D0L:10.13374/.issn1001-053x.2011.04.004 第33卷第4期 北京科技大学学报 Vol.33 No.4 2011年4月 Journal of University of Science and Technology Beijing Apr.2011 409L和430铁素体不锈钢耐局部腐蚀性能 杨瑞成2) 毕海娟⑧ 牛绍蕊) 靳塞特》申鹏) 1)兰州理工大学甘肃省有色金属新材料重点实验室,兰州7300502)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 ☒通信作者,E-mail:bhj916@163.com 摘要采用电化学测试技术与化学浸泡实验相结合,对比研究了409L和430铁素体不锈钢热轧板材耐点蚀和耐晶间腐蚀 的能力.结果表明:409L不锈钢的击穿电位与保护电位的差小、钝化膜的修复能力较强,表现为小尺度的浅点蚀孔:430不锈 钢的击穿电位较高,耐点蚀能力高于409L不锈钢,但430不锈钢热轧态的条带组织有明显的腐蚀微电池效应,表现为比较严 重的全面腐蚀:409L不锈钢含C:量低,且其热轧态未经过稳定化处理,使得409L不锈钢耐晶间腐蚀能力劣于430不锈钢. 经微观分析:409L不锈钢为沿着基体等轴晶界的典型晶间腐蚀形貌特征,而430不锈钢在轧向碳化物(M:C6)与基体的相界 面上呈现分层腐蚀痕迹. 关键词不锈钢:腐蚀:点蚀:阳极极化:电化学性能 分类号TG172.6:TG174.3 Localized corrosion resistance of 409 L and 430 ferritic stainless steels YANG Rui-cheng2),BI Hai-juan,NIU Shao-rui,JIN Sai-e,SHEN Peng" 1)State Key Laboratory of Gansu Advanced Non-errous Metal Materials.Lanzhou University of Technology,Lanzhou 730050.China 2)Key Laboratory of The Ministry of Education of China for Non-ferrous Metal Alloys,Lanzhou University of Technology,Lanzhou 730050,China Corresponding author.E-mail:bhj916@163.com ABSTRACT The pitting corrosion and intergranular corrosion resistance performances of 409 L and 430 hot-rolling plates were cont- rastively investigated by using electrochemical measurements and chemical immersion tests.The results show that the difference be- tween breakdown potential and protection potential of 409 L stainless steel is little,and the restorability of the passive film is strong with small-scale shallow pits.The pitting corrosion resistance of 430 stainless steel is better than that of 409L stainless steel because of a higher breakdown potential,but its banding microstructure has the apparent effect of a corrosion microcell,represented with a more se- rious general corrosion.The intergranular corrosion resistance of 409 L stainless steel performs worse than that of the 430 stainless steel because of the low content of Cr and the lack of stabilizing processes under the hot-rolled condition.Through microstructure analysis. 409 L stainless steel presents a classic intergranular corrosion appearance along equiaxial grain boundaries,while 430 stainless steel ex- hibits a delamination corrosion trace at the phase interface between carbides(MaC)and the matrix. KEY WORDS stainless steel:corrosion:pitting:anodic polarization:electrochemical properties 不锈钢需求旺盛,但镍资源紧缺,大力推广和应 滚筒、室内面板等.目前,由于409L不锈钢有成本 用铁素体不锈钢是不锈钢发展的总趋势山.随着真 低,且加T后耐高温腐蚀等特点,所以扩大了应用 空脱气(VOD)和氩-氧脱碳(AOD)技术的发展,近 的倾向[,如应用于集装箱。由于铁素体不锈钢原 年来铁素体不锈钢有了长足的发展,成为耐局部腐 来用量不大,对于该类钢耐局部腐蚀的研究很 蚀材料的一个重要发展分支2-].409L不锈钢主要 少7),文献[7]对409L和410L冷轧板焊接接头腐 使用在汽车排气系统中;430不锈钢含较高的铬,是 蚀性能做了比较.本文采用电化学测试法和化学浸 良好耐蚀性的代表钢种,典型用途包括用于洗衣机 泡实验法研究了409L铁素体不锈钢的耐点蚀和耐晶 收稿日期:201005-31 基金项目:甘肃省有色金属新材料重点实验室开放基金资助项目(No.SK05011)
