的抗腐蝕和抗點(diǎn)蝕性能.李成濤等[8]采用動(dòng)電位極化、電化學(xué)阻抗和M-S曲線等方法研究了316L、690合金在NaOH溶液中的電化學(xué)行為,發(fā)現(xiàn)316L不銹鋼和690合金在NaOH溶液中電化學(xué)阻抗譜的阻抗模值相近,根據(jù)Mott-Schottky曲線得到316L不銹鋼在NaOH溶液中形成鈍化膜的施主密度和受主密度比690合金的大,保護(hù)性較差.秦華等[9]采用浸泡法和動(dòng)電位極化法研究了316L和2205不銹鋼在5%H2SO4溶液中的電化學(xué)腐蝕行為,研究發(fā)現(xiàn)316L不銹鋼的腐蝕速度和腐蝕傾向均高于2205不銹鋼,在相同條件下,2205雙相不銹鋼具有更好的耐腐蝕性.Fattah-alhosseini[10]采用電化學(xué)阻抗譜和M-S分析等電化學(xué)技術(shù),研究AISI316L不銹鋼在0.05 mol/L H2SO4穩(wěn)定條件下的鈍化行為,發(fā)現(xiàn)鈍化膜的形成與電位無(wú)關(guān).

本文采用電化學(xué)方法,研究了國(guó)產(chǎn)熱軋態(tài)347H不銹鋼、固溶態(tài)酸洗347H不銹鋼和不同固溶處理后的347H不銹鋼在酸、堿、鹽三種腐蝕介質(zhì)中的腐蝕行為,通過(guò)動(dòng)電位極化曲線和電化學(xué)阻抗譜測(cè)定及分析不同狀態(tài)的347H不銹鋼的耐蝕性,從極化曲線測(cè)得擬合參數(shù)自腐蝕電流密度Icorr、自腐蝕電位Ecorr和極化電阻Rp,通過(guò)這些參數(shù)評(píng)價(jià)不同狀態(tài)的347H不銹鋼在三種腐蝕介質(zhì)中的耐腐蝕性,同時(shí)分析固溶處理對(duì)347H不銹鋼在酸、堿、鹽三種腐蝕介質(zhì)中耐腐蝕性能的影響.

1 實(shí)驗(yàn)

1.1 試樣準(zhǔn)備

實(shí)驗(yàn)所用材料為甘肅某鋼鐵集團(tuán)不銹鋼分公司生產(chǎn)的熱軋態(tài)奧氏體347H不銹鋼.347H不銹鋼的主要化學(xué)成分見(jiàn)表1.表2所示為熱軋態(tài)347H不銹鋼的固溶處理工藝.

表1 347H不銹鋼化學(xué)成分

表2 347H不銹鋼熱處理工藝

1.2 實(shí)驗(yàn)過(guò)程

采用線切割方法將347H不銹鋼板切割為10 mm×10 mm×10 mm的試樣,將切好的試樣分為2批,第一批為熱軋態(tài)347H不銹鋼,第二批分別經(jīng)過(guò)9種熱處理工藝.將試樣依次在240#、400#、600#、800#、1000#、1500#、2000#的砂紙上打磨,并拋光處理,將拋光面的背面用銅導(dǎo)線焊接,并用環(huán)氧樹(shù)脂封裝,留1 cm2的拋光面作為工作面積,在做電化學(xué)測(cè)試之前,在腐蝕介質(zhì)中穩(wěn)定10 min,溶液溫度選擇室溫,環(huán)境選擇大氣條件.利用CHI660D型電化學(xué)工作站測(cè)試347H不銹鋼在3.5wt.%NaCl、5wt.%H2SO4、5wt.%NaOH腐蝕介質(zhì)中的電化學(xué)阻抗譜和動(dòng)電位極化曲線,電化學(xué)阻抗譜是在開(kāi)路電位測(cè)試完成后進(jìn)行,掃描頻率為0.01～105Hz,施加擾動(dòng)信號(hào)的振幅為10 mV.通過(guò)Origin軟件和電化學(xué)工作站自帶軟件CHI660D對(duì)極化曲線擬合,可得出工件對(duì)應(yīng)的腐蝕電位、腐蝕電流密度和阻抗值等參數(shù).實(shí)驗(yàn)采用三電極體系的電化學(xué)裝置,以飽和甘汞電極作為3.5wt.%NaCl溶液和5wt.%H2SO4溶液的參比電極,以氧化汞電極作為5wt.%NaOH溶液的參比電極,鉑片電極為輔助電極,工作電極為347H不銹鋼,掃描速度為10 mV/s,極化曲線在-1～1 V掃描.實(shí)驗(yàn)測(cè)試時(shí)采用3個(gè)平行試樣,以保證試樣結(jié)果的準(zhǔn)確性.

