第8期 何福善等：C32Ni7Mo3N特级双相不锈钢的空蚀行为 ·1065· 仅完全脱落，形成了许多细小的蜂窝状空蚀坑，表面 腐蚀：另一方面，奥氏体在空蚀冲击载荷作用下表面 呈现诸多裂纹，且蜂窝状空蚀坑和裂纹向材料基体 塑性变形产生位错、滑移等，在腐蚀溶解作用下，位 内纵向延伸（见截面形貌图8）.因而，人工海水试 错、滑移等移动阻力下降，材料表面出现应力松弛， 样破坏程度比蒸馏水中严重.结合图2进行分析 弱化了表面材料结合力，使奥氏体抵抗空泡溃灭 知：空蚀累积曲线进入平台区域后，此阶段材料失重 载荷能力减弱，同时腐蚀溶解使得铁素体表面硬度 以裂纹扩展连接导致材料脱落和疲劳断裂脱落为 降低，抗冲击能力减弱，最终降低了材料抗空蚀的 主，材料空蚀破坏形貌呈蜂窝状 能力 因此，空蚀的搅拌作用加速了材料表面及其附 近腐蚀介质的电子传质过程，从而导致自腐蚀电位 负移、腐蚀电流密度增大腐蚀降低材料表面力学性 能，使材料空蚀破坏加速，两者交互影响导致材料加 速失效破坏. 2.3两种材料抗空蚀性对比分析 前面对Cr32Ni7Mo3N钢的空蚀累积失重量和 失重率曲线、空蚀发展过程以及空蚀与腐蚀的相互 关系进行了研究和分析，但还无法直接判断这种材 料的抗空蚀能力的优劣.基于此，选取了SAF2205 图8Cr32N7M3N钢在人工海水中空蚀84h后截面扫描电镜 钢作为对比材料，也在人工海水中进行相同的空蚀 形貌 Fig.8 SEM micrographs showing the etched cross section of 实验，实验对比结果如图10所示.SAF2205钢在人 Cr32Ni7 Mo3N steel after cavitation in artificial seawater for 84 h 工海水中空蚀5h时就达到最大失重率7.3mgh-', 其最大失重率是C32Ni7Mo3N的31.7倍，而且 2.2空蚀与腐蚀的交互 SAF2205钢达到最大失重率耗时明显比 图9是静态和空蚀条件下试样的极化曲线.由 Cr32Ni7Mo3N钢的短.SAF2205钢空蚀24h后的累 塔菲尔直线外推法得到静态和空蚀条件下腐蚀电流 积失重量是53.3mg,Cr32Ni7Mo3N钢空蚀84h后的 密度分别为0.89和39.16μA·cm-2,空蚀使材料的 累积失重量只有6.9mg.显然，SAF2205钢空蚀耗 电化学腐蚀速率增大了44倍. 时不到Cr32Ni7Mo3N钢的1/3，空蚀所导致的质量 损失量却是Cr32N7Mo3N的7倍多.采用扫描电镜 空蚀 跟踪观察了SAF2205钢在人工海水中空蚀不同时 1.0 ---静态 间后试样表面形貌，如图11所示.SAF2205材料空 0.5 蚀破坏表面形貌变化与C32Ni7Mo3N钢相似，空蚀 破坏都是先在铁素体相（α）和相界（α/y)发生（见 图11(a),然后在铁素体相上扩展，SAF2205钢在 人工海水中空蚀5h（见图11(b))铁素体发生大面 -05 积破坏，而Cr32N7Mo3N钢中铁素体大面积破坏需 要空蚀14h(见图4)：随着空蚀的进一步进行，奥氏 543 =2 体开始大面积破坏（见图11(c))直至试样表面材 lH∥Acm] 料完全脱落形成蜂窝状空蚀破坏形貌（见图11 图9空蚀和静态下Cr32N7Ma3N钢极化曲线图 (d)).与SAF2205材料空蚀24h的表面形貌相 Fig.9 Polarization curves of Cr32Ni7Mo3N steel in artificial seawa- 比，Cr32Ni7Mo3N钢空蚀84h后表面才形成细小蜂 ter in the presence and absence of cavitation 窝状空蚀坑（见图7(c)).因此，无论从材料的失重 显然在腐蚀介质中，空蚀与腐蚀互为影响，导致 量，还是形貌破坏程度，都说明Cr32N7Mo3N钢比 材料失效率增大.这是由于一方面振幅杆的振动以 SAF2205钢具有更优的抗空蚀能力， 及空泡形成和溃灭产生搅拌作用，加快了材料表面、 3结论 表面一介质附近离子和分子的传输，同时也增强了 离子、分子与材料表面的电子交换，加速了对材料的 (1)空蚀时，C32Ni7Mo3N钢破裂首先发生在第 8 期 何福善等: Cr32Ni7Mo3N 特级双相不锈钢的空蚀行为 仅完全脱落，形成了许多细小的蜂窝状空蚀坑，表面 呈现诸多裂纹，且蜂窝状空蚀坑和裂纹向材料基体 内纵向延伸( 见截面形貌图 8) ． 