高氮奥氏体不锈钢具有优异的力学性能和腐蚀抗力,在制造外科工具、人体植入材料、强磁场检测仪器、首饰和厨房用具等方面有独特的优势。ni是奥氏体不锈钢中最常用的合金化元素,但从节省资源、避免磁性和人体过敏等方面考虑,应尽量减少或去除奥氏体不锈钢中的ni。本课题研究了无镍高氮高锰奥氏体不锈钢(hnsss)的均匀腐蚀、晶间腐蚀、缝隙腐蚀、点蚀性能及再钝化行为,并与商用316l不锈钢(316lss)对比,考察了冷变形、敏化处理等对hnssss的微观组织、钝化膜特征及耐蚀性的影响,讨论了相关的腐蚀机理。
实验材料为3种hnsss(a,b和c)及商用316lss。材料经固溶处理后备用。部分固溶hnsss样品经过冷轧,冷变形量分别为8%、30%、49%和60%。部分hnsss和316lss样品在650℃下敏化处理2h。金相样品抛光到1.5μm后在10%(质量分数)的草酸溶液中电解蚀刻,蚀刻电压为12v,时间为90s。
按照astm g31标准进行均匀腐蚀实验;按astm a-262 praice b标准进行晶间腐蚀实验;缝隙腐蚀和点蚀分别按照gb/t 10127-2002标准和gb/t 17897-1999标准进行。透射电镜观察的试样经过机械抛光后冲成3mm的圆片,经双喷电解减薄至观察试样,工作电压20v,温度-30℃。样品表面的腐蚀形貌采用扫描电镜和能谱仪进行观察和分析。利用x射线衍射仪对敏化后的样品进行析出相分析。钝化膜的化学成分采用x射线光电子谱(xps)分析得到。采用xpspeak4.1软件对xps数据进行扣除背底、分峰拟合处理、峰值标定和计算积分面积等。
结果表明:固溶hnsss的均匀腐蚀和晶间腐蚀抗力明显不如316lss的,敏化处理不影响钢的均匀腐蚀抗力,但导致晶间腐蚀抗力急剧弱化,尤其是无mo钢;固溶hnsss的缝隙和点蚀抗力优于316lss的,特别是含mo钢,敏化处理导致钢的缝隙腐蚀和点蚀抗力弱化;冷变形引入大量微观缺陷,导致钝化膜变薄,膜中稳定氧化物减少,保护性变差,降低了hnsss在含cl-溶液中的点蚀抗力,但改善了其再钝化性能;敏化析出χ相,导致hnsss的耐蚀性下降,再钝化性能劣化,且随冷变形量增加更为显著。