2 實(shí)驗(yàn)結(jié)果與討論

2.1 3.5wt.%NaCl溶液中的電化學(xué)腐蝕性能

圖1為347H不銹鋼金相照片.圖2為347H不銹鋼在3.5wt.%NaCl腐蝕介質(zhì)中的電化學(xué)測(cè)試結(jié)果,3.5wt.%NaCl可以近似模擬出海水中的腐蝕情況,其中Cl-作為侵蝕性離子,使得不銹鋼發(fā)生點(diǎn)蝕.從圖2a的極化曲線中可以得到,兩種不銹鋼都存在活化區(qū)、鈍化過(guò)渡區(qū)、鈍化區(qū)和過(guò)鈍化區(qū),極化曲線表明在腐蝕過(guò)程中,347H不銹鋼表面形成了鈍化膜.對(duì)圖2a的極化曲線擬合得出三種不同的電化學(xué)參數(shù)(Ecorr、Icorr、Rp)見(jiàn)表3.根據(jù)擬合結(jié)果可得,固溶態(tài)酸洗347H不銹鋼具有更高的自腐蝕電位(Ecorr),更小的自腐蝕電流密度(Icorr)和更大的極化電阻(Rp),所以固溶態(tài)酸洗347H在3.5wt.%NaCl腐蝕介質(zhì)中具有更好的耐腐蝕性.在Nyquist圖中,曲線的半徑大小決定了阻抗值的大小,同時(shí)也決定了材料的耐腐蝕性,一般情況下,容抗弧半徑越大,材料的耐腐蝕性越好[11].從圖2b可以看出,固溶態(tài)酸洗347H不銹鋼的容抗弧半徑遠(yuǎn)大于熱軋態(tài)347H不銹鋼,說(shuō)明固溶態(tài)酸洗347H不銹鋼的耐腐蝕性優(yōu)于熱軋態(tài)347H不銹鋼,從圖2c相位角圖和圖2d Bode模圖中可以分別看出固溶態(tài)酸洗347H不銹鋼的相位角和低頻區(qū)的阻抗模值也比熱軋態(tài)347H不銹鋼的值大,所以固溶態(tài)酸洗347H不銹鋼在3.5wt.%NaCl中有更好的耐腐蝕性.

圖1 347H不銹鋼金相照片

圖2 347H不銹鋼在3.5wt.%NaCl腐蝕介質(zhì)中的電化學(xué)測(cè)試結(jié)果

表3 347H不銹鋼在3.5wt.%NaCl溶液中的擬合參數(shù)

圖3是1 120℃固溶處理不同保溫時(shí)間下熱軋態(tài)347H不銹鋼在3.5wt.%NaCl腐蝕介質(zhì)中的電化學(xué)測(cè)試結(jié)果.從圖3a可以得出,在不同時(shí)間下,1 120 ℃固溶處理的347H不銹鋼的自腐蝕電位和自腐蝕電流密度相差不大,表3的擬合參數(shù)表明,347H不銹鋼1 120 ℃固溶處理1 h下有較好的耐腐蝕性.Nyquist圖也表明,1 120 ℃固溶處理1 h時(shí),不銹鋼的容抗弧半徑明顯大于其他兩種熱處理工藝,并且相位角和低頻區(qū)的阻抗模值也大于其他兩種熱處理工藝.即,1 120 ℃固溶處理1 h的347H不銹鋼具有較好的耐腐蝕性.