第 33 卷 第 4 期 2011 年 4 月 北京科技大学学报 Journal of University of Science and Technology Beijing Vol. 33 No. 4 Apr. 2011 409 L 和 430 铁素体不锈钢耐局部腐蚀性能 杨瑞成1,2) 毕海娟1) 牛绍蕊1) 靳塞特1) 申 鹏1) 1) 兰州理工大学甘肃省有色金属新材料重点实验室,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 通信作者,E-mail: bhj916@ 163. com 摘 要 采用电化学测试技术与化学浸泡实验相结合,对比研究了 409 L 和 430 铁素体不锈钢热轧板材耐点蚀和耐晶间腐蚀 的能力. 结果表明: 409 L 不锈钢的击穿电位与保护电位的差小、钝化膜的修复能力较强,表现为小尺度的浅点蚀孔; 430 不锈 钢的击穿电位较高,耐点蚀能力高于 409 L 不锈钢,但 430 不锈钢热轧态的条带组织有明显的腐蚀微电池效应,表现为比较严 重的全面腐蚀; 409 L 不锈钢含 Cr 量低,且其热轧态未经过稳定化处理,使得 409 L 不锈钢耐晶间腐蚀能力劣于 430 不锈钢. 经微观分析: 409 L 不锈钢为沿着基体等轴晶界的典型晶间腐蚀形貌特征,而 430 不锈钢在轧向碳化物( M23C6 ) 与基体的相界 面上呈现分层腐蚀痕迹. 关键词 不锈钢; 腐蚀; 点蚀; 阳极极化; 电化学性能 分类号 TG172. 6; TG174. 3 Localized corrosion resistance of 409 L and 430 ferritic stainless steels YANG Rui-cheng1,2) ,BI Hai-juan1) ,NIU Shao-rui 1) ,JIN Sai-te 1) ,SHEN Peng1) 1) State Key Laboratory of Gansu Advanced Non-ferrous Metal Materials,Lanzhou University of Technology,Lanzhou 730050,China 2) Key Laboratory of The Ministry of Education of China for Non-ferrous Metal Alloys,Lanzhou University of Technology,Lanzhou 730050,China Corresponding author,E-mail: bhj916@ 163. com ABSTRACT The pitting corrosion and intergranular corrosion resistance performances of 409 L and 430 hot-rolling plates were contrastively investigated by using electrochemical measurements and chemical immersion tests. The results show that the difference between breakdown potential and protection potential of 409 L stainless steel is little,and the restorability of the passive film is strong with small-scale shallow pits. The pitting corrosion resistance of 430 stainless steel is better than that of 409 L stainless steel because of a higher breakdown potential,but its banding microstructure has the apparent effect of a corrosion microcell,represented with a more serious general corrosion. The intergranular corrosion resistance of 409 L stainless steel performs worse than that of the 430 stainless steel because of the low content of Cr and the lack of stabilizing processes under the hot-rolled condition. Through microstructure analysis, 409 L stainless steel presents a classic intergranular corrosion appearance along equiaxial grain boundaries,while 430 stainless steel exhibits a delamination corrosion trace at the phase interface between carbides ( M23C6 ) and the matrix. KEY WORDS stainless steel; corrosion; pitting; anodic polarization; electrochemical properties 收稿日期: 2010--05--31 基金项目: 甘肃省有色金属新材料重点实验室开放基金资助项目( No. SKL05011) 不锈钢需求旺盛,但镍资源紧缺,大力推广和应 用铁素体不锈钢是不锈钢发展的总趋势[1]. 随着真 空脱气( VOD) 和氩--氧脱碳( AOD) 技术的发展,近 年来铁素体不锈钢有了长足的发展,成为耐局部腐 蚀材料的一个重要发展分支[2--5]. 409 L 不锈钢主要 使用在汽车排气系统中; 430 不锈钢含较高的铬,是 良好耐蚀性的代表钢种,典型用途包括用于洗衣机 滚筒、室内面板等. 目前,由于 409 L 不锈钢有成本 低,且加 Ti 后耐高温腐蚀等特点,所以扩大了应用 的倾向[6],如应用于集装箱. 由于铁素体不锈钢原 来用量不大,对于该类钢耐局部腐蚀的研究很 少[7--9],文献[7]对 409 L 和 410 L 冷轧板焊接接头腐 蚀性能做了比较. 本文采用电化学测试法和化学浸 泡实验法研究了409 L 铁素体不锈钢的耐点蚀和耐晶 DOI:10.13374/j.issn1001-053x.2011.04.004
