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第10期 张艺等：新型高锰奥氏体合金耐液锌的腐蚀机理 .1251. 工业锌液.在此温度下做腐蚀时间分别为1,3,4 1 实验材料与方法 和14d的静态腐蚀实验，并计算每个试样相应的腐 用工业纯铁、纯锰和纯铬等在10kg容量的真 蚀速率，沿着试样截面进行厚度测量，取平均值，可 空感应炉中熔炼出板坯（合金的化学成分及力学参 用于计算腐蚀速度，计算公式如下所示]， 数见表1和表2)，用线切割机加工成15mm× dw/dt=e.(dy/dt).(1/2) (1) 10mmX5mm的试样.用井式电阻炉作热源，将锌 式中，dw/dt为腐蚀速度，gcm2h1p为被腐蚀 锭放入电炉中的石墨坩埚中，将炉内温度设定为 基体的密度，gcm一3；dy/dt为单位时间平均厚度 490℃，待锌锭熔化后，将试样浸入锌液中.为了更 损失，cmh-1;1/2表示测量试样的厚度时，测两 好地研究合金耐液锌腐蚀机理，采用纯锌液而不是 个面 表1两种合金的化学成分（质量分数）及密度 Table 1 Chemical composition and density of the two alloys % 合金 C Mn c Si i Mo Nb+N Fe 密度/(gem-) 新型高锰奥氏体合金 0.35 9.78 17.17 1.38 2.25 0.65 余量 7.709 316L不锈钢 0.02 0.57 17.83 0.72 10.31 1.97 余量 7.927 表2新型高锰奥氏体合金的力学参数 锰奥氏体合金的腐蚀速率不足316L不锈钢的1/5； Table 2 Mechanical properties of the new type high manganese austen- 随后进入稳定腐蚀阶段，两种合金的腐蚀速率都减 ite alloy 缓，此时两合金腐蚀速率基本相当；在整个腐蚀周期 硬度，HRC 冲击韧性/（们cm-2) 抗拉强度/MPa 14d内，新型高锰奥氏体合金在490℃液锌中的平 21.5 22.5 701 均腐蚀速率为6.42×10-4gcm2h-1,316L不锈 利用金相显微镜(JL一O2A)和扫描电镜(LE0 钢的平均腐蚀速率为1.54×10-3gcm-2h1. 1530VP)对腐蚀产物进行显微组织观察，用能谱仪 2.2腐蚀层形貌 (INCA300)进行腐蚀层化学成分分析，用显微硬度 图2所示为两种合金在490℃浸锌1d后的腐 计(LEICA VMHT-30)进行厚度测量，用X射线衍 蚀产物的金相照片，结果表明：新型高锰奥氏体合 射仪(D/MAX-RB)进行腐蚀层相确定. 金在液锌中腐蚀1d后，基体与纯锌层之间形成一 层宽度为15m左右的致密的合金层；而316L不 2实验结果与分析 锈钢在液锌中腐蚀1d后，腐蚀产物包括一层较厚 2.1腐蚀速率 的宽度为50m的合金层和一层疏松的颗粒状组 图1为新型高锰奥氏体合金和316L不锈钢在 织，随着腐蚀时间的延长（图3），新型高锰奥氏体合 490℃液锌中腐蚀深度与时间关系，由图可看出：前 金在液锌中腐蚀5d后，其腐蚀产物为三层结构，内 5d属于加速腐蚀阶段，在此阶段，新型高锰奥氏体 层为较厚的致密的合金相层，宽度为120m左右， 合金腐蚀速率为9.9×10-4gcm2h,316L不 第2层为呈柱状疏松的相层，最后是纯锌相层；而 锈钢的腐蚀速率为5.2×10-3gcm-2h1,新型高 316L不锈钢在液锌中腐蚀5d后其腐蚀产物为两 0.16m 层结构，第1层为较薄的致密的合金相层，宽度为 80m左右，第2层为较厚的细碎颗粒，分布在纯锌 0.12 ·一新型高锰奥氏体合金 相层中.腐蚀时间进一步延长，在液锌中腐蚀14d ·316L不锈钢 0.08 后（图4），两种合金材料的腐蚀层厚度均减薄.新型 高锰奥氏体合金腐蚀层由两层结构组成，靠近基体 0.04 是较致密的一层组织，随后是晶粒粗大且疏松的组 织，与液锌交界面处晶粒间结合相对较致密，与基体 68101214 腐蚀时间d 交界面也较为平整；316L不锈钢的腐蚀层与基体的 交界面凹凸不平，发生了不均匀腐蚀，且腐蚀层末端 图1合金腐蚀深度随时间的变化关系 有很多破碎的颗粒分布在液锌中 Fig.1 Relationship between corrosion thickness and time of experi- 2.3腐蚀层成分及相分析 mental alloys 利用EDS能谱仪对腐蚀层进行成分分析，并结1 实验材料与方法 用工业纯铁、纯锰和纯铬等在10kg 容量的真 空感应炉中熔炼出板坯（合金的化学成分及力学参 数见表 1 和表 2）用线切割机加工成15mm× 10mm×5mm的试样．