圖3 347H不銹鋼經(jīng)1 120 ℃固溶處理后在3.5wt.%NaCl腐蝕介質(zhì)中的電化學(xué)測(cè)試結(jié)果

圖4是1 140 ℃固溶處理不同保溫時(shí)間下熱軋態(tài)347H不銹鋼在3.5wt.%NaCl腐蝕介質(zhì)中的電化學(xué)測(cè)試結(jié)果.從圖4a可以看出,不銹鋼在3.5wt.%NaCl腐蝕介質(zhì)中存在明顯的鈍化區(qū),結(jié)合表3可得,隨著固溶時(shí)間的增加,自腐蝕電位發(fā)生了左移,從原來(lái)的-0.479 V偏移至-0.646 V,不銹鋼經(jīng)過(guò)0.5 h固溶處理后,自腐蝕電流密度最低,極化電阻最大,具有最佳的耐腐蝕性能.在Nyquist圖中,經(jīng)過(guò)2 h固溶處理的不銹鋼在低頻區(qū)域出現(xiàn)了擴(kuò)散特性的Warburg阻抗,這可能是試樣表面出現(xiàn)了孔蝕,由于孔蝕相對(duì)封閉,傳質(zhì)過(guò)程受阻,此時(shí)的反應(yīng)速率由擴(kuò)散控制,因此在低頻區(qū)末端出現(xiàn)一段直線.從圖4c,d的相位角和低頻區(qū)的阻抗模值也可以同樣反映出經(jīng)過(guò)0.5 h固溶處理的不銹鋼具有較好的耐腐蝕性.

圖4 347H不銹鋼經(jīng)1 140 ℃固溶處理后在3.5wt.%NaCl腐蝕介質(zhì)中的電化學(xué)測(cè)試結(jié)果

圖5是1 160 ℃固溶處理，不同保溫時(shí)間下熱軋態(tài)347H不銹鋼在3.5wt.%NaCl腐蝕介質(zhì)中的電化學(xué)測(cè)試結(jié)果.從圖中可以看出,1 160 ℃固溶處理1 h的347H不銹鋼存在活化區(qū)、鈍化過(guò)渡區(qū)、鈍化區(qū)和過(guò)鈍化區(qū),自腐蝕電流密度最小,說(shuō)明經(jīng)過(guò)1 h的固溶處理后,347H不銹鋼更容易產(chǎn)生鈍化膜.表3結(jié)果顯示,1 160 ℃固溶處理0.5 h和2 h后不銹鋼腐蝕電流密度明顯提高,而且固溶處理1 h不銹鋼的極化電阻是固溶處理0.5 h和2 h不銹鋼的1.8倍和2.6倍.從圖5b～d中可知,經(jīng)過(guò)1 h固溶處理后,不銹鋼的容抗弧半圓的半徑、相位角和低頻區(qū)的阻抗模值大于0.5 h和2 h固溶處理.這充分說(shuō)明1 160 ℃固溶處理1 h的不銹鋼具有較好的耐腐蝕性.

圖5 347H不銹鋼經(jīng)1 160 ℃固溶處理后在3.5wt.%NaCl腐蝕介質(zhì)中的電化學(xué)測(cè)試結(jié)果

綜上所述,347H不銹鋼在3.5wt.%NaCl腐蝕介質(zhì)中都有不同程度的鈍化現(xiàn)象產(chǎn)生,固溶態(tài)酸洗347H不銹鋼在3.5wt.%NaCl腐蝕介質(zhì)中有較好的耐腐蝕性.經(jīng)過(guò)固溶處理后的熱軋態(tài)347H不銹鋼也展現(xiàn)出良好的耐腐蝕性,隨著固溶溫度的升高,347H不銹鋼在3.5wt.%NaCl腐蝕介質(zhì)中的耐腐蝕性降低,同時(shí)較長(zhǎng)的保溫時(shí)間會(huì)降低不銹鋼在3.5wt.%NaCl溶液中的耐腐蝕性.經(jīng)過(guò)對(duì)比發(fā)現(xiàn),固溶態(tài)酸洗347H不銹鋼有較正的自腐蝕電位和較小的自腐蝕電流密度,說(shuō)明這種工藝下不銹鋼在3.5wt.%NaCl溶液中生成的鈍化膜較穩(wěn)定,不容易被Cl-擊穿.通過(guò)電化學(xué)實(shí)驗(yàn)結(jié)果與金相組織晶粒大小的結(jié)果對(duì)比可得,347H不銹鋼晶粒尺寸越大,越不耐3.5wt.%NaCl溶液的腐蝕.