因而，人工海水试 样破坏程度比蒸馏水中严重． 结合图 2 进行分析 知: 空蚀累积曲线进入平台区域后，此阶段材料失重 以裂纹扩展连接导致材料脱落和疲劳断裂脱落为 主，材料空蚀破坏形貌呈蜂窝状． 图 8 Cr32Ni7Mo3N 钢在人工海水中空蚀 84 h 后截面扫描电镜 形貌 Fig． 8 SEM micrographs showing the etched cross section of Cr32Ni7Mo3N steel after cavitation in artificial seawater for 84 h 2. 2 空蚀与腐蚀的交互 图 9 是静态和空蚀条件下试样的极化曲线． 由 塔菲尔直线外推法得到静态和空蚀条件下腐蚀电流 密度分别为 0. 89 和 39. 16 μA·cm － 2，空蚀使材料的 电化学腐蚀速率增大了 44 倍． 图 9 空蚀和静态下 Cr32Ni7Mo3N 钢极化曲线图 Fig． 9 Polarization curves of Cr32Ni7Mo3N steel in artificial seawa￾ter in the presence and absence of cavitation 显然在腐蚀介质中，空蚀与腐蚀互为影响，导致 材料失效率增大． 这是由于一方面振幅杆的振动以 及空泡形成和溃灭产生搅拌作用，加快了材料表面、 表面--介质附近离子和分子的传输，同时也增强了 离子、分子与材料表面的电子交换，加速了对材料的 腐蚀; 另一方面，奥氏体在空蚀冲击载荷作用下表面 塑性变形产生位错、滑移等，在腐蚀溶解作用下，位 错、滑移等移动阻力下降，材料表面出现应力松弛， 弱化了表面材料结合力［14］，使奥氏体抵抗空泡溃灭 载荷能力减弱，同时腐蚀溶解使得铁素体表面硬度 降低，抗冲击能力减弱，最终降低了材料抗空蚀的 能力． 因此，空蚀的搅拌作用加速了材料表面及其附 近腐蚀介质的电子传质过程，从而导致自腐蚀电位 负移、腐蚀电流密度增大; 腐蚀降低材料表面力学性 能，使材料空蚀破坏加速，两者交互影响导致材料加 速失效破坏． 2. 3 两种材料抗空蚀性对比分析 前面对 Cr32Ni7Mo3N 钢的空蚀累积失重量和 失重率曲线、空蚀发展过程以及空蚀与腐蚀的相互 关系进行了研究和分析，但还无法直接判断这种材 料的抗空蚀能力的优劣． 基于此，选取了 SAF2205 钢作为对比材料，也在人工海水中进行相同的空蚀 实验，实验对比结果如图 10 所示． SAF2205 钢在人 工海水中空蚀5 h 时就达到最大失重率 7. 3 mg·h － 1， 其最 大 失 重 率 是 Cr32Ni7Mo3N 的 31. 7 倍，而 且 SAF2205 钢达到最大失重率耗时明显比 Cr32Ni7Mo3N 钢的短． SAF2205 钢空蚀 24 h 后的累 积失重量是53. 3 mg，Cr32Ni7Mo3N 钢空蚀84 h 后的 累积失重量只有 6. 9 mg． 显然，SAF2205 钢空蚀耗 时不到 Cr32Ni7Mo3N 钢的 1 /3，空蚀所导致的质量 损失量却是 Cr32Ni7Mo3N 的 7 倍多． 采用扫描电镜 跟踪观察了 SAF2205 钢在人工海水中空蚀不同时 间后试样表面形貌，如图 11 所示． SAF2205 材料空 蚀破坏表面形貌变化与 Cr32Ni7Mo3N 钢相似，空蚀 破坏都是先在铁素体相( α) 和相界( α /γ) 发生( 见 图 11( a) ) ，然后在铁素体相上扩展，SAF2205 钢在 人工海水中空蚀 5 h ( 见图 11( b) ) 铁素体发生大面 积破坏，而 Cr32Ni7Mo3N 钢中铁素体大面积破坏需 要空蚀 14 h ( 见图 4) ; 随着空蚀的进一步进行，奥氏 体开始大面积破坏( 见图 11 ( c) ) 直至试样表面材 料完全脱落形成蜂窝状空蚀破坏形貌 ( 见 图 11 ( d) ) ． 与 SAF 2205 材料空蚀 24 h 的表面形貌相 比，Cr32Ni7Mo3N 钢空蚀 84 h 后表面才形成细小蜂 窝状空蚀坑( 见图 7( c) ) ． 因此，无论从材料的失重 量，还是形貌破坏程度，都说明 Cr32Ni7Mo3N 钢比 SAF2205 钢具有更优的抗空蚀能力． 3 结论 ( 1) 空蚀时，Cr32Ni7Mo3N 钢破裂首先发生在 · 5601 ·