不同δ铁素体含量的1Cr17Ni2钢耐腐蚀性能研究

刘 松

(中航工业金城南京机电液压工程研究中心，南京 211106)

不同δ铁素体含量的1Cr17Ni2钢耐腐蚀性能研究

刘 松

(中航工业金城南京机电液压工程研究中心，南京 211106)

研究1Cr17Ni2不锈钢中不同δ铁素体相含量变化分别在FeCl3溶液和HNO3+HF溶液中的耐腐蚀行为。通过腐蚀失重率计算及光学金相显微镜、扫描电子显微镜的观察发现：在FeCl3溶液中，δ铁素体的存在减弱了1Cr17Ni2不锈钢的耐腐蚀性能，δ铁素体是优选腐蚀相；而在HNO3+HF溶液中，δ铁素体的存在增强1Cr17Ni2不锈钢的耐腐蚀性能，优选腐蚀相则变成了回火索氏体。通过表面腐蚀形貌表征可以实现反推其受到腐蚀介质环境的性质，为1Cr17Ni2不锈钢腐蚀失效与预防提供可行的方法和依据。

不锈钢；δ铁素体；回火索氏体；优选腐蚀

0 引言

不锈钢是目前各工业领域最为常用的一类金属材料，按相组成可分为马氏体型、奥氏体型、铁素体型、双相不锈钢等。δ铁素体往往会在一些类型的不锈钢出现，而使其性能产生一些变化[1-5]。不锈钢除了要发挥结构强度作用，更为主要的是具有良好的耐腐蚀性能。但由于多相组织结构的存在，势必会发生优选腐蚀现象(即在腐蚀介质中各相腐蚀速率存在差异)，甚至在不同的腐蚀介质中腐蚀速率发生反转性变化。如Sridhar等[6]发现高氮双相不锈钢在含有Clˉ的溶液中，存在铁素体优先腐蚀的现象；付燕等[7-8]发现，在1.5 mol/L HNO3和1.5 mol/L HNO3+0.5 mol/L FeCl3溶液中奥氏体相腐蚀电流均比铁素体相腐蚀电流大，奥氏体是优选腐蚀相；Chandra等[4]在研究双相不锈钢的电化学行为时发现400 ℃时效5 000 h 的DSS 2205钢在HCl溶液中阳极极化后点腐蚀发生于δ铁素体相。由此推想对于同一多相组织结构的金属材料，腐蚀介质性质不同，优选腐蚀相会随之发生变化，其耐腐蚀性能也会发生变化。

1Cr17Ni2钢是一种具有较高强度和良好耐腐蚀性能的马氏体型不锈钢，广泛应用在航空航天、海洋船舶、化工机械、水利电力、机械制造等工业领域[9-11]。由于材料成分及冶炼工艺的影响，1Cr17Ni2钢中经常会有不同含量的δ铁素体存在[12-13]。不同含量的δ铁素体在不同腐蚀溶液中会出现不同的耐腐蚀行为。研究1Cr17Ni2不锈钢中δ铁素体含量在不同腐蚀溶液中耐腐蚀行为，并探究δ铁素体相对于其他相的耐腐蚀能力，为1Cr17Ni2不锈钢的防腐蚀应用和腐蚀预防提供依据。

1 试验方法

1.1 试验材料及设备

试验材料取自于不同的1Cr17Ni2不锈钢棒，化学成分见表1。腐蚀溶液配方分别为：6 g FeCl3+94 mL H2O；15 mL HNO3+15 mL HF+70 mL H2O。

试验应用的设备有YJXSX2-1型智能热处理炉、Zeiss-200MAT型金相显微镜、FEI-quanta650型扫描电子显微镜、Sartorious BSA124S型高精度电子天平。

1.2 试验过程

首先在不同1Cr17Ni2不锈钢(δ铁素体含量不同)棒上用机械加工方式制取多块20 mm×20 mm×30 mm试样(30 mm方向为不锈钢棒轴向锻轧方向)进行同炉热处理。热处理采用淬火+高温回火工艺：1 020 ℃保温0.5 h，水冷；630 ℃保温2 h，水冷。A试样金相组织为回火索氏体，其他3块试样金相组织均为回火索氏体+δ铁素体，只是δ铁素体含量不同(图1)。然后把热处理后的试样加工成15 mm×15 mm×25 mm(去除热处理对表面的影响)，表面粗糙度达到0.8 μm；喷砂处

表1 1Cr17Ni2不锈钢试样的化学成分 (质量分数 /%)Table 1 Composition of 1Cr17Ni2 stainless steel specimen (mass fraction /%)

图1 金相组织形貌Fig.1 OM microstructure of different samples

理后，同时在配方为6 g FeCl3+94 mL H2O的腐蚀液中一起浸蚀24 h后，计算腐蚀失重率。最后把相同的试样(已在FeCl3溶液腐蚀过的试样)加工成10 mm×10 mm×20 mm(确保去除腐蚀面的影响)，表面粗糙度达到0.8 μm；喷砂处理后，同时在配方为15 mL HNO3+15 mL HF +70 mL H2O的腐蚀液中一起浸蚀20 min后，计算腐蚀失重率。每次浸蚀前均用电子天平及千分尺对试样质量和尺寸进行测量；应用超声波清洗仪对浸蚀后的试样清洗完成后，再次应用电子天平进行称重。

