時效處理工藝對海工用高氮不銹鋼耐蝕性的影響

海工用不銹鋼需要長時間浸泡在海水當(dāng)中，而海水自身是一種良好的電解質(zhì)，具有含鹽量高、電阻率小等特點，對不銹鋼的耐腐蝕性是一種較大的考驗。主要以18Cr15.5Mn1.4MoN系高氮奧氏體不銹鋼為研究對象，通過固溶后的時效處理，分析時效第二相析出行為對試驗鋼耐蝕性能的影響。對試驗鋼進行鹽霧腐蝕試驗，計算其失重率和腐蝕速率，并測定試驗鋼動電位極化曲線。試驗結(jié)果表明，不同時效處理后的試驗鋼耐蝕性能差距較大，600℃時效0.5h試驗鋼耐蝕性能最佳，失重率和腐蝕速率分別為1.157%、4.608×10-5

g/(cm2·h)；800℃時效2h耐蝕性能最差，失重率和腐蝕速率分別為3.737%、1.502×10-4

g/(cm2·h)；而316L不銹鋼耐蝕性能介于兩者之間，失重率和腐蝕速率分別為1.423%、6.751×10-5

g/(cm2·h)；當(dāng)?shù)诙郈r2N大量析出時，會嚴(yán)重降低試樣鋼耐蝕性能。通過觀察海工用高氮不銹鋼第二相析出和溶解行為，闡明第二相析出行為與高氮不銹鋼耐蝕性之間的關(guān)系，為后續(xù)分析高溫下第二相析出物對金屬材料性能影響提供理論依據(jù)。

1、關(guān)鍵詞高氮鋼；時效處理；耐蝕；極化曲線；失重率

2、引言在海洋環(huán)境中，根據(jù)腐蝕機理可分為5個腐蝕區(qū)，分別為大氣區(qū)、飛濺區(qū)、潮差區(qū)、全浸區(qū)、泥土區(qū)。每個區(qū)域由于pH、氧環(huán)境及溫度差異造成金屬材料腐蝕速率和腐蝕種類各不相同。航船在海上工作，長期處于飛濺區(qū)的腐蝕環(huán)境中，主要遭受的腐蝕類型為點蝕及縫隙腐蝕。在飛濺區(qū)Cl離子含量偏高，且由于航船所暴露的空氣環(huán)境中氧富集，對材料的腐蝕行為有較強的影響。Cl離子附著在金屬表面的鈍化膜上，通過鈍化膜表面的缺陷和微孔進入到金屬基體中，此時金屬材料作為陰極、Cl離子作為陽極，加大了金屬基體的腐蝕速率。316L不銹鋼因具有優(yōu)異的抗Cl離子腐蝕性能常用于海洋工業(yè)生產(chǎn)當(dāng)中，隨著科技的發(fā)展，人們逐漸意識到316L不銹鋼中的Ni元素大大增加了其生產(chǎn)成本，且Ni元素屬于稀缺元素，從長遠(yuǎn)角度來看，找到一種可替代Ni元素且仍能使不銹鋼具有優(yōu)異耐蝕性能的元素就顯得尤為重要，高氮奧氏體不銹鋼由此應(yīng)運而生。HAZRAM等研究表明，用N元素代替不銹鋼中的Ni元素，可以提高基體抗局部腐蝕的能力，點蝕當(dāng)量EPR計算公式(EPR=w(［Cr］)+3.3w(［Mo］)+16w(［N］))亦可表明增加N元素含量對不銹鋼耐蝕性能的重要性。在船舶的制造過程中，無法避免鋼板之間的高溫焊接，這種新型無鎳高氮奧氏體不銹鋼在高溫下會有氮化物從奧氏體基體中析出，導(dǎo)致晶體貧鉻，當(dāng)晶粒中鉻質(zhì)量分?jǐn)?shù)w(［Cr］)<11.3%時，會破壞金屬材料表面鈍化膜的穩(wěn)定性，氮在金屬基體中活度較高，在敏化溫度區(qū)間(600～1100℃)會與鉻結(jié)合在晶界處析出Cr2N，導(dǎo)致晶界與基體產(chǎn)生錯位能差。晶體為正陽極，晶界為負(fù)陰極，會加速溶解，兩者行為均會對金屬表面鈍化膜產(chǎn)生不利影響。腐蝕行為會造成金屬內(nèi)部產(chǎn)生細(xì)微裂紋，當(dāng)部件受到外應(yīng)力影響時，極易產(chǎn)生破裂，是極為嚴(yán)重的安全隱患。因此探究高溫下第二相析出行為對高氮奧氏體不銹鋼耐蝕性能的影響就顯得尤為關(guān)鍵。本研究設(shè)計并冶煉出18Cr15.5Mn1.4MoN系高氮無鎳奧氏體不銹鋼，并以此為研究對象，對熱軋后的試驗鋼進行固溶處理，隨后對固溶態(tài)試驗鋼進行不同溫度、時間的時效處理。為模擬海洋腐蝕環(huán)境惡劣的飛濺區(qū)，采用鹽霧試驗分析不同時效處理手段對試驗鋼耐蝕性能的影響規(guī)律，并與海工常用的316L不銹鋼進行對比分析；采用動電位極化曲線掃描，分析高溫下第二相析出物對試驗鋼耐Cl離子點蝕性能的影響規(guī)律。

3、精選圖表

4、結(jié)

論對600、700、800℃分別時效處理0.5、1.0、1.5、2.0h后的試驗鋼進行鹽霧試驗和動電位極化曲線測定，分析其耐蝕性能，得到以下結(jié)果。1)隨著時效溫度和時間的增加，海工用高氮不銹鋼耐蝕性能逐漸降低，700、800℃時效溫度下，隨著時效時間的延長，耐蝕性能下降趨勢較大，且在時效1.0～1.5h時，由于Cr2N的大量析出試驗鋼耐蝕性能急劇下降。在800℃時效2.0h時，試驗鋼腐蝕速率達到1.502×10-4

g/(cm2·h)。2)在600℃時效條件下，試驗鋼腐蝕速率雖然也隨時效時間的延長而升高，但趨勢較為微弱，且腐蝕速率一直低于固溶態(tài)試驗鋼和316L不銹鋼。3)通過電化學(xué)試驗分析可知，隨著時效時間的增加，試驗鋼不同時效工藝下的電位差及電流密度差距增大，在800℃時效2.0h時，試驗鋼表現(xiàn)出較大的電流腐蝕密度，腐蝕電壓較低。4)與316L不銹鋼相比，固溶態(tài)試驗鋼和600、700℃時效0.5h試驗鋼具有更優(yōu)耐蝕性能，600℃時效0.5h時，耐蝕性能最佳；800℃時效1.5h時