郑建超等：Mn对2205双相不锈钢耐点蚀性能的影响 ·247· the matrix.Thus,the corrosion of the duplex stainless steel matrix is more serious than that of the inclusions. KEY WORDS duplex stainless steel;pitting corrosion:inclusion;chemical corrosion:matrix 2205钢是一种由铁素体及奥氏体组成的双相 坑在奥氏体相及两相交界处形成，降低钢的耐点蚀 不锈钢，其点蚀当量在35左右.与奥氏体不锈钢相 性能.Toor等1)的研究表明锰的加入促进高Mn-N 比，双相不锈钢有更高的强度，更好的韧性以及可焊 双相不锈钢中Mn、Cr氧化物的形成，而此类夹杂物 接性能。与铁素体不锈钢相比，双相不锈钢有更好 可以作为点蚀源，降低不锈钢的耐点蚀性能. 的耐腐蚀性能以及更高的屈服强度1-].因此2205 等[18]在超级双相不锈钢25Cr-2Ni-3Mo-xMn-N的 钢在石油、化工、造纸、能源、船舶、军事等工业领域 成分设计时.，考虑了M加入对不锈钢耐点蚀性能 都有广泛的应用[4-8].而2205钢之所以可以在不锈 的影响，当Mn质量分数超过12%时，会有σ相生 钢领域占据一席之地，除了优越的性能，还有更低的 成，进而造成不锈钢耐点蚀性能的下降.此外M的 生产成本.不锈钢生产中N的成本在所有合金中 加入势必会影响钢中夹杂物的形成，MS作为最常 占比最大，而Mn和Ni同为奥氏体稳定元素，因此 见的夹杂物之一，除了降低不锈钢的延性特性以 添加较高含量的Mn替代部分Ni的方案引起了企 外[9-1]，由于其在含C1离子的溶液中易于溶解而 业的注意.2002年开发成功含Mn双相不锈钢并投 作为点蚀的起始点，使金属表面直接暴露在溶液中， 入市场. 加快腐蚀2-2).2205双相不锈钢中S含量很低， 关于M在双相不锈钢中的作用及对各种性能 MS夹杂较少，基本是氧化物夹杂，文献中很少有人 的影响，Merello等9的研究表明，高锰高氨双相不 对这方面进行研究.因此有必要研究Mn的加入对 锈钢中Mn的加入能提高钢中N的溶解度，起到固 该钢种中夹杂物的影响，以及各类夹杂物对耐腐蚀 氨作用.Westin等[1o对节Ni高Mn型2101双相不 性能影响及机理. 锈钢焊接性能的研究发现，焊缝中的氧化物含Mn、 本文以2205双相不锈钢为研究对象，采用化学 N较高，这些氧化物降低了焊缝的耐蚀性能.苏煜 腐蚀法、电化学腐蚀法、夹杂物原位分析法、夹杂物 森等[)与方轶琉等[121对2101双相不锈钢高温热 自动分析技术、电感耦合等离子体发光光谱等方法 加工行为的研究发现，Mn稳定奥氏体能力较Ni弱， 系统研究M的加入对其耐点蚀性能的影响. 样品动态再结晶效果也会随之变差.Mn作为一种 1 合金元素，能够提高不锈钢的拉伸性能，淬硬性以及 实验方法 延展性13-s].An等[16们研究了Mn对双相不锈钢耐 实验原材料为2205双相不锈钢，来自于国内某 点蚀性能的影响，结果表明Mn的加入会促进点蚀 不锈钢企业，其化学成分见表1. 