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            2205不銹鋼

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            錳對2205雙相不銹鋼耐點蝕性能的影響

            來源:至德鋼業 日期:2020-08-30 04:04:44 人氣:654

              浙江至德鋼業有限公司研究錳元素對2205雙相不銹鋼耐點蝕性能的影響,錳質量分數的變化范圍為0.93%~1.26%.分別采用化學腐蝕法、動電位極化法研究雙相不銹鋼2205的耐腐蝕性能,采用夾雜物自動分析技術研究錳對鋼中夾雜物種類及數量的影響,通過掃描電鏡、能譜及夾雜物原位分析法觀察化學腐蝕及電化學腐蝕前后鋼中夾雜物及其周圍鋼基體的變化情況。采用電感耦合等離子體發光光譜測定腐蝕產物的成分.研究結果表明,不同類型的夾雜物對耐腐蝕性能的影響不同,(錳、硅)氧化物以及(錳、硅、鉻)氧硫化物在腐蝕液中更易溶解進而促進腐蝕,而(鉻、,錳、鋁)氧化物卻很穩定.錳的加入會促進鋼中(鉻、錳、鋁)夾雜的析出,此類夾雜物不僅自身很容易被含氯離子的溶液腐蝕,而且作為點蝕的起始點,促進了點蝕坑的形成,加快了基體腐蝕,最終導致不銹鋼耐點蝕性能的下降.


             2205不銹鋼是一種由鐵素體及奧氏體組成的雙相不銹鋼,其點蝕當量在35左右.與奧氏體不銹鋼相比,雙相不銹鋼有更高的強度,更好的韌性以及可焊接性能.與鐵素體不銹鋼相比,雙相不銹鋼有更好的耐腐蝕性能以及更高的屈服強度。因此2205雙相不銹鋼在石油、化工、造紙、能源、船舶、軍事等工業領域都有廣泛的應用。而2205雙相不銹鋼之所以可以在不銹鋼領域占據一席之地,除了優越的性能,還有更低的生產成本.不銹鋼生產中鎳的成本在所有合金中占比最大,而錳和鎳同為奧氏體穩定元素,因此添加較高含量的錳替代部分鎳的方案引起了企業的注意.2002年開發成功含錳雙相不銹鋼并投入市場.


             關于錳在雙相不銹鋼中的作用及對各種性能的影響,至德鋼業的研究表明,高錳高氮雙相不銹鋼中錳的加入能提高鋼中氮的溶解度,起到固氮作用。浙江至德鋼業有限公司對節鎳高錳型2101雙相不銹鋼焊接性能的研究發現,焊縫中的氧化物含錳、氮較高,這些氧化物降低了焊縫的耐蝕性能.蘇煜森等與方軼琉等對2101雙相不銹鋼高溫熱加工行為的研究發現,錳穩定奧氏體能力較鎳弱,樣品動態再結晶效果也會隨之變差。錳作為一種合金元素,能夠提高不銹鋼的拉伸性能,淬硬性以及延展性。至德鋼業研究了錳對雙相不銹鋼耐點蝕性能的影響,結果表明錳的加入會促進點蝕坑在奧氏體相及兩相交界處形成,降低鋼的耐點蝕性能。至德鋼業研究表明錳的加入促進高錳--氮雙相不銹鋼中錳、鉻氧化物的形成,而此類夾雜物可以作為點蝕源,降低不銹鋼的耐點蝕性能.至德鋼業在超級雙相不銹鋼25Cr--2Ni--3Mo--xMn--N的成分設計時,考慮了錳加入對不銹鋼耐點蝕性能的影響,當錳質量分數超過12%時,會有σ相生成,進而造成不銹鋼耐點蝕性能的下降.此外錳的加入勢必會影響鋼中夾雜物的形成,硫化錳作為最常見的夾雜物之一,除了降低不銹鋼的延性特性以外,由于其在含氯離子的溶液中易于溶解而作為點蝕的起始點,使金屬表面直接暴露在溶液中,加快腐蝕。2205雙相不銹鋼中硫含量很低,硫化錳夾雜較少,基本是氧化物夾雜,文獻中很少有人對這方面進行研究.因此有必要研究錳的加入對該鋼種中夾雜物的影響,以及各類夾雜物對耐腐蝕性能影響及機理。


             浙江至德鋼業有限公司以2205雙相不銹鋼為研究對象,采用化學腐蝕法、電化學腐蝕法、夾雜物原位分析法、夾雜物自動分析技術、電感耦合等離子體發光光譜等方法系統研究錳的加入對其耐點蝕性能的影響。


