D0I:10.13374/i.i8sm1001t53.2010.04.009 第32卷第4期 北京科技大学学报 Vol 32 No 4 2010年4月 Journal of Un iversity of Science and Technolgy Beijing Apr.2010 Ni一CrMo一CuMX合金耐晶间腐蚀及点蚀性能 杨瑞成2)牛绍蕊)李智)新塞特) 1)兰州理工大学甘肃省有色金属新材料省部共建国家重点实验室,兰州730050 2)兰州理工大学有色金属合金及加工教有部重点实验室,兰州730050 摘要向镍基耐蚀合金中添加TiF元素,采用手工电弧炉熔炼制备新型Ni-Cr-Mo-CuMx耐蚀合金,用化学浸泡法、电 化学法(极化曲线法、循环伏安法)对其耐晶间腐蚀和耐点蚀能力进行研究.结果表明:在NCM。一Cu合金中加入T元素 可以增强其耐晶间腐蚀能力,减弱其耐点蚀的能力:加入F元素会降低N一CrMo-Cu合金耐晶间腐蚀的能力,但提高该合金 耐点蚀的能力;实验合金晶间腐蚀与点蚀的电化学行为和特征与其浸泡腐蚀的结果是吻合的· 关键词镍基合金;化学浸泡腐蚀;电化学腐蚀:晶间腐蚀:点蚀 分类号TG146.15TG113.231 In tergranular corrosion and pitting corrosion resistances ofNiCrM oCuM x al- loys YANG Rui-cheng2),NU Shao-m,LIZh,JIN Sai-te) 1)State Key Laboratory ofGansu Advanced Non-ferous Metal Materials Lanzhou University of Technology Lanzhou 730050 China 2)Key Laboratory of Non-fermous Metal A lloys and Pmocessing (M inistry of Education of Chna).Lanzhou University of Technobgy Lanzhou 730050 China ABSTRACT NiCrMoCuMx nickelbase cormosion-resistant alloys were prepared by adding Ti and Fe with a manual electroarc fumace Intergranular corrosion and pitting corrosion resistances of these alloys were investigatled by chen ical erosion and electrochen i cal corosion techniques(polarization curve methods and cyclic voltammetry).The results showed that the ntergranular corrosion re- sistance of the alloys added Ti ncreased and the pitting corrosion resistance decreased Fe addition deteriorated the intergranular cormo sion resistance ofN iCrMoCu alloys but iproved the pittng cormosion resistance The electrochem ical behaviors and characteristics of intergranular corrosion and pitting corrosion coincided with the results of chem ical erosion KEY W ORDS nickel-base alloy che ical erosion:electmochem ical cormosion:intergranular cormosion:pitting corrosion 与不锈钢、其他耐蚀金属和非金属材料相比,镍 Fe和Ti前者旨在取代部分镍以降低成本,后者 基耐蚀合金不仅在各种苛刻腐蚀环境中具有优良的 则是减轻可能存在的杂质的影响(固定C、S如 抵抗能力,而且兼具高强度和良好的加工性能,广泛 同T在奥氏体不锈钢中的作用)),并考察其耐 地应用于石油、化工、湿法治金、环保、原子能、海洋 蚀行为,以期对镍基耐蚀合金进一步的材料设计 开发及航空航天等众多领域1可) 和开发提供指导 最近本课题组所研制的通用型高性能N℃ 1实验材料 MoCu合金),不仅具有优越的耐氧化性介质、 还原性介质的腐蚀能力,还具有优越的耐晶间腐 实验材料为自制的Ni Cr Mo-Cu Mxi合金,其 蚀和点蚀能力,本工作是在该合金中进一步添加 主要成分如下(质量分数,%):20~25Cr14~ 收稿日期:2009-07-17 基金项目:甘肃省有色金属新材料省部共建国家重点实验室基金资助项目(N。SKL05011) 作者简介:杨瑞成(I946)男,教授,博士生导师,Email yangnuicheng@ht cn
