一種測定奧氏體不鏽鋼晶間腐蝕敏感性的電化學方法

2023-11-05 12:50:57 2

一種測定奧氏體不鏽鋼晶間腐蝕敏感性的電化學方法
【專利摘要】本發明公開了一種測定奧氏體不鏽鋼晶間腐蝕敏感性的電化學方法，包括如下步驟：1）鈍化處理；2）測量電化學阻抗譜；3）對測得的電化學阻抗譜進行擬合與解析，評價奧氏體不鏽鋼晶間腐蝕敏感性。本發明的方法通過電化學阻抗譜特徵可快速、準確地判斷奧氏體不鏽鋼的晶間腐蝕敏感性的變化，並通過等效電路對阻抗譜的進一步解析定量地評價晶間腐蝕程度。
【專利說明】一種測定奧氏體不鏽鋼晶間腐蝕敏感性的電化學方法
【技術領域】
[0001]本發明涉及金屬材料領域，具體涉及一種測定奧氏體不鏽鋼晶間腐蝕敏感性的電化學方法。
【背景技術】
[0002]目前廣泛應用的奧氏體不鏽鋼一般應用於苛刻的腐蝕環境中，晶間腐蝕是一種主要的腐蝕形式。晶間腐蝕可導致其力學性能迅速下降。奧氏體不鏽鋼的晶間腐蝕性能研究是近年來的研究重點之一。
[0003]目前，不鏽鋼的晶間腐蝕評價方法主要包括銅-硫酸銅-硫酸法，草酸浸蝕法、硫酸鐵-硫酸浸蝕法等，這些方法都具有破壞性或耗時較長等缺點。
[0004]電化學動電位再活化法(EPR)是目前公認的一種快速、無損評價不鏽鋼晶間腐蝕敏感性的電化學方法，具有準確定量的特點。一般採用再活化率Ra=Iyia評價晶間腐蝕敏感性。再活化率Ra值越大，晶間腐蝕敏感性越高。

【發明內容】

[0005]為解決上述技術問題，本發明旨在提供一種測定奧氏體不鏽鋼晶間腐蝕敏感性的電化學方法。
[0006]本發明的原理是:根據「碳化物析出造成的晶界貧鉻」理論，在敏化溫度(450-9000C)範圍內加熱或緩慢冷卻，碳傾向於和鉻及鐵結合形成複雜的碳化物(CrFe)23C6，從過飽和的奧氏體中析出而分布在晶界上，易發生晶間腐蝕。電化學阻抗譜屬於電化學暫態測試技術，是一種測量材料及其表面性能的有效方法。在奧氏體不鏽鋼晶界處不存在或僅有少量鉻析出(如固溶態的不鏽鋼)，經過鈍化處理後表面能夠生成的鈍化膜完整，對基體具有保護性。時效處理後，奧氏體不鏽鋼的晶界處貧鉻，鉻含量低於12%時，鈍化處理後的鈍化膜不完整。電化學阻抗譜可準確、迅速地反映不鏽鋼表面的鈍化膜信息。當表面的鈍化膜完整時，在腐蝕溶液中，阻抗譜表現為一個時間常數；當由於晶界處貧鉻導致鈍化膜不完整或不穩定導致發生晶間腐蝕時，阻抗譜則表現為兩個時間常數，其中低頻端的阻抗值則可進一步反應晶間腐蝕程度。
[0007]本發明提供的測定奧氏體不鏽鋼晶間腐蝕敏感性的電化學方法，包括如下步驟:
[0008]I)對待測奧氏體不鏽鋼進行鈍化處理；
[0009]2)測量步驟I)處理後的奧氏體不鏽鋼電化學阻抗譜；
[0010]3 )對步驟2 )測得的電化學阻抗譜進行擬合與解析，評價奧氏體不鏽鋼晶間腐蝕敏感性。
[0011]其中，步驟I)所述鈍化處理可為化學鈍化處理或電化學鈍化處理。所述化學鈍化處理為將待測奧氏體不鏽鋼80°C下浸泡在鈍化溶液中保溫30min。所述鈍化溶液為IOml/LH2S04+20g/LKN03 的水溶液。
[0012]其中，步驟2)所述電化學阻抗譜測定的條件為:在含有Cl—的腐蝕溶液中，工作電極為奧氏體不鏽鋼，輔助電極為鉬片，參比電極為飽和甘汞電極(SCE)，待體系達到穩定狀態後進行電化學阻抗譜測量，頻率範圍為IO5Hz?IOmHz,交流激勵信號幅值為10mV，測量在開路電位下進行。