2.2 5wt.%H2SO4溶液中的電化學(xué)腐蝕性能

圖6是熱軋態(tài)與固溶態(tài)酸洗347H不銹鋼在5wt.%H2SO4腐蝕介質(zhì)中的電化學(xué)測(cè)試結(jié)果.從圖 中可以看到,兩種類型的347H不銹鋼在5wt.%H2SO4中的極化曲線的趨勢(shì)非常相似,結(jié)合表4的擬合參數(shù)顯示,兩種類型的不銹鋼在5wt.%H2SO4溶液中的自腐蝕電位和自腐蝕電流密度相近,所以,它們的耐腐蝕性相差不大.通過(guò)圖6b～d可以看到，固溶態(tài)酸洗347H不銹鋼的容抗弧半圓的半徑、相位角和低頻區(qū)的阻抗模值都比熱軋態(tài)347H不銹鋼的值大,這說(shuō)明固溶態(tài)酸洗347H不銹鋼在5wt.%H2SO4溶液中的耐腐蝕性要強(qiáng)于熱軋態(tài)347H不銹鋼.

圖6 347H不銹鋼在5wt.%H2SO4腐蝕介質(zhì)中的電化學(xué)測(cè)試結(jié)果

圖7是熱軋態(tài)347H不銹鋼經(jīng)1 120 ℃固溶處理后5wt.%H2SO4腐蝕介質(zhì)中的電化學(xué)測(cè)試結(jié)果.從圖中可以看出,經(jīng)過(guò)0.5 h固溶處理的不銹鋼具有較長(zhǎng)的鈍化區(qū)間,鈍化區(qū)間為-0.144～0.796 V,而且隨著固溶處理時(shí)間的增加,致鈍電位和維鈍電流密度也增加.維鈍電流密度代表了鈍化膜的溶解速率,其值越小不銹鋼越容易進(jìn)入鈍化區(qū),其鈍化膜保護(hù)性越強(qiáng)[12].從表4擬合的數(shù)據(jù)顯示,經(jīng)過(guò)0.5 h固溶處理的不銹鋼的自腐蝕電流密度相對(duì)較小,同樣也證實(shí)了經(jīng)過(guò)0.5 h固溶處理的不銹鋼耐腐蝕速率較小.從Nyquist圖中發(fā)現(xiàn),經(jīng)過(guò)1 120 ℃固溶處理的不銹鋼在高頻區(qū)都出現(xiàn)了一個(gè)容抗弧,低頻區(qū)也同樣出現(xiàn)了一個(gè)容抗弧特征,說(shuō)明在不銹鋼表面的大部分區(qū)域形成完整的吸附膜,但是在一小部分區(qū)域,硫酸溶液會(huì)穿透吸附膜,使不銹鋼表面與溶液直接接觸,導(dǎo)致金屬陽(yáng)極溶解.在金屬溶解的過(guò)程中,腐蝕電位和腐蝕電流密度都會(huì)變大,最終形成孔蝕.在圖7c～d中的Bode圖中也同樣反映出經(jīng)過(guò)0.5 h固溶處理的不銹鋼有較好的耐腐蝕性.

圖7 347H不銹鋼經(jīng)1 120 ℃固溶處理后在5wt.%H2SO4腐蝕介質(zhì)中的電化學(xué)測(cè)試結(jié)果

表4 347H不銹鋼在5wt.%H2SO4溶液中的擬合參數(shù)

圖8是熱軋態(tài)347H不銹鋼經(jīng)1 140 ℃固溶處理后5wt.%H2SO4腐蝕介質(zhì)中的電化學(xué)測(cè)試結(jié)果,經(jīng)過(guò)0.5 h固溶處理的不銹鋼,在陽(yáng)極極化曲線上,有明顯的鈍化區(qū),且鈍化區(qū)間較大,通過(guò)表4的數(shù)據(jù)可以得出,經(jīng)過(guò)0.5 h固溶處理的347H不銹鋼耐腐蝕性優(yōu)于另外兩種固溶處理工藝,但是總體而言,經(jīng)過(guò)1 140 ℃固溶處理后的不銹鋼的自腐蝕電位和自腐蝕電流密度差別不大.

