【摘要】：為了達(dá)到節(jié)約資源、高品質(zhì)和良好耐蝕性的目的，近幾十年來(lái)雙相不銹鋼迅猛發(fā)展，尤其是以提高M(jìn)n、N含量取代價(jià)格昂貴Ni的節(jié)鎳雙相不銹鋼。節(jié)鎳雙相不銹鋼由體積分?jǐn)?shù)相近的相和γ相組成，結(jié)合了二者優(yōu)良的機(jī)械性能和耐蝕性作為結(jié)構(gòu)材料廣泛應(yīng)用于諸多惡劣環(huán)境下，將來(lái)是最經(jīng)濟(jì)304奧氏體不銹鋼的替代品。但在實(shí)際工況條件下，如工件的消應(yīng)力退火處理、高溫下長(zhǎng)期服役、甚至從高溫緩慢冷卻、以及焊接熱影響區(qū)處理不當(dāng)、材料熱加工等等，使工件經(jīng)常處在300~1200℃區(qū)間。此時(shí)相界或晶界的析出相，/γ相比例以及奧氏體轉(zhuǎn)變，使得顯微組織改變，合金元素在兩相分布不均勻，因此兩相耐蝕性存在差異，影響整個(gè)材料的耐蝕性。 本文對(duì)S32101在300~1200℃進(jìn)行不同工藝的熱處理，以獲得所需組織。接著在Cl-、H+介質(zhì)中進(jìn)行電化學(xué)腐蝕：動(dòng)電位掃描、雙環(huán)動(dòng)電位電化學(xué)再活化（DL-EPR）和電化學(xué)阻抗譜（EIS）。最后采用第一性原理解釋選擇性腐蝕機(jī)制。研究結(jié)果表明： S32101在300~900℃時(shí)效處理2h后水淬。從金相顯微組織來(lái)看，這一溫度區(qū)間組織上主要是溫度達(dá)700℃鄰近區(qū)段時(shí)，相會(huì)發(fā)生共析轉(zhuǎn)變，產(chǎn)生析出相（碳氮化物和二次奧氏體）。隨著時(shí)效溫度從300℃升溫，顯微硬度逐漸增加；耐蝕性呈現(xiàn)拋物線型下降，電化學(xué)腐蝕過(guò)程中形成的鈍化膜致密性逐漸變差。溫度達(dá)700℃時(shí)，顯微硬度最大，耐蝕性最差。溫度繼續(xù)升高到900℃，顯微硬度值略微下降；耐蝕性有所提高，鈍化膜致密性提高。700℃進(jìn)行不同時(shí)間的時(shí)效處理后，隨著時(shí)效時(shí)間延長(zhǎng)，析出相在/γ相界或相晶內(nèi)析出且逐漸長(zhǎng)大并向相擴(kuò)散，析出相越來(lái)越多，顯微硬度呈線性增加；耐蝕性呈線性下降，鈍化膜致密性越來(lái)越差，最終不僅整個(gè)相被腐蝕，而且γ相的晶界也被腐蝕且明顯變粗。 S32101在950~1200℃保溫1h后水淬。從金相顯微組織來(lái)看，這一溫度區(qū)間組織上主要是、γ相的相對(duì)量的變化，并伴隨著各種合金元素在各相中的重新分布，因而也會(huì)對(duì)耐蝕性產(chǎn)生影響。Cl-腐蝕環(huán)境下：溫度從950℃升高到1200℃，點(diǎn)蝕均先發(fā)生于/γ相界面，并逐漸向相擴(kuò)展，最終相被腐蝕。具體來(lái)看各個(gè)溫度區(qū)間的耐蝕程度又各不同。溫度從950℃升高到1050℃，，/γ相比例對(duì)耐蝕性起主導(dǎo)作用：隨著溫度升高，γ相逐漸被溶解，點(diǎn)蝕優(yōu)先在/γ相界形核逐漸向相蔓延至整個(gè)相被腐蝕，直至γ相終止，點(diǎn)蝕程度逐漸減弱。當(dāng)溫度超過(guò)1100℃，/γ相比例和γ相的溶解和析出共同影響耐蝕性：1100℃時(shí)鐵素體中局部區(qū)域由于奧氏體的溶解出現(xiàn)了一些非常小尺寸的細(xì)條狀?yuàn)W氏體分布于鐵素體晶界上，點(diǎn)蝕在/γ相界形核，腐蝕程度最嚴(yán)重；溫度繼續(xù)升高時(shí)，這些小尺寸的細(xì)條狀?yuàn)W氏體將繼續(xù)甚至徹底溶解；當(dāng)溫度達(dá)到1150℃以上時(shí)，由于冷速較慢會(huì)由相內(nèi)的晶界處析出細(xì)小針狀或不規(guī)則形狀的二次奧氏體γ2，點(diǎn)蝕在/γ2相界形核，然后同時(shí)向相和γ2擴(kuò)散，γ2尺寸較小優(yōu)先被腐蝕，再向整個(gè)相擴(kuò)散，直至γ相停止。H+腐蝕環(huán)境下：腐蝕發(fā)生在/γ相界和γ晶界。 原子層次構(gòu)建的Fe-Cr-Ni、Fe-Cr-Mn結(jié)構(gòu)模型來(lái)看，對(duì)應(yīng)的fcc、bcc兩種結(jié)構(gòu)均為熱力學(xué)穩(wěn)定的結(jié)構(gòu)。從費(fèi)米能級(jí)處態(tài)密度來(lái)看，對(duì)于Fe10Cr4NiMn（2101）體系中，fcc結(jié)構(gòu)γ相的費(fèi)米能均低于bcc結(jié)構(gòu)相，說(shuō)明γ相的電化學(xué)活性低于相的，即γ相耐蝕性高于相，相將被腐蝕。對(duì)于Fe9Cr4Ni2Mo（2205）體系中，fcc結(jié)構(gòu)γ相的費(fèi)米能稍高于bcc結(jié)構(gòu)相，說(shuō)明γ相的電化學(xué)活性稍高于相的，即γ相耐蝕性稍低于相，γ相將被腐蝕。從2101和2205中、γ相費(fèi)米能處兩相的能量差來(lái)看，分別為17.5electrons/eV、0.8electrons/eV，說(shuō)明2101的能量差高于2205的，即同樣條件下，2205的耐蝕性遠(yuǎn)高于2101。體系加入N和Mo后費(fèi)米能降低，說(shuō)明電化學(xué)活性減弱，即耐蝕性提高，因此可以添加Mo、N或提高N的溶解度的合金元素來(lái)提升材料的耐蝕性。
[Abstract]:In order to achieve the purpose of saving resources, high quality and good corrosion resistance, the duplex stainless steel has developed rapidly in recent decades, especially nickel-nickel duplex stainless steel with high Mn and N content instead of expensive Ni. The nickel-nickel duplex stainless steel is composed of phase and phase with similar volume fraction, and combines excellent mechanical properties and corrosion resistance as structural materials and is widely used in many harsh environments, and in the future is an alternative to the most economical 304 austenitic stainless steel. However, under actual operating conditions, such as stress relief annealing treatment of work pieces, long-term service under high temperature, even slow cooling from high temperature, improper handling of welding heat affected areas, hot working of materials, etc., the workpiece is often in the range of 300-1200 鈩

本文編號(hào)：2286935