1、上海工程技术大学毕业设计（论文） 时效温度对 2404 双相不锈钢点蚀行为的 影响 1 目 录 摘要 . 1 ABSTRACT . 2 0 引 言 . 4 0.1双相不锈钢的发展及分类 . 5 0.2双相不锈钢的组织 . 7 0.3 双相不锈钢的机械性能 . 8 0.4双相不锈钢的应用及研究现状 . 9 0.5双相不锈钢在工业中的应用 . 11 0.6 经济型双相不锈钢的研究现状 . 14 0.7 双相不锈钢应用中的腐蚀问题 . 16 0.8 有关双相不锈钢点蚀的研究现状 . 17 0.9 研究方向与内容 . 21 1 实验方案 . 21 1.1 实验材料 . 21 1.2 试验方法 . 22
2、 2 结果与分析 . 30 2.1 样品的微观组织演变 . 30 2.2 电化学测试结果 . 32 2.3.点蚀行为分析 . 36 3 结论与展望 . 39 上海工程技术大学毕业设计（论文） 时效温度对 2404 双相不锈钢点蚀行为的 影响 2 3.1 结论 . 39 3.2展望 . 39 参考文献 . 41 致谢 . 45 译文 . 46 原文说明 . 56 上海工程技术大学毕业设计（论文） 时效温度对 2404 双相不锈钢点蚀行为的 影响 1 摘 要 近年来由于镍和钼价格的上涨，节约型双相不锈钢在生产和应用过程中备受关注。为了使得节约型双相不锈钢在工业生产中获得更大的应用空间，一种新型节约
3、型双相不锈钢 2404 双相不锈钢于 2010 首次被奥特昆普钢铁公司开发出来并在 2011 年获得了美国材料实验协会的许可。但是与其它种类双相不锈钢一样，各种热加工和焊接工艺都会使得这类双相不锈钢原有的稳态平衡被打破，并有其它二次相析出。这些都会使得这类合金易于在腐蚀介质中产生局部腐蚀。 本文利用恒电位临界点蚀温度测试法和微观形貌观察法对中温 时效 热处理后 2404 双相不锈钢的点蚀行为 进行仔细研究。研究结果表明，当样品的 时效 温度低于 850，随 时效 温度的升高样品的点蚀抗力下降。之后，随温的进一步升高，样品的点蚀抗力上 升。 850为 2404双 相不锈钢点蚀抗力的最低 时效 温
4、度。 关键词 ： 双相不锈钢 ,点蚀 ,腐蚀机制 ,电化学测试 上海工程技术大学毕业设计（论文） 时效温度对 2404 双相不锈钢点蚀行为的 影响 2 Effects of aging temperature on 2404 duplex stainless steel pitting behavior ABSTRACT In recent years, due to rising nickel and molybdenum prices, lean duplex stainless steel has got attention in the production and applicati
5、on process. To make saving duplex stainless steel for greater use of space in industrial production, a new lean duplex stainless -2404 duplex stainless steel was developed in 2010 for the first time by Outokumpu steel company and became available from the American Society for Testing and Materials (
6、ASTM) in April 2011. However, during hot work or welding, their phase balance is disturbed and some undesirable phases are prone to form. This makes the alloys prone to producing pitting corrosion in corrosive media. The thesis focuses on the effect of aging temperature on the pitting corrosion beha
7、vior of 2404 duplex stainless steel using morphological observation and the potentiostatic critical pitting temperature technique. The results demonstrated that when the specimens were aged at the temperatures below 850 , the pitting corrosion resistance decreased with the increase of temperature. A
8、fter that temperature, the 上海工程技术大学毕业设计（论文） 时效温度对 2404 双相不锈钢点蚀行为的 影响 3 pitting corrosion resistance increase again with the increase of temperature. The lower pitting corrosion resistance for this steel was found when aged at approximately 850 . Key words: Duplex stainless steel， Pitting Corrosion ，
9、 corrosion mechanism， electrochemical measurement 上海工程技术大学毕业设计（论文） 时效温度对 2404 双相不锈钢点蚀行为的 影响 4 时效温度对 2404双相不锈钢点蚀行为的 影响 0 引言 近年来由于镍和钼价格的上涨，节约型双相不锈钢在生产和应用过程中备受关注。为了使得节约型双相不锈钢在工业生产中获得更大的应用空间，一种新型节约型双相不锈钢 2404 双相不锈钢于 2010 首次被奥特昆普钢铁公司开发出来并在 2011 年获得了美国材料实验协会的许可。这种新型合金因具有较高的耐腐蚀性能和优良的可焊接性等优点，有望于能够在一些新的领域得到广