第4期 杨瑞成等:409L和430铁素体不锈钢耐局部腐蚀性能 ·429 间腐蚀性能,并与430铁素体不锈钢作对比分析. 主要差别是C和Cr含量不同,以及409L含Ti.试 样尺寸为15mm×12mm×3mm(板厚).两种实验 1实验材料和方法 用钢的冶炼工艺:电炉→转炉→LF精炼→氩一氧脱 1.1实验材料 碳(A0D)→连铸.轧制工艺:出炉(430,1070℃; 实验用材料为氩一氧脱碳(AOD)精炼的热轧态 409L,1060℃)→降温80~100℃→初轧1000℃→ 409L和430铁素体不锈钢,二者化学成分(表1)的 终轧800℃,轧制过程中不进行退火处理. 表1409L和430不锈钢的化学成分质量分数) Table 1 Chemical Composition of 409 L and 430 stainless steels 钢种 Si Mn Ni Cr Cu Ti N 409L 0.013 0.5 0.31 0.019 0.001 0.08 11.75 0.02 0.207 0.0143 430 0.038 0.3 0.25 0.018 0.001 0.08 16.19 0.02 0.0288 1.2实验方法 学动电位再活化(EPR)法,以6Vh-1的扫描速度从 1.2.1金相检验 腐蚀电位(约-400mV(SCE)极化到+300mV 试样抛光后分别用1g苦味酸+5 mL HCI+ (SCE),达到这个电位则扫描方向反转,以相同速度 100mL乙醇溶液(409L)和乙二酸水溶液电解 降低到腐蚀电位.分别测定阳极化环和再活化环的 (430)浸蚀,然后在MeF,金相显微镜下观察其显 最大电流I,和I,并以比值I,:1.作为敏化的 微组织 度量[10-2]1 1.2.2点蚀实验 晶间腐蚀的化学浸泡法是在微沸的65%硝酸 点蚀的电化学分析在上海辰华仪器有限公司 溶液中浸泡24h,以失重百分比和晶间腐蚀形貌评 CHI604C电化学分析仪上进行.腐蚀介质为30± 价其耐品间腐蚀性能 1℃的3.5%NaCl溶液,采用三电极系统,饱和甘汞 测得的点蚀和晶间腐蚀数据经计算机采集后利 电极和铂电极分别作为参比电极和辅助电极,扫描 用Origin软件拟合,获得相应的电化学参数. 速度为10V·s-1,用循环伏安法测量循环极化曲 线,从而得到击穿电位E,(E>E,将形成新的点蚀, 2实验结果与分析 已有的点蚀继续扩展长大)和保护电位E,(E≤E。, 2.1409L和430不锈钢的金相组织 原有点蚀全部钝化而不再发展,也不会形成新的 图1是409L和430不锈钢的显微组织图.可 点蚀). 以看出:409L热轧板材的显微组织基本为等轴晶, 化学浸泡法与电化学测量同步进行,实验溶液 晶界上和晶内有细小碳化物(Cr2C6,小颗粒状)、氨 为6%FCl溶液,实验温度为25℃,实验时间为 化物(TN等,多呈小四方块),组织比较均匀;430 72h.以失重和形貌评价其耐点蚀的性能. 热轧钢板的显微组织是由沿轧向(纵向)分布的竹 1.2.3晶间腐蚀实验 节状铁素体晶粒(其长宽比达7.2)和晶粒之间的 晶间腐蚀的电化学测试在0.05molL-1H,S04 (Cr,Fe)aC6碳化物构成的条带组织.两钢的组织 溶液中进行,实验装置和温度同上.采用双环电化 差异很大 100 100m 图1409L(a)和430不锈钢(b)的金相组织 Fig.1 Microstructures of 409 L a)and 430 (b)stainless steels
第 4 期 杨瑞成等: 409 L 和 430 铁素体不锈钢耐局部腐蚀性能 间腐蚀性能,并与 430 铁素体不锈钢作对比分析. 1 实验材料和方法 1. 1 实验材料 实验用材料为氩--氧脱碳( AOD) 精炼的热轧态 409 L 和 430 铁素体不锈钢,二者化学成分( 表 1) 的 主要差别是 C 和 Cr 含量不同,以及 409 L 含 Ti. 试 样尺寸为 15 mm × 12 mm × 3 mm( 板厚) . 两种实验 用钢的冶炼工艺: 电炉→转炉→LF 精炼→氩--氧脱 碳( AOD) →连铸. 轧制工艺: 出炉( 430,1 070 ℃ ; 409 L,1 060 ℃ ) →降温 80 ~ 100 ℃→初轧 1 000 ℃→ 终轧 800 ℃,轧制过程中不进行退火处理. 表 1 409 L 和 430 不锈钢的化学成分( 质量分数) Table 1 Chemical Composition of 409 L and 430 stainless steels % 钢种 C Si Mn P S Ni Cr Cu Ti N 409 L 0. 013 0. 5 0. 31 0. 019 0. 001 0. 08 11. 75 0. 02 0. 207 0. 014 3 430 0. 038 0. 3 0. 25 0. 018 0. 001 0. 08 16. 19 0. 02 — 0. 028 8 1. 2 实验方法 1. 2. 1 金相检验 试样抛光后分别用 1 g 苦味酸 + 5 mL HCl + 100 mL乙醇 溶 液 ( 409 L) 和 乙 二 酸 水 溶 液 电 解 ( 430) 浸蚀,然后在 MeF3 金相显微镜下观察其显 微组织. 1. 2. 2 点蚀实验 点蚀的电化学分析在上海辰华仪器有限公司 CHI604C 电化学分析仪上进行. 腐蚀介质为30 ± 1 ℃的 3. 5% NaCl 溶液,采用三电极系统,饱和甘汞 电极和铂电极分别作为参比电极和辅助电极,扫描 速度为 10 mV·s - 1 ,用循环伏安法测量循环极化曲 线,从而得到击穿电位 Eb ( E > Eb,将形成新的点蚀, 已有的点蚀继续扩展长大) 和保护电位 Ep ( E≤Ep, 原有点蚀全部钝化而不再发展,也不会形成新的 点蚀) . 化学浸泡法与电化学测量同步进行,实验溶液 为 6% FeCl3 溶液,实验温度为 25 ℃,实验时间为 72 h. 以失重和形貌评价其耐点蚀的性能. 图 1 409 L ( a) 和 430 不锈钢( b) 的金相组织 Fig. 1 Microstructures of 409 L ( a) and 430 ( b) stainless steels 1. 