第 32卷 第 4期 2010年 4月 北 京 科 技 大 学 学 报 JournalofUniversityofScienceandTechnologyBeijing Vol.32No.4 Apr.2010 Ni--Cr--Mo--Cu--Mx合金耐晶间腐蚀及点蚀性能 杨瑞成 12) 牛绍蕊 1) 李 智 1) 靳塞特 1) 1) 兰州理工大学甘肃省有色金属新材料省部共建国家重点实验室兰州 730050 2) 兰州理工大学有色金属合金及加工教育部重点实验室兰州 730050 摘 要 向镍基耐蚀合金中添加 Ti、Fe元素采用手工电弧炉熔炼制备新型 Ni--Cr--Mo--Cu--Mx耐蚀合金用化学浸泡法、电 化学法 (极化曲线法、循环伏安法 )对其耐晶间腐蚀和耐点蚀能力进行研究.结果表明:在 Ni--Cr--Mo--Cu合金中加入 Ti元素 可以增强其耐晶间腐蚀能力减弱其耐点蚀的能力;加入 Fe元素会降低 Ni--Cr--Mo--Cu合金耐晶间腐蚀的能力但提高该合金 耐点蚀的能力;实验合金晶间腐蚀与点蚀的电化学行为和特征与其浸泡腐蚀的结果是吻合的. 关键词 镍基合金;化学浸泡腐蚀;电化学腐蚀;晶间腐蚀;点蚀 分类号 TG146∙1 +5;TG113∙23 +1 IntergranularcorrosionandpittingcorrosionresistancesofNi-Cr-Mo-Cu-Mxal- loys YANGRui-cheng 12)NIUShao-rui 1)LIZhi 1)JINSai-te 1) 1) StateKeyLaboratoryofGansuAdvancedNon-ferrousMetalMaterialsLanzhouUniversityofTechnologyLanzhou730050China 2) KeyLaboratoryofNon-ferrousMetalAlloysandProcessing(MinistryofEducationofChina)LanzhouUniversityofTechnologyLanzhou730050 China ABSTRACT Ni-Cr-Mo-Cu-Mxnickel-basecorrosion-resistantalloyswerepreparedbyaddingTiandFewithamanualelectro-arc furnace.Intergranularcorrosionandpittingcorrosionresistancesofthesealloyswereinvestigatedbychemicalerosionandelectrochemi- calcorrosiontechniques(polarizationcurvemethodsandcyclicvoltammetry).Theresultsshowedthattheintergranularcorrosionre- sistanceofthealloysaddedTiincreasedandthepittingcorrosionresistancedecreased.Feadditiondeterioratedtheintergranularcorro- sionresistanceofNi-Cr-Mo-Cualloysbutimprovedthepittingcorrosionresistance.Theelectrochemicalbehaviorsandcharacteristicsof intergranularcorrosionandpittingcorrosioncoincidedwiththeresultsofchemicalerosion. KEYWORDS nickel-basealloy;chemicalerosion;electrochemicalcorrosion;intergranularcorrosion;pittingcorrosion 收稿日期:2009--07--17 基金项目:甘肃省有色金属新材料省部共建国家重点实验室基金资助项目 (No.SKL05011) 作者简介:杨瑞成 (1946— )男教授博士生导师E-mail:yangruicheng@lut.cn 与不锈钢、其他耐蚀金属和非金属材料相比镍 基耐蚀合金不仅在各种苛刻腐蚀环境中具有优良的 抵抗能力而且兼具高强度和良好的加工性能广泛 地应用于石油、化工、湿法冶金、环保、原子能、海洋 开发及航空航天等众多领域 [1--5]. 最近本课题组所研制的通用型高性能Ni--Cr-- Mo--Cu合金 [6]不仅具有优越的耐氧化性介质、 还原性介质的腐蚀能力还具有优越的耐晶间腐 蚀和点蚀能力.本工作是在该合金中进一步添加 Fe和 Ti前者旨在取代部分镍以降低成本后者 则是减轻可能存在的杂质的影响 (固定 C、S如 同 Ti在奥氏体不锈钢中的作用 ) [7]并考察其耐 蚀行为以期对镍基耐蚀合金进一步的材料设计 和开发提供指导. 1 实验材料 实验材料为自制的 Ni--Cr--Mo--Cu--Mx合金其 主要成分如下 (质量分数% ):20~25Cr14~ DOI :10.13374/j.issn1001—053x.2010.04.009