10、泛应用。与其它牌号双相不锈钢一样，为确保其具有较好的综合性能，这种合金在生产和应用过程中除了避免其它二次危害相的析出外还必须尽量确保其铁素体相和奥氏体相 的体积比接近 1:1。但是在热加工和焊接过程中，这种稳定的平衡关系将会被打破，不锈钢中容易析出 Cr2N、 M23C6、 相和 相等二次析出相。这些析出相会使其周围的区域出现贫铬现象，从而引起不锈钢材料在使用过程中出现局部点腐蚀现象。 经济型双相不锈钢作为双相不锈钢发展的趋势之一，它是通过开发低镍量且不含铝或仅含少量铝的双相不锈钢，以降低双相不锈钢的成本和售价，并显著改善双相不锈钢的热加工性能和焊接性能，从而增加双相不锈钢与其他类型不锈钢的竞
11、争优势。这项工作不仅对双相不锈钢及其制造设备的安全高效与长周期运行有着 重要的意义，同时对开发新型高性能合金也有重要的意义。 上海工程技术大学毕业设计（论文） 时效温度对 2404 双相不锈钢点蚀行为的 影响 5 0.1 双相不锈钢的发展及分类 双相不锈钢是指在钢中既含有奥氏体又含有铁索体组织的钢种，而其中一相比例约为 45%-55%(量少相至少占 30%，典型的组织结构如图 0.1 所示 )1。由于双相不锈钢 具有两相组织结构，因而其性能便兼有奥氏体不锈钢和铁素体不锈钢的特点。与铁素体不锈钢相比，双相不锈钢的韧性高、脆性转变温度低、耐晶间腐蚀性能和焊接性能均显著提高，且保留了铁素体不锈钢的热
12、导率高、线膨胀系数小、具有超塑性等某些特点。与奥氏体不锈钢相比，其强度较高，特别 是其屈服强度显著提高，且耐晶间腐蚀、耐应力腐蚀、耐腐蚀疲劳等性能都有明显的改善。一般而言 ,双相不锈钢具有耐腐蚀性能，但是在特定条件下会发生局部腐蚀，包括点蚀、晶间腐蚀和蚀开裂等。与单相不锈钢不同，双相不锈钢局部腐蚀更为复杂，主要是相复杂组织。随着经济型双相钢种的应用日益广泛，其腐蚀问题的研究是不容忽视的。 图 0.1 双相不锈钢的金相组织 虽然双相不锈钢种类繁多，但常用双相不锈钢系列可以按其合金上海工程技术大学毕业设计（论文） 时效温度对 2404 双相不锈钢点蚀行为的 影响 6 成分和耐腐蚀能力，或 PRE(
13、Pitting Resistanee Equivilent,简称 PRE)值(耐点腐蚀能力当量 )而分成三大类：第一类类型的钢种是不含铝的，合金化程度较低的双相不锈钢，典型化学成分为 23%铬， 4%镍和 0.1%氮， SAF2304 就是这一类的典型代表。这类钢种具有一定的耐腐蚀性能，但其 PRE 值较低，仅为 25 左右，所以不能用于腐蚀性较强的环境中 ,但其耐应力腐蚀能力优异，其他方面的耐腐蚀能 力一般要优于304,某些方面与 316 相差不多。同时 ,此类型双相不锈钢由于不含铝而比较经济，一般可以取代 304， 316 类型的奥氏体不锈钢。 第二类类型的钢种一般称为标准双相不锈钢，其典
14、型成分为 22%铬， 5%镍， 3%钥和 0.17%氮，比如 Avesta Sheffield 2205，其 PRE 值较高，为 35 左右。所以其耐腐蚀性比不含铝的 SAF2304 型要高得多，此类型双相不锈钢的耐腐蚀性能在 316 和含 5-6%钥的超级奥氏体不锈钢之间。在许多情况下此类双相不锈钢是最为经济效益的材料，目前的发展趋势是进一步提高含氮量， 以增加在氯离子浓度高的酸性介质中的耐腐蚀性能。 第三类类型的钢种是最近发展起来的超级双相不锈钢，其合金元素的含量都很高，典型成分为 25%， 6-7%镍， 3-4%钼和 0.2-0.3%氮，SAF2507 为较成熟的钢种之一，此类型双相不锈
15、钢的 PRE值都很高 ,大于 40，因而称为超级双相不锈钢，具有极高的耐腐蚀性能主要用于非常恶劣的腐蚀环境中。 0.2 双相不锈钢的组织 上海工程技术大学毕业设计（论文） 时效温度对 2404 双相不锈钢点蚀行为的 影响 7 上述三种类型的双相不锈钢虽然在化学成分上有大的不同，但其金相组织却是基本相同的。在舍夫勒图中可以看到 ,铁素体和奥氏体两相比率较为平衡，见图 0.22，在经过固溶处理之后， SAF2304 含有 40-50%铁素体， Avesta sheffield 2205 和 SAF2507 均含有 30-50%的铁素体。值得一提的，三种双相不锈钢由于在化学成分上的不同，固溶温度是有
16、所不同的，分别为 1000， 1050和 1050-1125。近年来，又发展了利用热力学数据计算合金元素与相平衡关系，其中最有代表的是 Therm-Calc。数据库与相关软件，数量巨大的合金成分设计和工程应用证明利用 Thermo-Calc。数据库模拟的结果与实验结果极为接近，这为预测相比例提供非常直接和 快捷的工具。 图 0.2舍夫勒图 2 双相不锈钢具有钝化特性，原则上适用于金属钝性研究的各种测试方法均可用于双相不锈钢耐蚀性的研究。目前还是以电化学研究方法为主，主要是因为电化学方法具有简单快速，易适用于现场的优点 ,上海工程技术大学毕业设计（论文） 时效温度对 2404 双相不锈钢点蚀行为
17、的 影响 8 这使得在现代的材料腐蚀检测中扮演了举足轻重的作用。 双相不锈钢由于含有大 量铁素体，所以比奥氏体不锈钢更容易析出金属中间相，特别是随着合金含量的增高，如铬、铝的含量，析出倾向就更大。在 300-900温度范围内等温时效时，除铁素体（ ）和奥氏体（ ），还出现其他一二次相，如 Cr23C6, Cr2N 和金属间相等。图 0.3 显示了双相不锈钢中常出现的析出相 3。大量的研究工作表明这些中间相的析出会对材料的力学性能和腐蚀性能产生重要的影响，因此在实际使用过程中，要掌握好热处理工艺、焊接工艺和使用温度以避免有害相的析出。 图 0.3 双相不锈钢析出相的 TTP 示意图 【 3】 0.3 双相不锈钢的机械性能 常用双相不锈钢的机械性能列于表 0.1。同时列出了一些奥氏体不锈钢的有关数据以供比较。 表 0.1 常用双相不锈钢和某些奥氏体不锈钢的机械性能