腐蚀失重率v=(W前-W后)/S表。W前为试验前试样的质量，g；W后为试验腐蚀后试样的质量，g；S表为试验前试样的表面积，cm2。

2 试验结果与讨论

把4块δ铁素体含量不同的试样，同时在FeCl3腐蚀溶液中一起浸蚀24 h，超声波清洗后，计算每个试样的腐蚀失重率。结果发现，随着δ铁素体含量的增多，其腐蚀失重率也增大(图2a)。把4块试样同时在HNO3+HF腐蚀溶液中一起浸蚀20 min，超声波清洗后，计算每个试样的腐蚀失重率却发现，随着δ铁素体含量的增多，其腐蚀失重率减小(图2b)。通过观察试样腐蚀后的表面形貌发现，在FeCl3腐蚀溶液中δ铁素体为优选腐蚀相，而易被腐蚀(图3a)；而在HNO3+HF腐蚀溶液中回火索氏体则变为了优选腐蚀相(图3b)。由此可知，δ铁素体含量变化会对1Cr17Ni2不锈钢耐腐蚀性能产生影响。随着腐蚀介质性质的变化，δ铁素体对1Cr17Ni2不锈钢耐腐蚀性能影响也不同。分析认为在FeCl3腐蚀溶液环境下，δ铁素体的存在减弱了耐腐蚀性；而在HNO3+HF腐蚀溶液环境下，δ铁素体的存在可以增强耐腐蚀性。分析FeCl3溶液性质认为，FeCl3溶液含有Fe3+和Clˉ，属于含有Clˉ的溶液。因此可以推断，1Cr17Ni2 不锈钢在含有Clˉ的溶液中，δ铁素体相是优选腐蚀相，对其的耐腐蚀性是不利的。在含Clˉ环境中，应使合金中不含δ铁素体或含量较少，有利其抗腐蚀。分析HNO3+HF溶液性质不难看出，其属于酸性的溶液。因此推断1Cr17Ni2不锈钢在酸性溶液中，δ铁素体对其耐腐蚀性是有利的。在酸性环境中，使用含δ铁素体较多的1Cr17Ni2不锈钢，对其抗腐蚀是有利的。试验研究可知，δ铁素体在Clˉ环境介质腐蚀过程中易优选腐蚀，而在酸性环境中索氏体相较δ铁素体更易腐蚀，因而可以通过表面腐蚀形貌表征反推其受到腐蚀介质环境的性质，为腐蚀失效与预防提供可行的方法和依据。

图2 试样在不同腐蚀溶液中的腐蚀失重情况变化Fig.2 Corrosion weight loss of samples in different solutions

3 结论

1)在FeCl3腐蚀溶液中，δ铁素体的存在减弱了1Cr17Ni2不锈钢的耐腐蚀性能；而在HNO3+HF腐蚀溶液中，δ铁素体的存在增强了耐腐蚀性能。

2)1Cr17Ni2钢中δ铁素体含量对其在不同腐蚀溶液中耐腐蚀性能产生的影响，主要与优选腐蚀现象有关。在FeCl3腐蚀溶液中，δ铁素体为优选腐蚀相；而在HNO3+HF腐蚀溶液中，优选腐蚀相则变为了回火索氏体。

图3 试样在不同腐蚀溶液中的腐蚀形貌Fig.3 Surface micrographs of samples after corrosion in different solutions

3)1Cr17Ni2不锈钢中的δ铁素体对其在Clˉ环境中的耐腐蚀性是有害的，而对其在酸性环境中的耐腐蚀性却是有利的。

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Effect of δ-ferrite on Corrosion Resistance of 1Cr17Ni2 Stainless Steel in Different Solutions

LIU Song

(AVICJinchengNanjingElectricalandHydraulicEngineeringResearchCenter,Nanjing211106,China)

The effect of δ-ferrite on the corrosion resistance of 1Cr17Ni2 stainless steel in different solutions was studied by weight loss rate testing, optical microscopy (OM) and scanning electron microscopy (SEM). The results show that δ-ferrite weakens the corrosion resistance of 1Cr17Ni2 stainless steel in FeCl3solutions, and δ-ferrite is the selective dissolution phase. In HNO3+HF solutions, δ-ferrite enhances the corrosion resistance of 1Cr17Ni2 stainless steel, and tempered sorbite is the selective dissolution phase. The method of distinguishing and analyzing the corrosion surface micrographs to study the selective dissolution behavior of 1Cr17Ni2 stainless steel can also be used to find out the corrosive environment, and provide a basis for corrosion failure analysis and prevention.

stainless steel; δ-ferrite; tempered sorbite; selective dissolution

2017年3月1日

2017年5月17日

刘松(1979年-)，男，硕士，高级工程师，主要从事金属材料检测技术和失效分析等方面的研究。

TG172

A

10.3969/j.issn.1673-6214.2017.04.012

1673-6214(2017)04-0265-04