圖8 347H不銹鋼經(jīng)1 140 ℃固溶處理后在5wt.%H2SO4腐蝕介質(zhì)中的電化學(xué)測(cè)試結(jié)果

圖9是熱軋態(tài)347H不銹鋼經(jīng)1 160 ℃固溶處理后5wt.%H2SO4腐蝕介質(zhì)中的電化學(xué)測(cè)試結(jié)果,從極化曲線圖9a中可以得出,經(jīng)過(guò)不同時(shí)間固溶處理的不銹鋼明顯存在活化區(qū),活化鈍化區(qū),鈍化區(qū)和過(guò)鈍化區(qū),經(jīng)過(guò)2 h固溶處理的不銹鋼的鈍化區(qū)間為-0.14～0.809 V,且具有較小的維鈍電流密度,較長(zhǎng)的鈍化區(qū)間,結(jié)合表4的數(shù)據(jù),說(shuō)明經(jīng)過(guò)2 h固溶處理的不銹鋼更耐5wt.%H2SO4的腐蝕.從圖9b～d可得,經(jīng)過(guò)2 h固溶處理的不銹鋼的容抗弧半徑、相位角和低頻區(qū)的阻抗模值都大于其他兩種固溶熱處理的不銹鋼,這也充分證明,經(jīng)過(guò)2 h固溶處理的不銹鋼有較好的耐蝕性.

圖9 347H不銹鋼經(jīng)1 160 ℃固溶處理后在5wt.%H2SO4腐蝕介質(zhì)中的電化學(xué)測(cè)試結(jié)果

綜上所述,從極化曲線的擬合參數(shù)來(lái)看,固溶態(tài)酸洗347H不銹鋼和熱軋態(tài)347H不銹鋼的自腐蝕電位和自腐蝕電流密度相差不是很大,相比較而言,固溶態(tài)酸洗347H不銹鋼的耐腐蝕較好.經(jīng)過(guò)1 160 ℃固溶處理2 h的347H不銹鋼的耐腐蝕性要比未經(jīng)處理的熱軋態(tài)347H的耐腐蝕性好.在5wt.%H2SO4腐蝕介質(zhì)中,不銹鋼晶粒尺寸的長(zhǎng)大,可提高347H不銹鋼的耐腐蝕性.

2.3 5wt.%NaOH溶液中的電化學(xué)腐蝕性能

圖10是347H不銹鋼在5wt.%NaOH腐蝕溶液中的電化學(xué)測(cè)試,從極化曲線可以看到,熱軋態(tài)和固溶酸洗347H不銹鋼直接進(jìn)入鈍化區(qū),在電位為0.5 V左右時(shí)電流密度急劇上升,從表5可以得到相關(guān)參數(shù),熱軋態(tài)347H不銹鋼具有較好的耐腐蝕性,因?yàn)槠渥愿g電流密度比固溶態(tài)酸洗347H的小一個(gè)數(shù)量級(jí).NaOH溶液作為強(qiáng)堿溶液,在pH值達(dá)到10的稀溶液中可使不銹鋼發(fā)生自鈍化,由于其在堿性溶液中,氫離子濃度較小,析氫反應(yīng)發(fā)生的概率較小.在金屬發(fā)生腐蝕的過(guò)程中在陰極反應(yīng)中是不可能發(fā)生析氫反應(yīng)的.由于在堿性溶液中,氧的還原電位要比氫的還原電位正,所以,在堿性溶液中往往會(huì)發(fā)生吸氧反應(yīng),由于吸氧反應(yīng)的電極電位較高,在整個(gè)極化過(guò)程中,陰極極化曲線和陽(yáng)極極化曲線在鈍化區(qū)相交,所以,347H不銹鋼在堿性溶液中直接進(jìn)入鈍化區(qū).在Nyquist圖中,可以發(fā)現(xiàn)熱軋態(tài)347H不銹鋼容抗弧的半徑較大,在圖10c～d所示Bode圖中,可以看到相位角和低頻區(qū)的阻抗模值都要大于固溶態(tài)酸洗347H不銹鋼,所以,熱軋態(tài)347H不銹鋼在5wt.%NaOH中更耐腐蝕.