2. 3 晶间腐蚀实验 晶间腐蚀的电化学测试在 0. 05 mol·L - 1 H2 SO4 溶液中进行,实验装置和温度同上. 采用双环电化 学动电位再活化( EPR) 法,以 6V·h - 1 的扫描速度从 腐蚀电位( 约 - 400 mV ( SCE) ) 极化到 + 300 mV ( SCE) ,达到这个电位则扫描方向反转,以相同速度 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[10--12]. 晶间腐蚀的化学浸泡法是在微沸的 65% 硝酸 溶液中浸泡 24 h,以失重百分比和晶间腐蚀形貌评 价其耐晶间腐蚀性能. 测得的点蚀和晶间腐蚀数据经计算机采集后利 用 Origin 软件拟合,获得相应的电化学参数. 2 实验结果与分析 2. 1 409 L 和 430 不锈钢的金相组织 图 1 是 409 L 和 430 不锈钢的显微组织图. 可 以看出: 409 L 热轧板材的显微组织基本为等轴晶, 晶界上和晶内有细小碳化物( Cr23C6,小颗粒状) 、氮 化物( TiN 等,多呈小四方块) ,组织比较均匀; 430 热轧钢板的显微组织是由沿轧向( 纵向) 分布的竹 节状铁素体晶粒( 其长宽比达 7. 2) 和晶粒之间的 ( Cr,Fe) 23C6 碳化物构成的条带组织. 两钢的组织 差异很大. ·429·
·430 北京科技大学学报 第33卷 2.2点蚀实验 孔,而430不锈钢呈较细致的条带状腐蚀. 2.2.1电化学实验结果 表2409L和430不锈钢循环极化曲线的特征参数 循环伏安法测得的两种铁素体不锈钢的极化曲 Table 2 Characteristic values on the cyclic polarization curves of 409 L 线如图2所示,其特征参数如表2所示.从数据可 and 430 stainless steels 知:430不锈钢的击穿电位E,比409L不锈钢更正, 钢种 击穿电位,EV 保护电位,E。V(E-E)V 其E,-E,值约为409L不锈钢的2.5倍.由图3实 409L 0.2011 0.0687 0.1324 验用钢电化学实验后的低倍点蚀扫描电镜(SEM) 430 0.3653 0.0281 0.3372 照片可明显看出:409L不锈钢的腐蚀形貌呈浅点蚀 2.2.2化学浸泡实验结果 在6%FeCl,点蚀溶液中浸泡72h后两种铁素 体不锈钢的腐蚀失重情况列于表3.可见409L不 锈钢的失重明显小于430不锈钢.图4为浸泡腐蚀 后试样的宏观形貌.可以看出:409L不锈钢轧制面 409L 上出现了典型的点蚀孔;而430不锈钢呈现与其条 430 带组织密切相关的腐蚀痕迹,腐蚀失重较大,主要表 -6.6-0.40.200204 现为全面腐蚀.对比图4与图3,可见化学浸泡实验 电位N 与上述循环伏安法电化学腐蚀二者的点蚀形貌是一 图2409L和430不锈钢的循环极化曲线 致的. Fig.2 Cyclic polarization curves of 409 L and 430 stainless steels 图3409L(a)和430不锈钢(b)点蚀的扫描电镜照片(电化学实验后) Fig.3 SEM images of pitting corrosion of 409 L a)and 430(b)stainless steels after electrochemical tests) 表3409L和430不锈钢在6%FCl3点蚀溶液中腐蚀失重 为未再结品组织、处于较高能量状态,最终表现为比 Table 3 Weight losses of 409 L and 430 stainless steels in a 6%FeCl 较严重的全面腐蚀和沿轧向(纵向)的条状腐蚀痕 solution 迹.409L热轧态为基本完成再结晶的等轴晶粒、组 腐蚀前 腐蚀后 失重/ 失重 钢种 织均匀,但其Cr含量低、E。低,点蚀发生的热力学 质量/g 质量/g 率/% 倾向大:而且从其组织角度,一旦点蚀在碳化物和氨 409L 3.6186 3.0748 0.5438 15.028 化物处成核,其小阳极一大阴极效应明显,则点蚀容 430 4.7551 3.5260 1.2291 25.848 易扩展.另外,409L不锈钢的E。较高(0.0687V, 430不锈钢为0.0281V)、E-E。较小(0.1324V, 2.2.3409L和430不锈钢点蚀结果分析 430不锈钢为0.3372V),说明409L不锈钢钝化膜 综合点蚀的电化学和化学浸泡实验的结果可 的修复能力较强(点蚀孔的钻深效应小),表现为较 知,430不锈钢由于含Cr量高,其击穿电位E,较 小尺度、较浅(<0.3mm)的点蚀孔(图3(a)、 高:尽管从热力学角度,430不锈钢发生明显点蚀的 图4(a)).因此,热轧状态下430不锈钢的抗点蚀 倾向较小,但430钢中伴随条带组织存在大量微观 性能高于409L不锈钢,但409L不锈钢钝化膜的修 电化学不均匀性,因此虽然不易产生集中的小阳极一 复能力较强.此外,在6%FCl3点蚀溶液中,430不 大阴极的腐蚀状态,却导致其比较严重的腐蚀微电 锈钢还表现出较明显的全面腐蚀和沿轧向(纵向) 池效应,造成微蚀孔的较普遍发生,加之430热轧态 条带组织的分层腐蚀痕迹
北 京 科 技 大 学 学 报 第 33 卷 2. 2 点蚀实验 2. 2. 1 电化学实验结果 循环伏安法测得的两种铁素体不锈钢的极化曲 线如图 2 所示,其特征参数如表 2 所示. 从数据可 知: 430 不锈钢的击穿电位 Eb 比 409 L 不锈钢更正, 其 Eb - Ep 值约为 409 L 不锈钢的 2. 5 倍. 由图 3 实 验用钢电化学实验后的低倍点蚀扫描电镜( SEM) 照片可明显看出: 409 L 不锈钢的腐蚀形貌呈浅点蚀 图 2 409 L 和 430 不锈钢的循环极化曲线 Fig. 2 Cyclic polarization curves of 409 L and 430 stainless steels 孔,而 430 不锈钢呈较细致的条带状腐蚀. 表 2 409 L 和 430 不锈钢循环极化曲线的特征参数 Table 2 Characteristic values on the cyclic polarization curves of 409 L and 430 stainless steels 钢种 击穿电位,Eb /V 保护电位,Ep /V ( Eb - Ep ) /V 409 L 0. 