,462 北京科技大学学报 第32卷 20Mo≤3Cu和Ni3%Fe1%Ti并与不含FeTi2.3 Ni-CrMo-CuMx合金的点蚀实验 的合金相对比·采用手工电弧炉熔炼镍基耐蚀合 2.3.1实验合金点蚀的化学浸泡 金,1140℃保温2.5h进行固溶处理.将所得铸锭 腐蚀介质为6%FeCk十0.05 mo L HCI实 切割成22mm×10mmX5mm的长方体试样. 验温度为50士1℃、24h以失重率评价其耐蚀性能. 2实验方法 2.3.2实验合金点蚀的电化学分析 方法1:室温下以69%FCk为腐蚀介质,扫描 2.1金相组织分析 速率为10mV·s,获得极化曲线.测得极化电阻 用恒温干燥箱将Ni厂Cr Mo-CuMx合金试样 Rp,确定塔菲尔常数h和h,根据StemGeary方程 在690℃保温2h(起敏化作用,有利于镍基合金接 式,利用线性极化技术可求得自腐蚀电流密度i。m 受浸蚀、易于显示)后,用HCI十H2SO4十HNO3十 主要以击穿电位E,和自腐蚀电流i评价其耐点蚀 CuSO过饱和溶液浸蚀,在MF3金相显微镜下观察 能力 其显微组织 方法2进一步用循环伏安法,在3.59%NaC1溶 2.2 Ni-Cr-Mo-CuMx合金的晶间腐蚀实验 液中(30士1℃),以10mV.s的速率从自腐蚀电位 2.2.1实验合金晶间腐蚀的化学浸泡实验 开始扫描到电流密度为lmA·am所对应的电位. 将试样在690℃下敏化2h后,空冷.在沸腾的 测量合金的击穿电位E和保护电位E,击穿电位 Cu十CuS04+50%H2S04(质量分数)中腐蚀48h以 E,值越正,E一E,值越小,越耐点蚀 失重率评价其耐蚀性能 上述电化学测试所用仪器为上海辰华仪器有限 2.2.2实验合金晶间腐蚀的电化学分析 公司的CH604C型电化学分析仪.均采用三电极动 腐蚀介质为新制备的0.05moLH2S04,实 电位扫描,辅助电极为铂片,参比电极为标准饱和甘 验温度为30士1℃.采用双环电化学动电位再活化 汞电极,合金试样为研究电极 (EPR)法,以6V·h的扫描速率从腐蚀电位(约 -400mV(SCE))极化到+300mV(SCE),达到这个 3实验结果与分析 电位后则扫描方向反转,以相同速率降低到腐蚀电 3.1 Ni-Cr Mo-CuMx合金的金相组织 位,分别测定阳极化环和再活化环的最大电流【和 三种合金固溶状态的组织都为单相奥氏体 ,并以比值↓:L作为敏化的度量,比值越小,则越 (图l),加入T和Fe后组织有所细化,含Fe合金 耐晶间腐蚀[8) 的晶粒较为均匀, 00 um 200m 200μm 图1三种实验N基合金的金相组织.(a)%C(b)3%Cu一1%T1(c)3%Cu-3%Fe一1%Ti Fig 1 M icmostmuchires of thme kinds of tested nickelase albys (a)3%Cu (b)3%Cu-1%Ti (c)3 Cu3%Fe-1%Ti 3.2Ni广CrMo-CuMx合金晶间腐蚀的实验 沸腾浸泡48h后的表面形貌,从图中可以看出, 结果 加入T元素的合金晶界腐蚀最浅(仅隐约见到 3.2.1实验合金晶间腐蚀的失重(化学浸泡法) 部分晶界),3%Cu合金的晶界腐蚀次之,含Fe 表1为三种合金在沸腾的Cu十CuS04十50% 合金的晶界腐蚀较深(完整晶界显现)说明加 H2S04中浸泡48h前后的质量变化.从表中可以 入T元素,合金的耐晶间腐蚀能力略有提高;而 看出,加入Fe元素的试样的失重率最高,其他两 加入Fe元素以后,合金的耐晶间腐蚀能力下降, 种试样的腐蚀失重率相同,但加入T元素的试样 即便如此,含Fe合金的晶界也未出现明显的腐 的腐蚀失重率略低,图2为三种合金在该溶液中 蚀沟槽,即未出现晶间腐蚀
北 京 科 技 大 学 学 报 第 32卷 20Mo≤3Cu和 Ni3% Fe1% Ti并与不含 Fe、Ti 的合金相对比.采用手工电弧炉熔炼镍基耐蚀合 金1140℃保温 2∙5h进行固溶处理.将所得铸锭 切割成 22mm×10mm×5mm的长方体试样. 2 实验方法 2∙1 金相组织分析 用恒温干燥箱将 Ni--Cr--Mo--Cu--Mx合金试样 在 690℃保温 2h(起敏化作用有利于镍基合金接 受浸蚀、易于显示 )后用 HCl+H2SO4 +HNO3 + CuSO4过饱和溶液浸蚀在 MeF3金相显微镜下观察 其显微组织. 2∙2 Ni--Cr--Mo--Cu--Mx合金的晶间腐蚀实验 2∙2∙1 实验合金晶间腐蚀的化学浸泡实验 将试样在 690℃下敏化 2h后空冷.在沸腾的 Cu+CuSO4+50%H2SO4(质量分数 )中腐蚀 48h以 失重率评价其耐蚀性能. 2∙2∙2 实验合金晶间腐蚀的电化学分析 腐蚀介质为新制备的 0∙05mol·L —1 H2SO4实 验温度为 30±1℃.采用双环电化学动电位再活化 (EPR)法以 6V·h —1的扫描速率从腐蚀电位 (约 —400mV(SCE))极化到 +300mV(SCE)达到这个 电位后则扫描方向反转以相同速率降低到腐蚀电 位.分别测定阳极化环和再活化环的最大电流 Ia和 Ir并以比值 Ir∶Ia作为敏化的度量比值越小则越 耐晶间腐蚀 [8--9]. 2∙3 Ni--Cr--Mo--Cu--Mx合金的点蚀实验 2∙3∙1 实验合金点蚀的化学浸泡 腐蚀介质为 6% FeCl3 +0∙05mol·L —1 HCl实 验温度为 50±1℃、24h以失重率评价其耐蚀性能. 2∙3∙2 实验合金点蚀的电化学分析 方法 1:室温下以 6% FeCl3 为腐蚀介质扫描 速率为 10mV·s —1获得极化曲线.测得极化电阻 RP确定塔菲尔常数 ba和 bc根据 Stern-Geary方程 式利用线性极化技术可求得自腐蚀电流密度 icorr 主要以击穿电位 Eb和自腐蚀电流 icorr评价其耐点蚀 能力. 方法 2:进一步用循环伏安法在 3∙5% NaCl溶 液中 (30±1℃ )以 10mV·s —1的速率从自腐蚀电位 开始扫描到电流密度为 1mA·cm —2所对应的电位. 测量合金的击穿电位 Eb 和保护电位 Ep击穿电位 Eb值越正Eb—Ep值越小越耐点蚀. 上述电化学测试所用仪器为上海辰华仪器有限 公司的 CHI604C型电化学分析仪.均采用三电极动 电位扫描辅助电极为铂片参比电极为标准饱和甘 汞电极合金试样为研究电极. 