圖10 347H不銹鋼在5wt.%NaOH腐蝕溶液中的電化學(xué)測(cè)試

圖11是熱軋態(tài)347H不銹鋼經(jīng)1 120 ℃固溶處理后5wt.%NaOH腐蝕介質(zhì)中的電化學(xué)測(cè)試結(jié)果.

圖11 347H不銹鋼經(jīng)1 120 ℃固溶處理后在5wt.%NaOH腐蝕介質(zhì)中的電化學(xué)測(cè)試結(jié)果

固溶處理后的不銹鋼在5wt.%NaOH腐蝕介質(zhì)中存在鈍化區(qū)和過(guò)鈍化區(qū),經(jīng)過(guò)1 120 ℃固溶處理后的不銹鋼比熱軋態(tài)不銹鋼的鈍化電位區(qū)間有所延長(zhǎng),這說(shuō)明熱處理使不銹鋼更容易在堿性溶液中發(fā)生鈍化,經(jīng)過(guò)1 h固溶處理的不銹鋼在0.5 V左右的電位下電流密度發(fā)生突增,經(jīng)過(guò)0.5 h和2 h固溶處理的不銹鋼在0.6 V左右發(fā)生電流密度的突增.表5數(shù)據(jù)顯示,經(jīng)過(guò)1 120 ℃固溶處理0.5 h的不銹鋼具有較正的自腐蝕電位和較低的自腐蝕電流密度,此時(shí)的極化電阻分別是經(jīng)過(guò)1 h和2 h固溶處理的3倍和1.7倍,這說(shuō)明經(jīng)過(guò)0.5 h固溶處理的不銹鋼在5wt.%NaOH腐蝕介質(zhì)中更耐腐蝕.從圖11b～d中可以明顯看到,經(jīng)過(guò)0.5 h固溶處理的不銹鋼形成的容抗弧半徑更大,相位角和低頻區(qū)的阻抗模值相比其他兩種固溶處理不銹鋼要大,這更能說(shuō)明經(jīng)過(guò)0.5 h固溶熱處理的不銹鋼耐堿性溶液性能更好.

圖12是熱軋態(tài)347H不銹鋼經(jīng)1 140 ℃固溶處理后5wt.%NaOH腐蝕介質(zhì)中的電化學(xué)測(cè)試結(jié)果.經(jīng)過(guò)1 140 ℃固溶處理的不銹鋼中存在明顯的鈍化區(qū),且固溶處理1 h的不銹鋼存在二次鈍化區(qū),形成二次鈍化現(xiàn)象可能與鈍化膜中形成的Cr的氧化物的轉(zhuǎn)變有關(guān)[13].在0.6 V附近發(fā)生電流密度的劇增,結(jié)合表5數(shù)據(jù)顯示,經(jīng)過(guò)0.5 h固溶處理的不銹鋼有較小的自腐蝕電位為-0.56 V,自腐蝕電流密度分別是另外兩種固溶處理的1/5和1/3倍,極化電阻分別為固溶處理1 h和2 h的3倍和2倍,進(jìn)一步說(shuō)明,經(jīng)過(guò)1 140 ℃固溶處理0.5 h的不銹鋼更耐5wt.%NaOH溶液的腐蝕.從圖12b～d可知,經(jīng)過(guò)1 140 ℃固溶處理0.5 h的不銹鋼的容抗弧半圓的半徑相位角和低頻區(qū)的阻抗模值更大,這更能說(shuō)明經(jīng)過(guò)1 140 ℃固溶處理0.5 h的不銹鋼更耐腐蝕.