表1不同实验材料的化学成分（质量分数） Table 1 Chemical compositions of experimental alloys % 试样 C Si Mn P Cr Ni Mo Cu N 点蚀当量 样品10.018 0.34 0.93 0.0250.003122.475.393.06 0.150.163 余量 35.31 样品20.019 0.32 1.04 0.024 0.0027 22.81 5.30 2.94 0.15 0.168 余量 35.20 样品30.0140.32 1.160.0250.003322.69 5.39 2.850.150.172 余量 34.85 样品40.015 0.30 1.26 0.024 0.0029 22.72 5.35 2.90 0.15 0.165 余量 34.93 将200±1g的不锈钢置于中30mm×80mm的 将试样表面抛光至1.5μm,用无水乙醇清洗干 氧化镁坩埚中，然后将其放入管式硅钼棒炉中，全程 净，热风吹干，供夹杂物自动分析系统统计夹杂物的 通入200 mL.min-l高纯Ar保护，以5℃min-的速 类型、尺寸和数量.再采用电子显微镜对特定类型 率升温至1650℃，恒温2h,待样品完全熔化后分别 的夹杂物进行观察与分析. 加入不同质量的电解金属锰(Mn质量分数> 化学腐蚀的样品尺寸为20mm×30mm×4mm, 99%).每组水淬后的钢锭经线切割，分别制成20 样品表面用SC砂纸打磨至500目，经无水乙醇清 mm×30mm×4mm的样品两个，10mm×10mm×4 洗后，在35℃温度下放人400mL的质量分数6% mm的样品4个.试样在1075℃固溶处理2h后水 FeCL+0.05mol·L1HCl溶液中浸泡24h.腐蚀后 淬.实验装置如图1所示. 用去离子水清洗样品表面，再放入60℃的2.25mol·郑建超等: Mn 对 2205 双相不锈钢耐点蚀性能的影响 the matrix. Thus, the corrosion of the duplex stainless steel matrix is more serious than that of the inclusions. KEY WORDS duplex stainless steel; pitting corrosion; inclusion; chemical corrosion; matrix 2205 钢是一种由铁素体及奥氏体组成的双相 不锈钢,其点蚀当量在 35 左右. 与奥氏体不锈钢相 比,双相不锈钢有更高的强度,更好的韧性以及可焊 接性能. 与铁素体不锈钢相比,双相不锈钢有更好 的耐腐蚀性能以及更高的屈服强度[1鄄鄄3] . 因此 2205 钢在石油、化工、造纸、能源、船舶、军事等工业领域 都有广泛的应用[4鄄鄄8] . 而 2205 钢之所以可以在不锈 钢领域占据一席之地,除了优越的性能,还有更低的 生产成本. 不锈钢生产中 Ni 的成本在所有合金中 占比最大,而 Mn 和 Ni 同为奥氏体稳定元素,因此 添加较高含量的 Mn 替代部分 Ni 的方案引起了企 业的注意. 2002 年开发成功含 Mn 双相不锈钢并投 入市场. 关于 Mn 在双相不锈钢中的作用及对各种性能 的影响,Merello 等[9] 的研究表明,高锰高氮双相不 锈钢中 Mn 的加入能提高钢中 N 的溶解度,起到固 氮作用. Westin 等[10]对节 Ni 高 Mn 型 2101 双相不 锈钢焊接性能的研究发现,焊缝中的氧化物含 Mn、 N 较高,这些氧化物降低了焊缝的耐蚀性能. 苏煜 森等[11]与方轶琉等[12] 对 2101 双相不锈钢高温热 加工行为的研究发现,Mn 稳定奥氏体能力较 Ni 弱, 样品动态再结晶效果也会随之变差. Mn 作为一种 合金元素,能够提高不锈钢的拉伸性能,淬硬性以及 延展性[13鄄鄄15] . An 等[16]研究了 Mn 对双相不锈钢耐 点蚀性能的影响,结果表明 Mn 的加入会促进点蚀 坑在奥氏体相及两相交界处形成,降低钢的耐点蚀 性能. Toor 等[17]的研究表明锰的加入促进高 Mn鄄鄄N 双相不锈钢中 Mn、Cr 氧化物的形成,而此类夹杂物 可以作为点蚀源,降低不锈钢的耐点蚀性能. Li 等[18]在超级双相不锈钢 25Cr鄄鄄2Ni鄄鄄3Mo鄄鄄 xMn鄄鄄N 的 成分设计时,考虑了 Mn 加入对不锈钢耐点蚀性能 的影响,当 Mn 质量分数超过 12% 时,会有 滓 相生 成,进而造成不锈钢耐点蚀性能的下降. 