3 实验结果与分析 3∙1 Ni--Cr--Mo--Cu--Mx合金的金相组织 三种合金固溶状态的组织都为单相奥氏体 (图 1)加入 Ti和 Fe后组织有所细化含 Fe合金 的晶粒较为均匀. 图 1 三种实验 Ni基合金的金相组织.(a)3% Cu;(b)3% Cu--1%Ti;(c)3% Cu--3% Fe--1% Ti Fig.1 Microstructuresofthreekindsoftestednickel-basealloys:(a)3% Cu;(b)3% Cu-1% Ti;(c)3% Cu-3% Fe-1% Ti 3∙2 Ni--Cr--Mo--Cu--Mx合金晶间腐蚀的实验 结果 3∙2∙1 实验合金晶间腐蚀的失重 (化学浸泡法 ) 表 1为三种合金在沸腾的 Cu+CuSO4 +50% H2SO4 中浸泡 48h前后的质量变化.从表中可以 看出加入 Fe元素的试样的失重率最高其他两 种试样的腐蚀失重率相同但加入 Ti元素的试样 的腐蚀失重率略低.图 2为三种合金在该溶液中 沸腾浸泡 48h后的表面形貌.从图中可以看出 加入 Ti元素的合金晶界腐蚀最浅 (仅隐约见到 部分晶界 )3% Cu合金的晶界腐蚀次之含 Fe 合金的晶界腐蚀较深 (完整晶界显现 ).说明加 入 Ti元素合金的耐晶间腐蚀能力略有提高;而 加入 Fe元素以后合金的耐晶间腐蚀能力下降. 即便如此含 Fe合金的晶界也未出现明显的腐 蚀沟槽即未出现晶间腐蚀. ·462·
第4期 杨瑞成等:Ni广CrMo-CuMx合金耐晶间腐蚀及点蚀性能 463. 表1三种实验N基合金在沸腾的Cm十CS0:十50%H2S0:中的腐蚀失重 Tabl 1 Corosion weight bsses of three kinds of tested nickelbase alloys in boiling Cu +CusO+50%H2 SO soh tion 合金 腐蚀前质量/g 腐蚀后质量g 失重/g 失重率% 3别Cu 9.5597 9.5377 0.0220 0.23 3%Cu-1%Ti 9.9318 9.9098 0.0220 0.22 3%Cu-3%Fe-1%Ti 9.9091 9.8830 0.0261 0.26 2004m 200μm 200μm 图2三种实验N基合金的晶间腐蚀形貌.(a)%Cw(b)%Cu-1%Ti(c)%Cu-别Fe-l%Ti Fig 2 Intergmnular comsion m icmostmuctures of thee k inds of tested nickelbase alloys (a)3 Cu (b)Cu-1%Ti (c)Cu Fe-1% Ti 3.2.2实验合金晶间腐蚀的电化学分析 3.3 Ni-Cr-Mo-CuMx合金点蚀的实验结果 图3为通过动电位再活化法测得的三种合金的 3.3.1实验合金点蚀的失重(化学浸泡法) EPR electrochemn ical poten tiok inetic reactivation) 在50℃的6%FeCk+0.05 mol L HCI的点 线,经局部放大,可以看到三种合金只有很低的阳 蚀溶液中浸泡24h后,宏观上试样表面均未见到明 极极化的峰,没有再活化峰,此时11≈Q说明这 显的点蚀痕迹,测得三种合金的腐蚀失重率列入 三种合金耐晶间腐蚀的能力都相当好,但是,从表2 表3表中的失重都很小,含T元素的N合金的失 可以看出,阳极极化峰最高的是9%Cu-%Fe- 重率稍大一些,说明加入T元素后合金的耐点蚀 1%Ti其次为3%Cu最低的是3%Cu-1%Ti说 能力略有下降,而进一步加入F元素以后合金的耐 明加入T元素后合金的耐晶间腐蚀能力提高,而再 点蚀能力提高 加入Fe元素后合金的耐晶间腐蚀能力略有下降 表3三种实验N基合金在点蚀溶液中的腐蚀失重 这与化学浸泡的腐蚀结果是一致的, Tabl 3 Corosion weight bsses of thre kinds of tested nickelbase al- loys n pitting comosion solution 腐蚀前 腐蚀后失重/失重百 合金 质量g 质量g 8 分比% -2 3 3%Cu 9.1872 9.18690.00030.0033 4 -3%Cu 3Cu-1%Ti 9.4871 9.48670.00040.0042 3%C-1%T置 3%C-3%Fe-1%Tm 3%Cm-3%e-1%Ti9.47609.47590.00010.0010 -0.6 0.4 -0.2 0.2 0.4 3.3.2实验合金点蚀的电化学分析 0 电压N 图4为外加电流条件下三种合金在69%三氯化 铁溶液中的极化曲线,以在较大E~范围内评价实 图3三种实验N基合金的EPR曲线 验合金的点蚀倾向,从图中可见,由于介质中活性 Fig 3 EPR curves of three kinds of tested nickelbase allys C「的存在,合金的极化曲线自较高的自腐蚀电位 表2三种实验N基合金EPR曲线上的↓值 (>0.3V)开始,直接进入钝化区,且该钝化区很窄 Table 2 of the EPR curves of thwe kinds of tested nickelbase alboys (<0.6V),在未达到过钝化电位之前,其腐蚀电流 合金 3%Cu 3%Cu-1%Ti 3%Cu-3%Fe-1%Ti 急刷增大,即在相应的较高电位(击穿电位E,)下发 ↓A1.188X10-5 9.594×10-6 1.382×10-5 生了点蚀,其极化曲线上的特征值见表4