[0013]所述含有Cl—的腐蝕溶液優選為質量百分含量3.5%的NaCl水溶液。
[0014]所述體系達到穩定狀態的時間優選為I小時。
[0015]本發明還提供所述測定奧氏體不鏽鋼晶間腐蝕敏感性的電化學方法在評價不鏽鋼晶間腐蝕敏感性中的應用。
[0016]本發明的優點是:
[0017]本發明通過電化學阻抗譜特徵可快速、準確地判斷奧氏體不鏽鋼的晶間腐蝕敏感性的變化，並通過等效電路對阻抗譜的進一步解析定量地評價晶間腐蝕程度。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0018]圖1為固溶態和敏化態的Super304H在溶液中浸泡Ih後的電化學阻抗譜。
[0019]圖2為擬合固溶態(a)和敏化態(b) Super304H電化學阻抗譜的等效電路。
[0020]圖3為固溶態(a)和敏化態(b) Super304H EPR實驗後的金相組織。
[0021]圖4為700°C敏化lh、3h的HR3C的電化學阻抗譜。
【具體實施方式】
[0022]以下實施例用於說明本發明，但不用來限制本發明的範圍。本發明所用化學試劑均可市購。
[0023]實施例1
[0024]測定固溶態Super304H和在650°C敏化處理50h的Super304H的晶間腐蝕性能。Super304H 為電廠用 Super304H。
[0025]1、不鏽鋼的化學鈍化處理:80°C下在鈍化溶液中保溫30min進行化學鈍化處理。所述鈍化溶液為IOmVLH2SO4 (即每升鈍化溶液含IOml的98%H2S04)+20g/L KNO3水溶液。
[0026]2、電化學阻抗譜測量:在腐蝕溶液3.5%NaCl水溶液中，工作電極為待測的Super304H奧氏體不鏽鋼，輔助電極為鉬片，參比電極為飽和甘汞電極(SCE)。為使體系達到穩定狀態，在腐蝕溶液中浸泡Ih後進行電化學阻抗譜測量(德國Zahner公司Zennium電化學工作站)，頻率範圍為IO5Hz?IOmHz，交流激勵信號幅值為10mV，測量在開路電位下進行。圖1為固溶態和敏化態的Super304H在溶液中浸泡Ih後的電化學阻抗譜。
[0027]3、對阻抗譜進行擬合與解析。因固溶態的Super304H奧氏體不鏽鋼的在鈍化溶液中可生成均勻緻密的鈍化膜，因而阻抗譜表現出一個時間常數。而敏化後的Super304H由於晶界貧鉻，晶界處的鈍化膜不完整緻密，不鏽鋼發生晶間腐蝕。阻抗譜則表現為兩個時間常數。固溶態的Super304H採用如圖2 Ca)所示等效電路進行擬合；敏化態的Super304H採用如圖2 (b)所示等效電路進行擬合。擬合結果如表I所示。
[0028]表I固溶態和敏化態的Super304H電化學阻抗譜擬合結果
[0029]~^~nc ~Rc~η? ~Rt~
(Ω.αη2) (S Ω_lCmfi)(Ω cm2) (S^-1Cm'2)(Ωχπι2)
固溶態 1.0928.90Ε-5 0.924 5.95Ε4
敏化態 0.963 1.23Ε-4 0.771 1.848 3.39Ε-5 0.968 1155
[0030]圖3為採用電化學動電位再活化法測試後固溶態和敏化態Super304不鏽鋼的金相組織。
[0031]實施例2
[0032]以本發明的方法電化學阻抗譜測試700°C敏化處理Ih和3h的HR3C奧氏體不鏽鋼的晶間腐蝕性能。HR3C奧氏體不鏽鋼可市購。