此外 Mn 的 加入势必会影响钢中夹杂物的形成,MnS 作为最常 见的夹杂物之一,除了降低不锈钢的延性特性以 外[19鄄鄄21] ,由于其在含 Cl 离子的溶液中易于溶解而 作为点蚀的起始点,使金属表面直接暴露在溶液中, 加快腐蚀[22鄄鄄26] . 2205 双相不锈钢中 S 含量很低, MnS 夹杂较少,基本是氧化物夹杂,文献中很少有人 对这方面进行研究. 因此有必要研究 Mn 的加入对 该钢种中夹杂物的影响,以及各类夹杂物对耐腐蚀 性能影响及机理. 本文以 2205 双相不锈钢为研究对象,采用化学 腐蚀法、电化学腐蚀法、夹杂物原位分析法、夹杂物 自动分析技术、电感耦合等离子体发光光谱等方法 系统研究 Mn 的加入对其耐点蚀性能的影响. 1 实验方法 实验原材料为 2205 双相不锈钢,来自于国内某 不锈钢企业,其化学成分见表 1. 表 1 不同实验材料的化学成分(质量分数) Table 1 Chemical compositions of experimental alloys % 试样 C Si Mn P S Cr Ni Mo Cu N Fe 点蚀当量 样品 1 0郾 018 0郾 34 0郾 93 0郾 025 0郾 0031 22郾 47 5郾 39 3郾 06 0郾 15 0郾 163 余量 35郾 31 样品 2 0郾 019 0郾 32 1郾 04 0郾 024 0郾 0027 22郾 81 5郾 30 2郾 94 0郾 15 0郾 168 余量 35郾 20 样品 3 0郾 014 0郾 32 1郾 16 0郾 025 0郾 0033 22郾 69 5郾 39 2郾 85 0郾 15 0郾 172 余量 34郾 85 样品 4 0郾 015 0郾 30 1郾 26 0郾 024 0郾 0029 22郾 72 5郾 35 2郾 90 0郾 15 0郾 165 余量 34郾 93 将 200 依 1 g 的不锈钢置于 准30 mm 伊 80 mm 的 氧化镁坩埚中,然后将其放入管式硅钼棒炉中,全程 通入 200 mL·min - 1高纯 Ar 保护,以 5 益·min - 1的速 率升温至 1650 益 ,恒温 2 h,待样品完全熔化后分别 加入 不 同 质 量 的 电 解 金 属 锰 ( Mn 质 量 分 数 > 99% ). 每组水淬后的钢锭经线切割,分别制成 20 mm 伊 30 mm 伊 4 mm 的样品两个,10 mm 伊 10 mm 伊 4 mm 的样品 4 个. 试样在 1075 益 固溶处理 2 h 后水 淬. 实验装置如图 1 所示. 将试样表面抛光至 1郾 5 滋m,用无水乙醇清洗干 净,热风吹干,供夹杂物自动分析系统统计夹杂物的 类型、尺寸和数量. 再采用电子显微镜对特定类型 的夹杂物进行观察与分析. 化学腐蚀的样品尺寸为 20 mm 伊 30 mm 伊 4 mm, 样品表面用 SiC 砂纸打磨至 500 目,经无水乙醇清 洗后,在 35 益 温度下放入 400 mL 的质量分数 6% FeCl 3 + 0郾 05 mol·L - 1 HCl 溶液中浸泡 24 h. 腐蚀后 用去离子水清洗样品表面,再放入60 益的2郾 25 mol· ·247·