第 4期 杨瑞成等: Ni--Cr--Mo--Cu--Mx合金耐晶间腐蚀及点蚀性能 表 1 三种实验 Ni基合金在沸腾的 Cu+CuSO4+50%H2SO4中的腐蚀失重 Table1 Corrosionweightlossesofthreekindsoftestednickel-basealloysinboilingCu+CuSO4+50%H2SO4solution 合金 腐蚀前质量/g 腐蚀后质量/g 失重/g 失重率/% 3% Cu 9∙5597 9∙5377 0∙0220 0∙23 3% Cu--1% Ti 9∙9318 9∙9098 0∙0220 0∙22 3% Cu--3% Fe--1% Ti 9∙9091 9∙8830 0∙0261 0∙26 图 2 三种实验 Ni基合金的晶间腐蚀形貌.(a)3% Cu;(b)3% Cu--1% Ti;(c)3% Cu--3% Fe--1% Ti Fig.2 Intergranularcorrosionmicrostructuresofthreekindsoftestednickel-basealloys:(a)3% Cu;(b)3% Cu-1% Ti;(c)3% Cu-3% Fe-1% Ti 3∙2∙2 实验合金晶间腐蚀的电化学分析 图 3为通过动电位再活化法测得的三种合金的 EPR(electrochemicalpotentiokineticreactivation)曲 线.经局部放大可以看到三种合金只有很低的阳 极极化的峰没有再活化峰此时 Ir/Ia≈0说明这 三种合金耐晶间腐蚀的能力都相当好.但是从表2 可以看出阳极极化峰最高的是 3% Cu--3% Fe-- 1% Ti其次为 3% Cu最低的是 3% Cu--1% Ti.说 明加入 Ti元素后合金的耐晶间腐蚀能力提高而再 加入 Fe元素后合金的耐晶间腐蚀能力略有下降. 这与化学浸泡的腐蚀结果是一致的. 图 3 三种实验 Ni基合金的 EPR曲线 Fig.3 EPRcurvesofthreekindsoftestednickel-basealloys 表 2 三种实验 Ni基合金 EPR曲线上的 Ia值 Table2 IaoftheEPRcurvesofthreekindsoftestednickel-basealloys 合金 3% Cu 3% Cu--1% Ti 3% Cu--3% Fe--1% Ti Ia/A 1∙188×10—5 9∙594×10—6 1∙382×10—5 3∙3 Ni--Cr--Mo--Cu--Mx合金点蚀的实验结果 3∙3∙1 实验合金点蚀的失重 (化学浸泡法 ) 在 50℃的 6% FeCl3 +0∙05mol·L —1 HCl的点 蚀溶液中浸泡 24h后宏观上试样表面均未见到明 显的点蚀痕迹.测得三种合金的腐蚀失重率列入 表 3.表中的失重都很小含 Ti元素的 Ni合金的失 重率稍大一些.说明加入 Ti元素后合金的耐点蚀 能力略有下降而进一步加入 Fe元素以后合金的耐 点蚀能力提高. 表 3 三种实验 Ni基合金在点蚀溶液中的腐蚀失重 Table3 Corrosionweightlossesofthreekindsoftestednickel-baseal- loysinpittingcorrosionsolution 合金 腐蚀前 质量/g 腐蚀后 质量/g 失重/ g 失重百 分比/% 3%Cu 9∙1872 9∙1869 0∙0003 0∙0033 3%Cu--1%Ti 9∙4871 9∙4867 0∙0004 0∙0042 3%Cu--3%Fe--1%Ti 9∙4760 9∙4759 0∙0001 0∙0010 3∙3∙2 实验合金点蚀的电化学分析 图 4为外加电流条件下三种合金在 6%三氯化 铁溶液中的极化曲线以在较大 E--I范围内评价实 验合金的点蚀倾向.从图中可见由于介质中活性 Cl —的存在合金的极化曲线自较高的自腐蚀电位 (>0∙3V)开始直接进入钝化区且该钝化区很窄 (<0∙6V)在未达到过钝化电位之前其腐蚀电流 急剧增大即在相应的较高电位 (击穿电位 Eb)下发 生了点蚀其极化曲线上的特征值见表 4. ·463·
464 北京科技大学学报 第32卷 由表4可知:加入T元素后合金的击穿电位略 10 有降低,且其自腐蚀电流升高,说明加入T元素会 对合金在%三氯化铁溶液中的耐点蚀能力有所削 10 弱;而含Fe元素的N合金的击穿电位升高,自腐蚀 10 电流降低,说明Fe元素对N厂CrMo一Cu合金的耐 10- -3条Cu 3%C-1%Ti 点蚀能力有所增强, 10 3%C-3%Fe-1%Ti 图5为进一步以近年采用的循环伏安法0-山 1065 在3.%NaC中通过自钝化区正向扫描到较高电 0.5 1.0 1.5 2.0 电压W 位以使合金的钝态局部被破坏,然后再反向扫描使 其重新钝化,测得的N合金的循环极化曲线,更细 图4三种实验N基合金在%三氯化铁溶液中的极化曲线 致地评价实验合金的耐点蚀性能,从图上得到的特 Fig 4 Polarization curves of thre kinds of tested nickelbase allbys 征值列入表5. n 6%ferric chbrile 表4三种实验N基合金在%三氯化铁溶液中的极化曲线特征值 Table 4 Characteristic vales of the anodic polarization curves of three kinds of tested nickelbase alloys in 6 ferric chborile 合金 Econ N 4N1 4N-1 Bp A ir(A…m-2) E mV 3%Cu 0.3216 7.477 4.084 12760 29.47 0.8739 