圖12 347H不銹鋼經(jīng)1 140 ℃固溶處理后在5wt.%NaOH腐蝕介質(zhì)中的電化學(xué)測(cè)試結(jié)果

圖13是熱軋態(tài)347H不銹鋼經(jīng)1 160 ℃固溶處理后5wt.%NaOH腐蝕介質(zhì)中的電化學(xué)測(cè)試結(jié)果,結(jié)合表5擬合數(shù)據(jù)顯示,經(jīng)過(guò)0.5 h固溶處理的不銹鋼的自腐蝕電流密度要比其他兩種固溶處理的不銹鋼的自腐蝕電流密度小一個(gè)數(shù)量級(jí),并且極化電阻是固溶熱處理1 h和2 h的不銹鋼的3.5倍和2.5倍,這說(shuō)明經(jīng)過(guò)0.5 h固溶處理的不銹鋼耐5wt.%NaOH溶液的腐蝕更好.從極化曲線中可以得出,經(jīng)過(guò)固溶處理的不銹鋼直接進(jìn)入鈍化區(qū),在0.6 V的電位下發(fā)生電流密度突增,此時(shí)的鈍化膜可能發(fā)生了破裂,導(dǎo)致電流密度的突增,但是隨著電位的增加,電流密度逐漸變得平緩,這可能是不銹鋼中存在Cr的原因,在強(qiáng)堿溶液中,發(fā)生了鈍化膜的自我修復(fù).從圖13b～d中可得,經(jīng)過(guò)0.5 h固溶處理的不銹鋼的容抗弧半圓的半徑、相位角和低頻區(qū)的阻抗模值比另外兩種固溶處理的值大.所以,經(jīng)過(guò)0.5 h固溶處理的不銹鋼在5wt.%NaOH溶液中具有良好的耐蝕性.綜上所述,熱軋態(tài)347H不銹鋼在5wt.%NaOH溶液中具有較好的耐腐蝕性能,它和固溶態(tài)酸洗347H不銹鋼相比自腐蝕電流密度小一個(gè)數(shù)量級(jí),極化電阻是固溶態(tài)酸洗347H的8.7倍.然而對(duì)熱軋態(tài)347H進(jìn)行固溶處理后發(fā)現(xiàn),隨著固溶溫度的提升,固溶處理后的347H不銹鋼在5wt.%NaOH溶液中的耐腐蝕性降低.經(jīng)過(guò)0.5 h固溶處理后的347H不銹鋼在5wt.%NaOH溶液中耐腐蝕性最低,但是隨著對(duì)347H不銹鋼的固溶處理時(shí)間的延長(zhǎng)耐腐蝕性反而下降.通過(guò)金相組織照片和電化學(xué)腐蝕結(jié)果對(duì)比發(fā)現(xiàn),在5wt.%NaOH溶液中,固溶處理對(duì)347H不銹鋼在堿性溶液中的耐腐蝕性沒(méi)有改善.

圖13 347H不銹鋼經(jīng)1 160 ℃固溶處理后在5wt.%NaOH腐蝕介質(zhì)中的電化學(xué)測(cè)試結(jié)果

3 結(jié)論

1) 不同狀態(tài)的347H不銹鋼在3.5wt.%NaCl腐蝕介質(zhì)中都有不同程度的鈍化現(xiàn)象產(chǎn)生.固溶態(tài)酸洗347H在3.5wt.%NaCl腐蝕介質(zhì)中有較好的耐腐蝕性，隨著固溶溫度的升高,熱軋態(tài)347H不銹鋼在3.5wt.%NaCl腐蝕介質(zhì)中的耐腐蝕性降低.

2) 在5wt.%H2SO4還原性介質(zhì)中,由于其較高的氫離子濃度,不銹鋼347H表面的鈍化膜很容易破裂,導(dǎo)致自腐蝕電流密度相對(duì)較高.與3.5wt.%NaCl腐蝕介質(zhì)相比,347H不銹鋼在5wt.%H2SO4溶液中的耐腐蝕性相對(duì)較差.熱軋態(tài)347H不銹鋼經(jīng)過(guò)1 160 ℃固溶處理2 h后,不銹鋼在5wt.%H2SO4溶液中的耐腐蝕性有所提高.

3) 347H不銹鋼在5wt.%NaOH溶液中有良好的耐腐蝕性能,其中熱軋態(tài)347H不銹鋼在堿性溶液中表現(xiàn)出優(yōu)異的耐腐蝕性.對(duì)于熱軋態(tài)347H不銹鋼而言,固溶處理會(huì)降低347H不銹鋼在5wt.%NaOH溶液中的耐腐蝕性能,同一固溶溫度下,固溶時(shí)間越短不銹鋼耐腐蝕性能越好,固溶時(shí)間的增加,耐腐蝕性下降.