            一、實驗方法


             實驗原材料為2205雙相不銹鋼,來自于國內某不銹鋼企業,其化學成分見表。


              將200±1g的不銹鋼置于30mm×80mm的氧化鎂坩堝中,然后將其放入管式硅鉬棒爐中,全程通入200mL·min-1高純Ar保護,以5℃·min-1的速率升溫至1650℃,恒溫2小時,待樣品完全熔化后分別加入不同質量的電解金屬錳(錳質量分數>99%).每組水淬后的鋼錠經線切割,分別制成20mm×30mm×4mm的樣品兩個,10mm×10mm×4mm的樣品4個。試樣在1075℃固溶處理2小時后水淬,實驗裝置如圖所示。


             將試樣表面拋光至1.5um,用無水乙醇清洗干凈,熱風吹干,供夾雜物自動分析系統統計夾雜物的類型、尺寸和數量.再采用電子顯微鏡對特定類型的夾雜物進行觀察與分析。


             錳的添加對2205雙相不銹鋼腐蝕率的影響見圖,隨著錳加入量的增加,樣品腐蝕率也隨之升高.因此,錳的添加會降低雙相不銹鋼的耐蝕性能.而樣品的腐蝕失重主要來源于兩個方面,一是不銹鋼表面夾雜物的腐蝕,另一個是不銹鋼基體自身的腐蝕。


             為探究夾雜物腐蝕機理,首先采用掃描電鏡對2205雙相不銹鋼中的夾雜物進行觀察分析.鋼中夾雜物主要有3類,分別為(錳、硅)氧化物,(鉻、錳、鋁)氧化物以及(錳、硅、鉻)氧硫化物.各類夾雜物在腐蝕前后的形貌變化及夾雜物中成分質量分數見圖。(錳、硅)氧化物和(錳、硅、鉻)氧硫化物經化學腐蝕后,基本完全被溶解,并在樣品表面留下點蝕坑。而(鉻、錳、鋁)氧化物沒有任何變化。點蝕坑的形成必然會提高雙相不銹鋼的腐蝕率,降低其耐點蝕性能.采用夾雜物自動分析技術對這3類夾雜物的尺寸和分布密度進行統計分析。


              影響雙相不銹鋼耐點腐蝕率的另一個原因則是鋼基體的腐蝕,采用電感耦合等離子體發光光譜法測定腐蝕后溶液中錳、硅、鈦、鉻、鋁和鎳等元素的含量。由于未發現鋼中有含鎳夾雜物,因此溶液中的鎳元素主要來源于鋼基體,根據雙相不銹鋼化學成分,可折算出鋼基體的質量損失.而其他元素折合成相應的氧化物,計算得到夾雜物的總質量,計算結果如圖。圖中鋼基體的質量損失占絕大部分,說明對化學腐蝕而言,主要腐蝕的還是鋼基體,夾雜物的溶解腐蝕占比較?。摶w的質量損失一部分來自于基體的均勻腐蝕,另一部分為點蝕坑的加深造成的局部鋼基體的腐蝕.通過夾雜物數量的統計結果來看,隨著Mn的加入,鋼中夾雜物的數量明顯增加,尤其(錳、硅)氧化物,而此類夾雜物的溶解,在樣品表面留下大量的點蝕坑,這些點蝕坑會惡化點蝕環境,促進局部鋼基體的腐蝕.這說明導致鋼基體腐蝕率上升的原因并非均勻腐蝕,而是點蝕加劇的結果。


            二、結論


             1. 隨著錳含量的增加,2205雙相不銹鋼的腐蝕率升高,點蝕電位下降,耐點蝕性能降低。


             2. 在化學腐蝕過程中,不同夾雜物對腐蝕率的影響不同。(錳、硅)氧化物容易被腐蝕液溶解,并留下點蝕坑,進一步促進鋼基體的腐蝕。而(鉻、錳、鋁)氧化物不溶解于腐蝕液,對雙相不銹鋼的耐點蝕性能影響較小。此外,鋼基體的腐蝕占整個腐蝕質量損失的大部分,夾雜物的腐蝕占比較小。


             3. 在電化學腐蝕中,(錳、硅)氧化物的存在會惡化其周圍的腐蝕環境,促進點蝕坑的形成,降低雙相不銹鋼的耐點蝕性能。


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            本文標簽:雙相不銹鋼 

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