3%Cu-1%Ti 0.3053 8.064 3.140 10546.6 36.79 0.8640 3%Cu-3%Fe-1%Ti 0.3541 7.215 3.924 21384 18.25 0.9131 10- 在N厂Cr Mo-Cu合金中单一加入Ti元素后合金的 10 耐点蚀能力会下降,而进一步再加入Fe元素后,合 金的耐点蚀能力反而提高 白10 4讨论 10 -3%Cn 由于T与C的亲合力大于C与C的亲合力, 3%C-1%T 109 高温时能形成稳定的T汇从而降低了N一CrMo 3%C-3%Fc-1%Ti 0.2 0 020.40.6081.0 Cu合金中的固溶碳量,使C的碳化物难以析出,确 电压N 保了实验合金奥氏体中高C含量,使其具有更为优 越的抗晶间腐蚀性能,Fε的标准电极电位较低 图5三种实验N基合金的循环极化曲线 Fig 5 Cimular polarization curves of three kinds of tested nickel (一0.44V),%Fe的加入降低了N合金的电化学 base alloys 稳定性,也使晶界区域处于更活泼的状态;而且Fe 表5三种实验V基合金在点蚀溶液中循环极化曲线的特征值 与C的亲合力较低,Fe不能像TiNb那样起固定C Table 5 Characteristic vahes of the ciru lar polarization curves of three 的作用,不能阻止C3C的沉淀而使晶界附近贫 kinds of tested nickel base alloys Cr此外在晶界还有可能有FcC(o相)析出.这些 点蚀电位, 保护电位, (E-E)/ 都会引起晶界区发生贫铬的腐蚀,所以添加F后合 合金 EN E。N 金的耐晶间腐蚀能力有所下降(如图2和图3表1 3%Cu 0.9103 0.8343 0.0760 和表2所示) Cu-1%Ti 0.9000 0.8166 0.0834 T的加入会形成TC和TN等夹杂,如图6(b) 3%Cm-3%Fe-1%Ti0.9380 0.9367 0.0013 所示的四边形、菱形的TN夹杂物(光镜下呈橘黄 色),它们常常成为点蚀源,所以使合金的耐点蚀能 从表5可以看出,三种合金的孔蚀电位由高到 力有所下降.从金相组织图1可知,添加Fe的合金 低,以及E一E,差值由小到大的顺序都依次为% 与其他两种合金相比,其金相组织变得均匀、等轴性 Cu-%Fe-1%Ti3%Cu和3%Cu-1%Ti所以 好,因此也有利于其耐点蚀能力的提高
北 京 科 技 大 学 学 报 第 32卷 图 4 三种实验 Ni基合金在 6%三氯化铁溶液中的极化曲线 Fig.4 Polarizationcurvesofthreekindsoftestednickel-basealloys in6% ferricchloride 由表 4可知:加入 Ti元素后合金的击穿电位略 有降低且其自腐蚀电流升高说明加入 Ti元素会 对合金在 6%三氯化铁溶液中的耐点蚀能力有所削 弱;而含 Fe元素的 Ni合金的击穿电位升高自腐蚀 电流降低说明 Fe元素对 Ni--Cr--Mo--Cu合金的耐 点蚀能力有所增强. 图 5为进一步以近年采用的循环伏安法 [10--11] 在 3∙5% NaCl中通过自钝化区正向扫描到较高电 位以使合金的钝态局部被破坏然后再反向扫描使 其重新钝化测得的 Ni合金的循环极化曲线更细 致地评价实验合金的耐点蚀性能.从图上得到的特 征值列入表 5. 表 4 三种实验 Ni基合金在 6%三氯化铁溶液中的极化曲线特征值 Table4 Characteristicvaluesoftheanodicpolarizationcurvesofthreekindsoftestednickel-basealloysin6% ferricchloride 合金 Ecorr/V bc/V—1 ba/V—1 RP/Ω icorr/(μA·cm—2) Eb/mV 3% Cu 0∙3216 7∙477 4∙084 12760 29∙47 0∙8739 3% Cu--1% Ti 0∙3053 8∙064 3∙140 10546∙6 36∙79 0∙8640 3% Cu--3% Fe--1% Ti 0∙3541 7∙215 3∙924 21384 18∙25 0∙9131 图 5 三种实验 Ni基合金的循环极化曲线 Fig.5 Circularpolarizationcurvesofthreekindsoftestednickel- basealloys 表 5 三种实验 Ni基合金在点蚀溶液中循环极化曲线的特征值 Table5 Characteristicvaluesofthecircularpolarizationcurvesofthree kindsoftestednickel-basealloys 合金 点蚀电位 Eb/V 保护电位 Ep/V (Eb—Ep)/ V 3% Cu 0∙9103 0∙8343 0∙0760 3% Cu--1% Ti 0∙9000 0∙8166 0∙0834 3% Cu--3% Fe--1% Ti 0∙9380 0∙9367 0∙0013 从表 5可以看出三种合金的孔蚀电位由高到 低以及 Eb—Ep差值由小到大的顺序都依次为 3% Cu--3% Fe--1% Ti、3% Cu和 3% Cu--1% Ti所以 在 Ni--Cr--Mo--Cu合金中单一加入 Ti元素后合金的 耐点蚀能力会下降而进一步再加入 Fe元素后合 金的耐点蚀能力反而提高. 