[0033]1、不鏽鋼的鈍化:IOmVLH2SO4(98%)+20g/L KNO3 溶液中，在 80°C下保溫 30min 進行化學鈍化處理。
[0034]2、電化學阻抗譜測量:在3.5%NaCl溶液中，工作電極為待測HR3C不鏽鋼，輔助電極為鉬片，參比電極為飽和甘汞電極(SCE)。為使體系達到穩定狀態，在腐蝕溶液中浸泡Ih後進行電化學阻抗譜測量(德國Zahner公司Zennium電化學工作站)，頻率範圍為IO5Hz~IOmHz，交流激勵信號幅值為10mV，測量在開路電位下進行。圖4為700°C敏化lh，3h的HR3C的電化學阻抗譜。
[0035]3、對阻抗譜進行解析。採用如圖2 (b)所示的等效電路進行擬合。擬合結果如表2所示。
[0036]表2700°C敏化Ih和3 h的HR3C的電化學阻抗譜擬合結果
[0037]
敏化Inc RcYdindi Rt
時間(Ω-cm2) (S-aQ-1Cnf2)___(Il.cm2) (S-a^1Cm-2)___(Ω-cm2)
Ih 0.9461 I 4.61E-4 0.7193 0.928 2.99E-4 0.989 589.2 3h 0.9815 2.541E-4 0.7634 2.939 2.485E-4 0.978 259.3
_^_I__^^_I_^_I
[0038]電化學動電位再活化法測量700°C敏化處理Ih和3h的HR3C奧氏體不鏽鋼的Ra值分別為0.40和0.66，後者晶間敏感性高於前者。
[0039]以上所述僅是本發明的優選實施方式，應當指出，對於本【技術領域】的普通技術人員來說，在不脫離本發明技術原理的前提下，還可以做出若干改進和潤飾，這些改進和潤飾也應視為本發明的保護範圍。
【權利要求】
1.一種測定奧氏體不鏽鋼晶間腐蝕敏感性的電化學方法，包括如下步驟: 1)對待測奧氏體不鏽鋼進行鈍化處理； 2)測量步驟I)處理後的奧氏體不鏽鋼電化學阻抗譜； 3)對步驟2)測得的電化學阻抗譜進行擬合與解析，評價奧氏體不鏽鋼晶間腐蝕敏感性。
2.根據權利要求1所述的方法，其特徵在於，步驟I)所述鈍化處理可為化學鈍化處理或電化學鈍化處理。
3.根據權利要求2所述的方法，其特徵在於，所述化學鈍化處理為將待測奧氏體不鏽鋼80 °C下浸泡在鈍化溶液中保溫30min。
4.根據權利要求3所述的方法，其特徵在於，所述鈍化溶液為10ml/LH2S04+20g/LKN03的水溶液。
5.根據權利要求1所述的方法，其特徵在於，步驟2)所述電化學阻抗譜測定的條件為:在含有Cr的腐蝕溶液中，工作電極為奧氏體不鏽鋼，輔助電極為鉬片，參比電極為飽和甘汞電極(SCE)，待體系達到穩定狀態後進行電化學阻抗譜測量，頻率範圍為IO5Hz?IOmHz,交流激勵信號幅值為10mV，測量在開路電位下進行。
6.根據權利要求5所述的方法，其特徵在於，所述含有Cl—的腐蝕溶液優選為質量百分含量3.5%的NaCl水溶液。
7.根據權利要求5所述的方法，其特徵在於，所述體系達到穩定狀態的時間優選為I小時。
8.權利要求1-7任一項所述的方法在評價不鏽鋼晶間腐蝕敏感性中的應用。
【文檔編號】G01N17/02GK103543097SQ201310543201
【公開日】2014年1月29日 申請日期:2013年11月5日 優先權日:2013年11月5日
【發明者】鍾力強, 任延傑, 林介東, 聶銘, 張春雷, 鍾飛, 李文勝 申請人:廣東電網公司電力科學研究院, 長沙理工大學