201 1 0. 068 7 0. 132 4 430 0. 365 3 0. 028 1 0. 337 2 2. 2. 2 化学浸泡实验结果 在 6% FeCl3点蚀溶液中浸泡 72 h 后两种铁素 体不锈钢的腐蚀失重情况列于表 3. 可见 409 L 不 锈钢的失重明显小于 430 不锈钢. 图 4 为浸泡腐蚀 后试样的宏观形貌. 可以看出: 409 L 不锈钢轧制面 上出现了典型的点蚀孔; 而 430 不锈钢呈现与其条 带组织密切相关的腐蚀痕迹,腐蚀失重较大,主要表 现为全面腐蚀. 对比图 4 与图 3,可见化学浸泡实验 与上述循环伏安法电化学腐蚀二者的点蚀形貌是一 致的. 图 3 409 L ( a) 和 430 不锈钢( b) 点蚀的扫描电镜照片( 电化学实验后) Fig. 3 SEM images of pitting corrosion of 409 L ( a) and 430 ( b) stainless steels ( after electrochemical tests) 表 3 409 L 和 430 不锈钢在 6% FeCl3点蚀溶液中腐蚀失重 Table 3 Weight losses of 409 L and 430 stainless steels in a 6% FeCl3 solution 钢种 腐蚀前 质量/g 腐蚀后 质量/g 失重/ g 失重 率/% 409 L 3. 618 6 3. 074 8 0. 543 8 15. 028 430 4. 755 1 3. 526 0 1. 229 1 25. 848 2. 2. 3 409 L 和 430 不锈钢点蚀结果分析 综合点蚀的电化学和化学浸泡实验的结果可 知,430 不锈钢由于含 Cr 量高,其击穿电位 Eb 较 高; 尽管从热力学角度,430 不锈钢发生明显点蚀的 倾向较小,但 430 钢中伴随条带组织存在大量微观 电化学不均匀性,因此虽然不易产生集中的小阳极-- 大阴极的腐蚀状态,却导致其比较严重的腐蚀微电 池效应,造成微蚀孔的较普遍发生,加之 430 热轧态 为未再结晶组织、处于较高能量状态,最终表现为比 较严重的全面腐蚀和沿轧向( 纵向) 的条状腐蚀痕 迹. 409 L 热轧态为基本完成再结晶的等轴晶粒、组 织均匀,但其 Cr 含量低、Eb 低,点蚀发生的热力学 倾向大; 而且从其组织角度,一旦点蚀在碳化物和氮 化物处成核,其小阳极--大阴极效应明显,则点蚀容 易扩展. 另外,409 L 不锈钢的 Ep 较高( 0. 068 7 V, 430 不锈钢为 0. 028 1 V) 、Eb - Ep 较小( 0. 132 4 V, 430 不锈钢为 0. 337 2 V) ,说明 409 L 不锈钢钝化膜 的修复能力较强( 点蚀孔的钻深效应小) ,表现为较 小尺度、较 浅 ( < 0. 3 mm) 的 点 蚀 孔 ( 图 3 ( a ) 、 图 4( a) ) . 因此,热轧状态下 430 不锈钢的抗点蚀 性能高于 409 L 不锈钢,但 409 L 不锈钢钝化膜的修 复能力较强. 此外,在 6% FeCl3点蚀溶液中,430 不 锈钢还表现出较明显的全面腐蚀和沿轧向( 纵向) 条带组织的分层腐蚀痕迹. ·430·
第4期 杨瑞成等:409L和430铁素体不锈钢耐局部腐蚀性能 ·431· 图4409L(a)和430不锈钢(b)的点蚀形貌(浸泡腐蚀后) Fig.4 Pitting corrosion morphology of 409L(a)and 430 (b)stainless steels (after immersion) 2.3晶间腐蚀实验 流比1/1.在0.001~0.05范围内时,对应着草酸电 2.3.1电化学实验结果 解侵蚀实验的“混合”结构.从表4中的数据可知, 动电位再活化法测得的409L和430不锈钢的 409L和430不锈钢均为“混合”结构,说明这二种钢 EPR曲线如图5所示.再活化峰和阳极化峰所对应 都具有一定程度的晶间腐蚀倾向(并不很大),而且 的最大电流值和11值见表4.文献表明),当电 430比409L不锈钢耐晶间腐蚀.由再活化法后的 2500 表面SEM分析(图6)可知,430不锈钢沿着轧制方 向局部出现轻微的腐蚀小点,而409L不锈钢能看 2000 —409L 到多个腐蚀晶粒 —430 表4409L和430不锈钢品间腐蚀曲线上的特征值 Table 4 Characteristic values on the intergranular corrosion curves of 409 L and 430 stainless steels 500 再活化最大电流,阳极化最大电流, 钢种 1.IL. I,IμA I,/μA 0.6 0.4 0200.204 电位N 409L 56.040 2293.0 0.024 图5409L和430不锈钢的品间腐蚀曲线 430 9.333 691.6 0.014 Fig.5 Intergranular corrosion curves of 409 L and 430 stainless steels 图6409L(a)和430不锈钢(b)品间腐蚀扫描电镜照片(电化学实验后) Fig.6 SEM images of intergranular corrosion of 409L(a)and 430 (b)stainless steels (after electrochemical tests) 2.3.2化学浸泡实验的结果 于沿轧向(纵向)分布的密集、细小的碳化物 经硝酸溶液微沸24h后质量变化(表5)可以看 (MC6)与基体的相界面上,形成多条几乎平行的 到:430不锈钢失重明显小于409L不锈钢,这与电 腐蚀痕迹,而其晶界腐蚀甚轻.这是由于430热轧 化学测试法所得结果一致.由图7可知:409L不锈 板材含Cr碳化物主要沿轧向(纵向)析出,导致其 钢为沿着基体等轴(铁素体)晶界发生的典型晶间 附近出现贫Cr区所致,但其总体上腐蚀轻微.430 腐蚀形貌,晶界腐蚀较深一些,勾画出了几乎完整的 和409L不锈钢的品间腐蚀微观形貌与图1的金相 晶界:430不锈钢的腐蚀条纹浅,且它的腐蚀多集中 组织图具有完全的对应性