4 讨论 由于 Ti与 C的亲合力大于 Cr与 C的亲合力 高温时能形成稳定的 TiC从而降低了 Ni--Cr--Mo-- Cu合金中的固溶碳量使 Cr的碳化物难以析出确 保了实验合金奥氏体中高 Cr含量使其具有更为优 越的抗晶间腐蚀性能.Fe的标准电极电位较低 (—0∙44V)3% Fe的加入降低了 Ni合金的电化学 稳定性也使晶界区域处于更活泼的状态;而且 Fe 与 C的亲合力较低Fe不能像 Ti、Nb那样起固定 C 的作用不能阻止 Cr23C6 的沉淀而使晶界附近贫 Cr此外在晶界还有可能有 FeCr(σ相 )析出.这些 都会引起晶界区发生贫铬的腐蚀所以添加 Fe后合 金的耐晶间腐蚀能力有所下降 (如图 2和图 3、表 1 和表 2所示 ). Ti的加入会形成 TiC和 TiN等夹杂如图 6(b) 所示的四边形、菱形的 TiN夹杂物 (光镜下呈橘黄 色 )它们常常成为点蚀源所以使合金的耐点蚀能 力有所下降.从金相组织图 1可知添加 Fe的合金 与其他两种合金相比其金相组织变得均匀、等轴性 好因此也有利于其耐点蚀能力的提高. ·464·
第4期 杨瑞成等:Ni-CrMo-CuMx合金耐晶间腐蚀及点蚀性能 ,465. 20μm 20μm 图6实验N基合金的金相组织.(a)别CE(b)%Cu-l%Ti Fig 6 M icmstmuctures of the tested nickelbase alloys (a)3 Cu (b)3 Cu-1%Ti 中国冶金,2007,17(5):35) 5结论 [6]Yang R C W ang K X.Lu X F.Sohtion treament and its effects on corosion rsistance of NiCrMoCu alby Trans Mater Heat (1)在Ni Cr Mo-Cu合金中添加1%Ti增强 Tat2007,28(Suppl1):180 了该合金耐晶间腐蚀能力,但削弱了其耐点蚀能力 (杨瑞成,王凯旋,吕学飞,N℃Mo℃山合金的固溶处理及其 (2)在含1%T的Ni Cr Mo-Cu合金中再加 对耐蚀性的影响.材料热处理学报,2007,28(增刊1):180) 入%F。会降低该合金耐晶间腐蚀能力,但增强其 [7]Han X Y.Function of Nb V and Ti in m icro albyed steel Wile 耐点蚀能力, Heavy Phte200612(1):39 (韩孝永.铌、钒、钛在微合金钢中的作用.宽厚板,200612 (3)用电化学方法测得的Ni Cr Mo-Cu Mx (1):39) (FeT)合金的耐晶间腐蚀与点蚀行为,与其浸泡腐 [8]Jin W S Lang Y B.Rong F.et al Researh of EPR on the sus" 蚀的结果是相吻合的, ceptibility to ntergranular attack of austenitic stainless steel J Chin Soc Corms P mot 2007,27(1):54 (金维松,郎宇平,荣凡,等.EPR法评价奥氏体不锈钢晶间腐 参考文献 蚀敏感性研究.中国腐蚀与防护学报,2007,27(1):54) [1]Rebak R B.Cmook P.Nickel albys for cormsive enviromments [9]Gao Z P Chen F C.Zhao C J Camparing different criteria of Adv Mater P rocesses 2000 157(2):37 EPR method to evahate the susceptbility to intergranular cor [2]Hamer L Hart A C Sverllin A.et al NiCrMo alloy mesists sion JChn Soc Cors P mt 2000.20(4):243 cormosive chemn icals Ady Mater Pmocesses 1999.155(1):13 (高中平,陈范才,赵常就.EPR法评价晶间腐蚀敏感性的各种 [3]YangR C Shu J Chen K.et al Valence eleetron structumes and 判据的比较.中国腐蚀与防护学报,2000,20(4):243) pmperties of Nibased cormosion resistant alboy Trans Nonferrous [10]Ma JH.LuG M.Zeng C L et al Elctmchem ical behavior of Met Soc China 2007.17(Suppl1):84 wo Nibased superlloys M17 and M38G in aqueous sohtion [4]Yang R C Jin ST Li X F.etal Oxilation kinetics of NiCr Surf Technol 2006,35(4):15 MoCu corosion resistant alloy TransM aterHeatTreat 2009 30 (马敬翔,刘光明,曾潮流,等.镍基高温合金M17和M38G的 (1):24 电化学腐蚀行为研究.表面技术,2006,35(4):15) (杨瑞成,靳塞特,吕学飞,等.N广CM。C合金的氧化动力 [11]Cheng X Q.LiX G.Du C W,etal Ekctmchem ical properties 学研究.材料热处理学报,2009.30(1):24) of passivation fim fomed on 316L stanless steel n acetic acid [5]Sun H P.Hu C S LiG H.et al Development of Nibase corm- J Univ Sei Technol Beijing 2007.29(9):911 sion resistant allby NS334.China Metall 2007.17(5):35 (程学群,李晓刚,杜翠薇,等.316L不锈钢在醋酸溶液中的 (孙槐平,胡传顺,李光辉,等.镍基耐蚀合金NSS334的研制, 纯化膜电化学性质.北京科技大学学报,2007,29(9):911)
