2205双相不锈钢在H2SO4溶液中的电化学腐蚀行为-辽宁化工2022年08期

摘      要： 采用微观组织观察法和电化学测试法，研究2205双相不锈钢的显微组织及在H2SO4溶液中的电化学腐蚀行为。结果表明：2205双相不锈钢的组织由铁素体和奥氏体构成，其中铁素体相的体积分数为43%。在不同浓度H2SO4溶液中2205双相不锈钢均发生明显的钝化现象，5%H2SO4溶液中，2205双相不锈钢钝化膜的击穿电位较高，击穿电流密度大，钝化区间宽，钝化膜稳定性较好。

关  键  词：2205双相不锈钢; H2SO4溶液; 组织; 电化学腐蚀

中图分类号：TQ050.9     文献标识码： A     文章编号： 1004-0935（20202022）0×8-00001074-03×

双相不锈钢兼具铁素体和奥氏体性能特点，具有较高的强度，较好的韧性和塑性，优良的耐蚀性能和焊接性，在石油、化工、运输、储存和建筑等领域得到广泛的应用[1]。在某些腐蚀性介质环境并较低的温度下，双相不锈钢逐步取代单相奥氏体不锈钢，双相不锈钢组织结构中奥氏体和铁素体组织分配及耐蚀性能是人们所关注的问题，国内外研究学者对双相不锈钢的组织与性能进行了大量的研究工作[2]。本文研究2205双相不锈钢在H2SO4溶液中的电化学腐蚀行为，在不同温度条件下与不同浓度H2SO4溶液中分析2205双相不锈钢腐蚀行为机理。

1  试验材料与试验方法

1.1  试验材料

采用的试验材料为2205双相不锈钢，其化学成分如表1所示。

1.2  试验方法

1.2.1  金相观察

沿着材料的纵向截取金相试样，尺寸为25 mm×10 mm×2 mm，试样经打磨与抛光后，使用铁氰化钾与氢氧化钠的水溶液进行腐蚀，待腐蚀后吹干，用莱卡光学显微镜（Leica Qwin500）进行显微组织观察。根据ASTM E562标准，采用网格数点法测定2205双相不锈钢显微组织中奥氏体和铁素体相比例。

1.2.2  电化学性能测试

利用CS350电化学工作站进行2205双相不锈钢电化学性能测试，采用三电极体系，工作电极为2205双相不锈钢，铂电极为辅助电极，饱和甘汞作为参比电极。在相同温度（室温）条件下，H2SO4质量分数溶液分别为0.5%、2%、5%和10%进行电化学测试，电化学测试的试验参数为扫描速率为1 m·/s-1，扫描范围为-0.3v-～1 V（vs.OCP）。

2  试验结果与讨论

2.1  显微组织

2205双相不锈钢的显微组织如图1所示，可以看出，显微组织中铁素体相和奥氏体相呈现条状，并呈相间排列，其中白色区域为奥氏体相，灰黑色区域为铁素体相。组织分布均匀，无杂质析出相。

依据ASTM E562-—2011标准， 2205双相不锈钢显微组织中奥氏体相和铁素体相的体积分数利用网格法进行测定，如图2所示。对500倍显微组织图进行网格划分，网格大小为1 cm×1 cm，平均分成5组，每组网格数量为350个，位于网格的交点处铁素体相记为1，网格交点位于铁素体相和奥氏体相交界处记为0.5，奥氏体相体积分数=100%-铁素体相体积分数。计算每组网格内铁素体相的体积分数，5组网格的计算结果取平均值。

P ̅_α=〖（P〗_（α_1 ）+P_（α_2 ）+…P_αn）÷n 。     （1）

式中：，P ̅_α为—n组测量网格数平均值;

n为—测量数，取n=5。

铁素体相体积分数平均值为：

φ ̅_α=P ̅_α÷n。                （2）

利用公式（1）计算，得出铁素体相体积分数平均值为42.5%，则奥氏体相体积分数平均值为57.5%。双相不锈钢中铁素体相与奥氏体相的比例为30%～70%时，可以获得良好的性能[3]。双相不锈钢被认为是铁素体和奥氏体大致各占一半，但为了获得最佳的韧性和加工特性，倾向于奥氏体相体积分数稍高于铁素体相体积分数[4，-5]。

