1. 引言
2205双相不锈钢集良好的力学性能、优良的耐应力腐蚀开裂性能、可焊接性和相对的经济性于一体,使得其广泛应用于油气、石化、桥梁、建筑等领域 [1] [2] [3] 。然而,2205双相不锈钢钢筋的研究报道很少,特别是在2205双相不锈钢中添加微合金元素轧制螺纹钢筋的文章还未见报道。本文重点以含V和不含V的2205双相不锈钢钢筋为研究对象,研究了不同固溶温度、保温时间对组织特征的影响和耐腐蚀性能的影响。
2. 实验方法
2205双相不锈钢钢筋的化学成分见表1。含V的钢筋来自江阴市西城钢铁有限公司,不含V的钢筋来自攀钢集团长城特殊钢有限公司。试样从热轧态2205双相不锈钢钢筋上横向截取。在实验室热处理炉中进行固溶处理,固溶处理温度为950℃、1000℃和1050℃,保温时间分别为1 h、2 h、3 h。试样进行金相样品制备,经过机械磨抛、电解腐蚀后采用光学显微镜(OM)场发射扫描电镜(SEM)对试样进行组织观察。采用273A电化学工作站对试样进行点蚀电位测试。
3. 实验结果及分析
3.1. 不同固溶处理制度的2205双相不锈钢钢筋的SEM观察
用10% KOH水溶液,电压6~10 V,电解腐蚀1 min。样品腐蚀后,在金相显微镜下观察,500倍放大倍数。含V2205双相不锈钢钢筋在950℃、1000℃和1050℃固溶不同时间下的组织特征如图1所示,不含V2205双相不锈钢钢筋的组织特征如图2所示。
![](Images/Table_Tmp.jpg)
Table 1. Chemical composition of the tested steels (wt%)
表1. 2205双相不锈钢钢筋主要化学成分(wt%)
对比含V的2205钢筋和不含V的2205钢筋经过不同固溶处理后的组织,可以看出,在950℃固溶处理,组织中有不同于奥氏体和铁素体相的其他相析出,且随着保温时间的延长,析出相数量增加 [4] [5] 。950℃下含V的2205钢筋的组织中奥氏体和铁素体相界处脆性相析出量比不含V的少很多,说明含V的微合金化2205不锈钢由于V的存在降低了自由能,抑制了脆性相的析出。在1000℃~1050℃温度区间内,含V的2205钢筋和不含V的2205钢筋的微观组织中都没有σ相等脆性相析出,只有深色的α相和浅色的γ相。随着保温时间延长,组织有长大的趋势。采用金相显微镜附带的Pro-imaging图像分析仪软件按照GB/T6401-1986标准测量并计算相比例(按灰度区分深浅颜色面积之比)。为获得更加准确的结果,每个试样在500倍下测量10个视场,计算相比例的平均值。其在不同固溶温度和保温时间下的相的具体含量见图3。当固溶温度为950℃时,脆性相比例随着保温时间延长而增加,铁素体含量减少,原因是随保温时间的延长,铁素体中发生了共析反应α → γ2 + σ,σ相在界面处不断形核并向铁素体相内长大,使得其含量不断增加,铁素体含量不断减少。在1000℃~1050℃温度区间内,无σ相等脆性相析出,α相:γ相的比例接近为1:1。
3.2. 含V和不含V的2205不锈钢钢筋950℃固溶处理的SEM观察
分别选取含V和不含V的2205不锈钢钢筋在950℃保温3小时的固溶处理金相样品进行SEM观察,结果如图4、图5所示。950℃固溶处理的SEM观察到奥氏体和铁素体相界存在块状析出物,能谱扫描发现析出相中含有Fe、Cr、Mo、Ca、O等元素。推测析出物优先在相界面的夹杂物复合析出。
3.3. 含V的2205不锈钢钢筋和不含V的2205不锈钢钢筋的电化学腐蚀试验
分别选取含V和不含V的2205不锈钢钢筋固溶处理样品进行点蚀电位测试,根据GBT 17899-1999标准在3.5%的NaCl溶液中测得的点蚀电位如表2所示。实验装置采用经典的三电极体系(如图6),将固溶处理完的两种2205不锈钢钢筋用线切割机切为尺寸为10 × 10 × 2.5 mm的样品,并且每一组准备3个平行试样。先将方形试样去除氧化皮和油脂,然后用在其一端焊上导线,用环氧树脂封样,放入真空箱静置72 h,固化后,打磨、抛光以备测量。从图7可以看出:含V的2205不锈钢钢筋的点蚀电位高于不含V的点蚀电位,说明含V的2205不锈钢钢筋由于V的存在,减弱了脆性相析出,提高了耐腐蚀性能 [6] [7] [8] [9] 。
4. 结论
1) 含V的2205不锈钢钢筋在950℃固溶处理,组织中的脆性相比不含V的2205不锈钢钢筋组织中的脆性相显著减少。说明添加微合金元素V有抑制脆性相析出的作用。在1000℃~1050℃温度区间内,无σ相等脆性相析出,α相:γ相的比例接近为1:1。
2) 含V的2205不锈钢钢筋的临界点蚀电位高于不含V的2205不锈钢钢筋的临界点蚀电位。说明添加微合金元素提高了2205双相不锈钢的耐腐蚀性能。
3) 添加微合金元素抑制脆性相析出,将有利于降低固溶处理温度,对节能降耗发挥积极作用。
(a)
(b)
Figure 3. Phase proportion at different solution treatment. (a) Vanadium; (b) Do not contain vanadium
图3. 不同固溶温度下和保温时间下的相含量。(a) 含钒;(b) 不含钒
(a)
(b)
Figure 4. The images of 950˚C solution treatment with V for 3 hour. (a) Morphology; (b) Energy spectrum
图4. 含V950℃固溶保温3小时的扫描照片。(a) 形貌;(b) 能谱
(a)
(b)
(c)
Figure 5. The images of 950˚C solution treatment without V for 3 hour. (a) Morphology; (b), (c) Energy spectrum
图5. 不含V950℃固溶保温3小时的扫描照片。(a) 形貌;(b)、(c) 能谱
![](//html.hanspub.org/file/2-1020187x35_hanspub.png)
Figure 6. Standard three electrode cell of electrochemical test
图6. 电化学三电极体系
![](//html.hanspub.org/file/2-1020187x36_hanspub.png)
Figure 7. Critical pitting point of 2205 duplex stainless steel under different solution treatment
图7. 不同固溶处理条件下2205双相不锈钢点蚀电位
![](Images/Table_Tmp.jpg)
Table 2. Critical pitting point of 2205 duplex stainless steel under different solution treatment
表2. 不同固溶处理条件下2205双相不锈钢的临界点蚀电位
基金项目
国家高技术研究发展计划(863计划)资助项目(2015AA03A502)。
NOTES
*通讯作者。