第 4 期 杨瑞成等: 409 L 和 430 铁素体不锈钢耐局部腐蚀性能 图 4 409 L ( a) 和 430 不锈钢( b) 的点蚀形貌( 浸泡腐蚀后) Fig. 4 Pitting corrosion morphology of 409 L ( a) and 430 ( b) stainless steels ( after immersion) 2. 3 晶间腐蚀实验 2. 3. 1 电化学实验结果 动电位再活化法测得的 409 L 和 430 不锈钢的 EPR 曲线如图 5 所示. 再活化峰和阳极化峰所对应 的最大电流值和 Ir /Ia值见表 4. 文献表明[13],当电 图 5 409 L 和 430 不锈钢的晶间腐蚀曲线 Fig. 5 Intergranular corrosion curves of 409 L and 430 stainless steels 流比 Ir /Ia在 0. 001 ~ 0. 05 范围内时,对应着草酸电 解侵蚀实验的“混合”结构. 从表 4 中的数据可知, 409 L 和430 不锈钢均为“混合”结构,说明这二种钢 都具有一定程度的晶间腐蚀倾向( 并不很大) ,而且 430 比 409 L 不锈钢耐晶间腐蚀. 由再活化法后的 表面 SEM 分析( 图 6) 可知,430 不锈钢沿着轧制方 向局部出现轻微的腐蚀小点,而 409 L 不锈钢能看 到多个腐蚀晶粒. 表 4 409 L 和 430 不锈钢晶间腐蚀曲线上的特征值 Table 4 Characteristic values on the intergranular corrosion curves of 409 L and 430 stainless steels 钢种 再活化最大电流, Ir /μA 阳极化最大电流, Ia /μA Ir /Ia 409 L 56. 040 2 293. 0 0. 024 430 9. 333 691. 6 0. 014 图 6 409 L ( a) 和 430 不锈钢( b) 晶间腐蚀扫描电镜照片( 电化学实验后) Fig. 6 SEM images of intergranular corrosion of 409 L ( a) and 430 ( b) stainless steels ( after electrochemical tests) 2. 3. 2 化学浸泡实验的结果 经硝酸溶液微沸 24 h 后质量变化( 表 5) 可以看 到: 430 不锈钢失重明显小于 409 L 不锈钢,这与电 化学测试法所得结果一致. 由图 7 可知: 409 L 不锈 钢为沿着基体等轴( 铁素体) 晶界发生的典型晶间 腐蚀形貌,晶界腐蚀较深一些,勾画出了几乎完整的 晶界; 430 不锈钢的腐蚀条纹浅,且它的腐蚀多集中 于沿 轧 向 ( 纵 向) 分 布 的 密 集、细 小 的 碳 化 物 ( M23C6 ) 与基体的相界面上,形成多条几乎平行的 腐蚀痕迹,而其晶界腐蚀甚轻. 这是由于 430 热轧 板材含 Cr 碳化物主要沿轧向( 纵向) 析出,导致其 附近出现贫 Cr 区所致,但其总体上腐蚀轻微. 430 和 409 L 不锈钢的晶间腐蚀微观形貌与图 1 的金相 组织图具有完全的对应性. ·431·
·432· 北京科技大学学报 第33卷 表5微沸的65%HN03中409L和430不锈钢的腐蚀失重 2.3.3409L和430不锈钢晶间腐蚀结果的分析 Table 5 Weight losses of 409 L and 430 stainless steels in a 65%HNO3 两种晶间腐蚀实验方法的结果表明430不锈钢 solution 比409L耐晶间腐蚀.原因主要有三:第一,实验用 腐蚀前 腐蚀后 失重 钢种 失重/g 钢409L含Cr量(质量分数11.75%)低于430(质 质量1g 质量/g 率/% 量分数16.19%),故一旦有Cr23C6的晶界析出,则 409L 3.7805 3.7406 0.0399 1.06 基体内有效C含量就会低于其腐蚀电位所要求的 430 4.3575 4.3487 0.0088 0.20 临界值,而430不锈钢中较高Cr含量既可降低碳的 图7409L(a)和430不锈钢(b)的品间腐蚀微观形貌(浸泡腐蚀后) Fig.7 Intergranular corrosion morphology of 409L (a)and 430 (b)stainless steels after immersion) 活度,又可降低因CrC6析出引起附近区域的贫Cr 1996,11(2):41 度,都有利于减弱品间腐蚀倾向;第二,409L热轧态 (罗永赞.铁素体不锈钢的进展.材料开发与应用,1996,11 未经过稳定化处理,所含Ti通过形成T(C,N)的固 (2):41) [2]Yin Z F.Zhao WZ,Tian W.et al.Pitting behavior on super 碳作用尚未能发挥作用:第三,热轧态409L的晶粒 13Cr stainless steel in 3.5%NaCl solution in the presence of ace- 比较粗大(5.0~5.5级),显示出一定的晶间腐蚀 tic acid.J Solid State Electrochem.2009.13:1291 倾向 [3]Hu F J.Wu Y Q.Zhong X Y,et al.Susceptibility of ferritic stainless steels to intergranular corrosion.Corros Sci Prot Technol, 3结论 2009,21(2):110 (胡方坚,伍玉琴,钟祥玉,等.铁素体不锈钢的晶间腐蚀性 (1)对于430和409L不锈钢的点蚀和品间腐 能研究.腐蚀科学与防护技术,2009,21(2):110) 蚀行为,电化学测试法(循环极化曲线的特征参数 [4]Zhu C M,Tian J S.Mao H G.Test methods for detecting suscep- 和形貌)和化学浸泡法(失重和形貌)二者的实验分 tibility of ferritic stainless steels to intergranular corrosion.Mater 析结果具有很好的一致性、对应性. Pro,2008.41(10):14 (2)由于409L不锈钢的E,-E。小,钝化膜的 (朱朝明,田劲松,毛惠刚.铁素体不锈钢品间腐蚀试验方法 的探讨.