2.2  电化学性能

2.2.1  极化曲线

在室温条件下，2205双相不锈在不同浓度H2SO4溶液的极化曲线如图3所示，极化拟合数据如表3所示。表3中Ep为致钝电位，Eb为击穿电位，Ib为击穿电流密度。

在不同浓度H2SO4溶液中，2205双相不锈钢均出现钝化现象。极化曲线的活化区较小，没有发生明显阳极溶解，在金属表面生成钝化膜，产生电化学钝化现象。从表3中可以看出，H2SO4溶液浓度从0.5%升高5%，钝化膜的击穿电位提高，击穿电流密度增大。在5%H2SO4溶液中，击穿电位为-14.03 mV，击穿钝化膜所需的电流密度为14.028×10-4 A·cm-2，钝化区电位差值为328.24 mV，钝化膜稳定性较好。在10% H2SO4溶液中，击穿电位的值最低为

-70.63 mV，钝化区电位差值为144.87 mV，钝化电位区间小，钝化膜的稳定性差，金属表面易出现点蚀。由活化状态转为钝化状态时金属表面形成钝化膜，抑制金属的溶解，金属处于钝化状态，腐蚀速率非常低[6]。当电位继续升高，金属的电极电位达到击穿电位后，金属表面钝化膜局部区域遭到破坏，金属阳极加速腐蚀，金属电极表面出现点蚀特征[7]。

2.2.2  交流阻抗

在室温条件下，2205双相不锈钢在不同浓度H2SO4溶液的交流阻抗曲线如图4所示，阻抗拟合数据如表4所示。从表4中可以看出，H2SO4溶液质量分数浓度从0.5%升高5%，电荷转移电阻的值呈现先增加后降低的趋势。当H2SO4溶液溶度达到5%时，电荷转移电阻Rct的值最大为8.222×10-3 Ω·cm-2，当H2SO4溶液溶度质量分数达到10%时，电荷转移电阻Rct的值最小为1.92×10-4×10-3 Ω·cm-2。容抗弧的半径大，腐蚀过程中电荷转移电阻越大，耐蚀性越好，越不易发生腐蚀。由于，2205双相不锈钢在5%H2SO4溶液中致钝化电位较低，易形成钝化膜，具有较好的耐蚀性能。

2.3  分析与讨论

2205双相不锈钢中含有质量分数为22%的Cr元素，5.5%的Ni元素，添加铬、镍可以提高钢铁的钝化能力，提高合金的稳定性[8]。此外，2205双相不锈钢在稀硫酸介质中发生电化学腐蚀，极化曲线上极化活化区域小，金属阳极发生溶解速度缓慢，在外加电流作用下，金属表面形成很薄的硫酸根离子吸附层，溶液中氧原子进入吸附层填补钝化膜中氧空位，改变金属与溶液介质的界面结构，提高阳极金属反应的活化能力，金属发生钝化，阳极电位正移，金属表面反应的活化能力降低，腐蚀速率减小[9]。当氧空位产生的速度大于其消失的速度，多余的氧就会在金属与钝化膜界面处积累，尤其在钝化膜的薄弱处积累，为点蚀形成提供有利的条件，腐蚀电流密度突然增大，阳极电位达到钝化膜击穿电位，钝化膜遭受破坏，发生点蚀[10-，11]。

3  结论

（1）2205双相不锈钢显微组织由铁素体相和奥氏体构成，铁素体相体积分数平均值为42.5%，则奥氏体相体积分数平均值为57.5%。

（2）在不同浓度H2SO4溶液中，2205双相不锈钢均出现钝化现象，极化曲线的活化区较小，没有发生明显阳极溶解现象。

（3）在5% H2SO4溶液中，2205双相不锈钢钝化膜的击穿电位较高，击穿电流密度大，钝化区间宽，钝化膜稳定性较好。

参考文献：

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Electrochemical Corrosion Behavior of 2205 Duplex

Stainless Steel in H2SO4 Solution

ZHU Jian

（Special equipment supervision and inspection institute of Fushun， Liaoning Fushun 113001，China）

Abstract：  The microstructure observation method and electrochemical test method were used to study microstructure and electrochemical corrosion behavior in H2SO4 solution of 2205 duplex stainless steel. The microstructure of 2205 duplex stainless steel is composed of ferrite and austenite， and the volume fraction of ferrite phase is 43%. Obvious passivation occurred in 2205 duplex stainless steel in different concentrations of H2SO4 solution In the 5% H2SO4 solution， the pitting potential of the film is higher， the current density is large， the passivation interval is wide， and the film stability is better.

Key words：  2205 duplex stainless steel; H2SO4 Solution; Microstructure; Electrochemical Corrosion