第 4期 杨瑞成等: Ni--Cr--Mo--Cu--Mx合金耐晶间腐蚀及点蚀性能 图 6 实验 Ni基合金的金相组织.(a)3% Cu;(b)3% Cu--1% Ti Fig.6 Microstructuresofthetestednickel-basealloys:(a)3% Cu;(b)3% Cu-1% Ti 5 结论 (1) 在 Ni--Cr--Mo--Cu合金中添加 1% Ti增强 了该合金耐晶间腐蚀能力但削弱了其耐点蚀能力. (2) 在含 1% Ti的 Ni--Cr--Mo--Cu合金中再加 入3% Fe会降低该合金耐晶间腐蚀能力但增强其 耐点蚀能力. (3) 用电化学方法测得的Ni--Cr--Mo--Cu--Mx (Fe、Ti)合金的耐晶间腐蚀与点蚀行为与其浸泡腐 蚀的结果是相吻合的. 参 考 文 献 [1] RebakRBCrookP.Nickelalloysforcorrosiveenvironments. AdvMaterProcesses2000157(2):37 [2] HarnerLHartACSverdlinAetal.Ni-Cr-Moalloyresists corrosivechemicals.AdvMaterProcesses1999155(1):13 [3] YangRCShuJChenKetal.Valenceelectronstructuresand propertiesofNi-basedcorrosionresistantalloy.TransNonferrous MetSocChina200717(Suppl1):84 [4] YangRCJinSTLüXFetal.OxidationkineticsofNi-Cr- Mo-Cucorrosionresistantalloy.TransMaterHeatTreat200930 (1):24 (杨瑞成靳塞特吕学飞等.Ni--Cr--Mo--Cu合金的氧化动力 学研究.材料热处理学报200930(1):24) [5] SunHPHuCSLiGHetal.DevelopmentofNi-basecorro- sionresistantalloyNS334.ChinaMetall200717(5):35 (孙槐平胡传顺李光辉等.镍基耐蚀合金 NSS334的研制. 中国冶金200717(5):35) [6] YangRCWangKXLüXF.Solutiontreatmentanditseffects oncorrosionresistanceofNi-Cr-Mo-Cualloy.TransMaterHeat Treat200728(Suppl1):180 (杨瑞成王凯旋吕学飞.Ni--Cr--Mo--Cu合金的固溶处理及其 对耐蚀性的影响.材料热处理学报200728(增刊 1):180) [7] HanXY.FunctionofNbVandTiinmicro-alloyedsteel.Wide HeavyPlate200612(1):39 (韩孝永.铌、钒、钛在微合金钢中的作用.宽厚板200612 (1):39) [8] JinW SLangYPRongFetal.ResearchofEPRonthesus- ceptibilitytointergranularattackofausteniticstainlesssteel.J ChinSocCorrosProt200727(1):54 (金维松郎宇平荣凡等.EPR法评价奥氏体不锈钢晶间腐 蚀敏感性研究.中国腐蚀与防护学报200727(1):54) [9] GaoZPChenFCZhaoCJ.Comparingdifferentcriteriaof EPRmethodtoevaluatethesusceptibilitytointergranularcorro- sion.JChinSocCorrosProt200020(4):243 (高中平陈范才赵常就.EPR法评价晶间腐蚀敏感性的各种 判据的比较.中国腐蚀与防护学报200020(4):243) [10] MaJHLiuGMZengCLetal.Electrochemicalbehaviorof twoNi-basedsuperalloysM17andM38G inaqueoussolution. SurfTechnol200635(4):15 (马敬翙刘光明曾潮流等.镍基高温合金 M17和 M38G的 电化学腐蚀行为研究.表面技术200635(4):15) [11] ChengXQLiXGDuCWetal.Electrochemicalproperties ofpassivationfilmformedon316Lstainlesssteelinaceticacid. JUnivSciTechnolBeijing200729(9):911 (程学群李晓刚杜翠薇等.316L不锈钢在醋酸溶液中的 钝化膜电化学性质.北京科技大学学报200729(9):911) ·465·