材料保护,2008,41(10):14) 修复能力较强,表现为小而浅的点蚀孔.430不锈钢 [5]Xiao J M.Metallography Problems of Stainless Steels.Beijing 的E.较高,耐点蚀能力高于409L不锈钢,但430不 Metallurgical Industry Press,2006:182 锈钢具有明显的腐蚀微电池效应,产生比较严重的 (肖纪美.不锈钢的金属学问题.北京:冶金工业出版社 全面腐蚀. 2006:182) (3)409L不锈钢中低Cr以及未经过稳定化处 [6]Wu J F.Application and production of 400 series stainless steel. Shanghai Iron Steel Res,2006(3):7 理的热轧状态,使其耐晶间腐蚀能力劣于430不锈 (吴江枫.400系列不锈钢的应用及生产浅述.上海钢研, 钢.409L不锈钢为沿着基体等轴品界的典型品间 2006(3):7) 腐蚀形貌特征,而430不锈钢在轧向碳化物 [7]Tian JS,Zhu C M,Mao H G.Comparison of mechanical and cor- (M:C6)与基体的相界面上呈现分层腐蚀痕迹 rosion properties of weld joints between 409 L and 410 L ferritic (4)409和430不锈钢的点蚀、晶间腐蚀行为 stainless steels.Welding,2008(8):53 (田劲松,朱朝明.毛慧刚.409L和410L铁素体不锈钢焊接接 与其宏观、微观形貌特征及金相组织特征之间具有 头力学和腐蚀性能对比.焊接,2008(8):53) 完全的对应性 [8]Hastuty S.Nishikata A,Tsuru T.Pitting corrosion of Type 430 stainless steel under chloride solution droplet.Corros Sci,2010. 参考文献 52:2035 [1]Luo YZ.Development of ferritic stainless steels.Der Appl Mater, [9]Matulaa M.Hyspeckaa L,Svoboda M.Intergranular corrosion of
北 京 科 技 大 学 学 报 第 33 卷 表 5 微沸的 65% HNO3中 409 L 和 430 不锈钢的腐蚀失重 Table 5 Weight losses of 409 L and 430 stainless steels in a 65% HNO3 solution 钢种 腐蚀前 质量/g 腐蚀后 质量/g 失重/g 失重 率/% 409 L 3. 780 5 3. 740 6 0. 039 9 1. 06 430 4. 357 5 4. 348 7 0. 008 8 0. 20 2. 3. 3 409 L 和 430 不锈钢晶间腐蚀结果的分析 两种晶间腐蚀实验方法的结果表明 430 不锈钢 比 409 L 耐晶间腐蚀. 原因主要有三: 第一,实验用 钢 409 L 含 Cr 量( 质量分数 11. 75% ) 低于 430( 质 量分数 16. 19% ) ,故一旦有 Cr23 C6 的晶界析出,则 基体内有效 Cr 含量就会低于其腐蚀电位所要求的 临界值,而 430 不锈钢中较高 Cr 含量既可降低碳的 图 7 409 L ( a) 和 430 不锈钢( b) 的晶间腐蚀微观形貌( 浸泡腐蚀后) Fig. 7 Intergranular corrosion morphology of 409 L ( a) and 430 ( b) stainless steels ( after immersion) 活度,又可降低因 Cr23C6 析出引起附近区域的贫 Cr 度,都有利于减弱晶间腐蚀倾向; 第二,409 L 热轧态 未经过稳定化处理,所含 Ti 通过形成 Ti( C,N) 的固 碳作用尚未能发挥作用; 第三,热轧态 409 L 的晶粒 比较粗大( 5. 0 ~ 5. 5 级) ,显示出一定的晶间腐蚀 倾向. 3 结论 ( 1) 对于 430 和 409 L 不锈钢的点蚀和晶间腐 蚀行为,电化学测试法( 循环极化曲线的特征参数 和形貌) 和化学浸泡法( 失重和形貌) 二者的实验分 析结果具有很好的一致性、对应性. ( 2) 由于 409 L 不锈钢的 Eb - Ep 小,钝化膜的 修复能力较强,表现为小而浅的点蚀孔. 430 不锈钢 的 Eb 较高,耐点蚀能力高于409 L 不锈钢,但430 不 锈钢具有明显的腐蚀微电池效应,产生比较严重的 全面腐蚀. ( 3) 409 L 不锈钢中低 Cr 以及未经过稳定化处 理的热轧状态,使其耐晶间腐蚀能力劣于 430 不锈 钢. 409 L 不锈钢为沿着基体等轴晶界的典型晶间 腐蚀 形 貌 特 征,而 430 不 锈 钢 在 轧 向 碳 化 物 ( M23C6 ) 与基体的相界面上呈现分层腐蚀痕迹. ( 4) 409 和 430 不锈钢的点蚀、晶间腐蚀行为 与其宏观、微观形貌特征及金相组织特征之间具有 完全的对应性. 参 考 文 献 [1] Luo Y Z. Development of ferritic stainless steels. Dev Appl Mater, 1996,11( 2) : 41 ( 罗永赞. 铁素体不锈钢的进展. 材料开发与应用,1996,11 ( 2) : 41) [2] Yin Z F,Zhao W Z,Tian W,et al. Pitting behavior on super 13Cr stainless steel in 3. 5% NaCl solution in the presence of acetic acid. J Solid State Electrochem,2009,13: 1291 [3] Hu F J,Wu Y Q,Zhong X Y,et al. Susceptibility of ferritic stainless steels to intergranular corrosion. Corros Sci Prot Technol, 2009,21( 2) : 110 ( 胡方坚,伍玉琴,钟祥玉,等. 铁素体不锈钢的晶间腐蚀性 能研究. 