用井式电阻炉作热源将锌 锭放入电炉中的石墨坩埚中将炉内温度设定为 490℃待锌锭熔化后将试样浸入锌液中．为了更 好地研究合金耐液锌腐蚀机理采用纯锌液而不是 工业锌液［5］．在此温度下做腐蚀时间分别为134 和14d 的静态腐蚀实验并计算每个试样相应的腐 蚀速率沿着试样截面进行厚度测量取平均值可 用于计算腐蚀速度．计算公式如下所示［6］： d w／d t＝ρ·（d y／d t）·（1／2） （1） 式中d w／d t 为腐蚀速度g·cm －2·h －1 ；ρ为被腐蚀 基体的密度g·cm －3 ；d y／d t 为单位时间平均厚度 损失cm·h －1 ；1／2表示测量试样的厚度时测两 个面． 表1 两种合金的化学成分（质量分数）及密度 Table1 Chemical composition and density of the two alloys ％ 合金 C Mn Cr Si Ni Mo Nb＋N Fe 密度／（g·cm －3） 新型高锰奥氏体合金 0∙35 9∙78 17∙17 1∙38 2∙25 － 0∙65 余量 7∙709 316L 不锈钢 0∙02 0∙57 17∙83 0∙72 10∙31 1∙97 － 余量 7∙927 表2 新型高锰奥氏体合金的力学参数 Table2 Mechanical properties of the new type high-manganese austenite alloy 硬度HRC 冲击韧性／（J·cm －2） 抗拉强度／MPa 21∙5 22∙5 701 利用金相显微镜（JL－02A）和扫描电镜（LEO 1530VP）对腐蚀产物进行显微组织观察用能谱仪 （INCA300）进行腐蚀层化学成分分析用显微硬度 计（LEICA VMHT－30）进行厚度测量用 X 射线衍 射仪（D／MAX－RB）进行腐蚀层相确定． 2 实验结果与分析 图1 合金腐蚀深度随时间的变化关系 Fig．1 Relationship between corrosion thickness and time of experimental alloys 2∙1 腐蚀速率 图1为新型高锰奥氏体合金和316L 不锈钢在 490℃液锌中腐蚀深度与时间关系．由图可看出：前 5d 属于加速腐蚀阶段在此阶段新型高锰奥氏体 合金腐蚀速率为9∙9×10－4 g·cm －2·h －1316L 不 锈钢的腐蚀速率为5∙2×10－3 g·cm －2·h －1新型高 锰奥氏体合金的腐蚀速率不足316L 不锈钢的1／5； 随后进入稳定腐蚀阶段两种合金的腐蚀速率都减 缓此时两合金腐蚀速率基本相当；在整个腐蚀周期 14d 内新型高锰奥氏体合金在490℃液锌中的平 均腐蚀速率为6∙42×10－4 g·cm －2·h －1316L 不锈 钢的平均腐蚀速率为1∙54×10－3 g·cm －2·h －1． 2∙2 腐蚀层形貌 图2所示为两种合金在490℃浸锌1d 后的腐 蚀产物的金相照片．结果表明：新型高锰奥氏体合 金在液锌中腐蚀1d 后基体与纯锌层之间形成一 层宽度为15μm 左右的致密的合金层；而316L 不 锈钢在液锌中腐蚀1d 后腐蚀产物包括一层较厚 的宽度为50μm 的合金层和一层疏松的颗粒状组 织．随着腐蚀时间的延长（图3）新型高锰奥氏体合 金在液锌中腐蚀5d 后其腐蚀产物为三层结构内 层为较厚的致密的合金相层宽度为120μm 左右 第2层为呈柱状疏松的相层最后是纯锌相层；而 316L 不锈钢在液锌中腐蚀5d 后其腐蚀产物为两 层结构第1层为较薄的致密的合金相层宽度为 80μm 左右第2层为较厚的细碎颗粒分布在纯锌 相层中．腐蚀时间进一步延长在液锌中腐蚀14d 后（图4）两种合金材料的腐蚀层厚度均减薄．新型 高锰奥氏体合金腐蚀层由两层结构组成靠近基体 是较致密的一层组织随后是晶粒粗大且疏松的组 织与液锌交界面处晶粒间结合相对较致密与基体 交界面也较为平整；316L 不锈钢的腐蚀层与基体的 交界面凹凸不平发生了不均匀腐蚀且腐蚀层末端 有很多破碎的颗粒分布在液锌中． 2∙3 腐蚀层成分及相分析 利用 EDS 能谱仪对腐蚀层进行成分分析并结 第10期 张 艺等： 新型高锰奥氏体合金耐液锌的腐蚀机理 ·1251·