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近年来,随着冶炼不锈钢原材料价格的不断上涨,尤其是世界范围内镍资源的贫乏,开发并且大力推广节镍不锈钢新品种成了冶金学家们关心的首要问题,铁素体不锈钢由于不含镍或者含有少量贵重金属镍,价格低廉,逐渐地在不锈钢产业中发展了起来。钢材的防腐问题一直是困扰工业界的一大难题,仅在我国,每年因腐蚀造成的损失就达几百亿元,尤其是局部腐蚀由于其不可预见性而带来的突发危害,对工业生产带来的损失更是无法估量的。含铌超纯铁素体不锈钢由于间隙元素C+N含量低,具有良好的综合性能,主要用于汽车排气系统。本文以实验室条件下冶炼的Cr-Nb系、Cr-Nb-Mo系、Cr-Nb-Mo-Cu系和Cr-Nb-Ti系4类开发钢为研究对象,考虑到开发钢在使用中不可避免的腐蚀问题,本文主要研究了其耐局部腐蚀性能,并采用国内某钢厂生产的T409L作对比,同时利用金相显微镜、扫描电镜以及激光共聚焦显微镜等先进手段来辅助分析,探讨新开发钢种的耐局部腐蚀性能。 采用电化学动电位法研究了开发钢以及T409L在3.5%NaCl溶液中的阳极极化行为,结果表明开发钢的点蚀电位远远高于T409L,说明开发钢的耐点蚀性能优于T409L;而且新开发钢中含Mo的Cr-Mo-Nb-Cu系FSS3钢的点蚀电位最高,点蚀电位为0.212V,Cr-Nb-Mo系FSS2钢和Cr-Nb系FSSl钢次之,Cr-Nb-Ti系FSS4钢的点蚀电位最低,点蚀电位只有0.157V。在FeCl3浸泡实验中,利用腐蚀速率并结合点蚀孔数目、深度也得到了开发钢的耐点蚀性能优于T409L;开发钢中Cr-Mo-Nb-Cu系FSS3钢蚀孔小且数目少,其耐点蚀性能最好,而Cr-Nb-Ti系FSS4钢蚀孔多且深,其耐点蚀性能最差。对比电化学和FeCl3浸泡实验结果及其腐蚀形貌以及钢中夹杂物的形式认为开发钢中耐点蚀性能最好的是Cr-Mo-Nb-Cu系FSS3钢。合金元素对开发钢耐点蚀性能的影响可以归纳为:Mo能够很有效地提高钢的耐点腐蚀性能,Cu也有一定的有益作用,而添加Ti对于耐点腐蚀性能是有害的。 Mo元素对开发钢的耐晶间腐蚀性能影响很大,采用EPR法研究了不同热处理制度下试样在0.5M H2SO4+0.01M KSCN溶液中的极化行为,结果指出未添加Mo元素的Cr-Nb系FSSl钢和Cr-Nb-Ti系FSS4钢,不论是在固溶处理还是敏化处理条件下均发生了晶间腐蚀;而Cr-Mo-Nb系FSS2钢和Cr-Mo-Nb-Cu系FSS3钢在这两种热处理条件下均未发生晶间腐蚀;不论是含Mo的钢种还是不含Mo的,在敏化处理以后晶间腐蚀的敏感性都有增大的趋势。在敏化处理条件下,应用电化学EPR法研究了开发钢以及T409L在三种不同的实验介质中的极化曲线,得到了再活化率,结果表明随着介质中硫酸浓度的增大,晶间腐蚀的敏感性也增大;未添加Mo元素的FSSl和FSS4钢在所研究的实验溶液内,其活化与再活化电流密度比较大,即使是最低的硫酸浓度也能使这两个钢种发生严重的晶间腐蚀;而对添加了Mo元素的FSS2和FSS3钢当实验溶液中硫酸浓度增大到1mol/L时开始有晶界被腐蚀,增大到2mol/L时,才发现有明显的晶间腐蚀现象发生;利用EPR法检测含有Mo元素的开发钢时,硫酸浓度要增大到1mol/L以上。综合开发钢及T409L在A、B、C三种EPR溶液中的结果可以得出,T409L耐晶间腐蚀性能是最差的,开发钢中Cr-Nb-Mo-Cu系FSS3钢的耐晶间腐蚀性能最好;其次是Cr-Nb-Mo系FSS2钢和Cr-Nb系FSSl钢;Cr-Nb-Ti系FSS4钢的耐晶间腐蚀性能最差。 Fe2(SO4)3-H2SO4浸泡法与电化学EPR法对比研究表明:EPR方法对于检测开发钢晶间腐蚀敏感性有着普遍适用性,而Fe2(SO4)3-H2SO4浸泡法可以检测含有Mo的开发钢;但是对于不含Mo的开发钢由于试样表面发生了严重的全面腐蚀有一定的局限。开发钢在敏化处理后晶界析出物的分析,表明了开发钢的晶间腐蚀机理不能够使用传统铁素体不锈钢的贫铬理论来解释,其机理还有待于进一步的深入研究。 综合点蚀和晶间腐蚀的实验结果,开发钢具有较T409L好得多的耐局部腐蚀性能。并且开发钢中耐局部腐蚀性能最好的是Cr-Nb-Mo-Cu系FSS3钢;其次是Cr-Nb-Mo系FSS2钢和Cr-Nb系FSSl钢;Cr-Nb-Ti系FSS4钢的耐局部腐蚀性能最差。