腐蚀科学与防护技术,2009,21( 2) : 110) [4] Zhu C M,Tian J S,Mao H G. Test methods for detecting susceptibility of ferritic stainless steels to intergranular corrosion. Mater Prot,2008,41( 10) : 14 ( 朱朝明,田劲松,毛惠刚. 铁素体不锈钢晶间腐蚀试验方法 的探讨. 材料保护,2008,41( 10) : 14) [5] Xiao J M. Metallography Problems of Stainless Steels. Beijing: Metallurgical Industry Press,2006: 182 ( 肖纪美. 不锈钢的金属学问题. 北京: 冶金工业出版社, 2006: 182) [6] Wu J F. Application and production of 400 series stainless steel. J Shanghai Iron Steel Res,2006( 3) : 7 ( 吴江枫. 400 系列不锈钢的应用及生产浅述. 上海钢研, 2006( 3) : 7) [7] Tian J S,Zhu C M,Mao H G. Comparison of mechanical and corrosion properties of weld joints between 409 L and 410 L ferritic stainless steels. Welding,2008( 8) : 53 ( 田劲松,朱朝明,毛慧刚. 409 L 和410 L 铁素体不锈钢焊接接 头力学和腐蚀性能对比. 焊接,2008( 8) : 53) [8] Hastuty S,Nishikata A,Tsuru T. Pitting corrosion of Type 430 stainless steel under chloride solution droplet. Corros Sci,2010, 52: 2035 [9] Matulaa M,Hyspeckaa L,Svoboda M. Intergranular corrosion of ·432·
第4期 杨瑞成等:409L和430铁素体不锈钢耐局部腐蚀性能 ·433· AISI 316 L steel.Mater Charact.2001.46:203 蚀.中国腐蚀与防护学报,2007,27(2):124) [10]Jin W S.Lang Y P.Rong F.et al.Research of EPR on the sus- [12]Gao Z P,Chen F C.Zhao C J.Comparing different criteria of ceptibility to intergranular corrosion of austenitic stainless steel. EPR method to evaluate the susceptibility to intergranular corro- Chin Soc Corros Prot.2007.27(1):54 sion.J Chin Soc Corros Prot,2000.20(4):243 (金维松,郎宇平,荣凡,等.EPR法评价奥氏体不锈钢品间 (高中平,陈范才,赵常就.EPR法评价品间腐蚀敏感性的 腐蚀敏感性研究.中国腐蚀与防护学报,2007,27(1):54) 各种判据的比较.中国腐蚀与防护学报,2000,20(4):243) [11]Zhang S L.Li M J.Wang X B.et al.Intergranular corrosion of [13]Li J Q.Du C W.Corrosion Test Methods and Monitor Technolo- 18-8 austenitic stainless steel.J Chin Soc Corros Prot,2007,27 gy.Beijing:China Petrochemical Press,2007:25 (2):124 (李久青,杜翠薇.腐蚀试验方法及监测技术.北京:中国石 (张述林,李敏娇,王晓波,等.188奥氏体不锈钢的品间腐 化出版社,2007:25)
第 4 期 杨瑞成等: 409 L 和 430 铁素体不锈钢耐局部腐蚀性能 AISI 316 L steel. Mater Charact,2001,46: 203 [10] Jin W S,Lang Y P,Rong F,et al. Research of EPR on the susceptibility to intergranular corrosion of austenitic stainless steel. J Chin Soc Corros Prot,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 腐蚀敏感性研究. 中国腐蚀与防护学报,2007,27( 1) : 54) [11] Zhang S L,Li M J,Wang X B,et al. Intergranular corrosion of 18-8 austenitic stainless steel. J Chin Soc Corros Prot,2007,27 ( 2) : 124 ( 张述林,李敏娇,王晓波,等. 18--8 奥氏体不锈钢的晶间腐 蚀. 中国腐蚀与防护学报,2007,27( 2) : 124) [12] Gao Z P,Chen F C,Zhao C J. Comparing different criteria of EPR method to evaluate the susceptibility to intergranular corrosion. J Chin Soc Corros Prot,2000,20( 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,2000,20( 4) : 243) [13] Li J Q,Du C W. Corrosion Test Methods and Monitor Technology. Beijing: China Petrochemical Press,2007: 25 ( 李久青,杜翠薇. 腐蚀试验方法及监测技术. 北京: 中国石 化出版社,2007: 25) ·433·