新型高氮低镍奥氏体不锈钢的点蚀性能

随着加压冶炼技术的提高，用氮、锰来降低甚至取代镍可生产成本低廉，而且耐蚀性能优良的含氮奥氏体不锈钢，已成为新材料研发方向之一，含氮尤其是高氮奥氏体不锈钢将在生态环境、石油化工、燃料电池、军事工业、交通运输、建筑等领域获得广泛的应用。在含氮奥氏体钢的应用领域中，许多都要求合金具有良好的耐蚀性能。

本项目以氮、锰部分取代镍，设计并制备了一种新型的高氮低镍奥氏体不锈钢，采用动电位极化曲线扫描方法研究了此钢在不同浓度和不同pH值的NaCl溶液中的点蚀电位，测试了点蚀坑内外元素的变化，并与含镍量达30%的800H工业用钢进行对比，分析其耐蚀性能与耐蚀机理。

根据合金元素对奥氏体稳定性的影响，结合铬当量、镍当量计算公式与高温铁素体形成温度（Tδ）以及奥氏体低温转变温度Ms，设计了一种高氮低镍奥氏体不锈钢（以下简称高氮钢），冶炼后的成分与设定成分接近，经计算，冶炼钢的Tδ=1224℃，Ms=0K，经测试，此钢在1200℃至-196℃均为单一奥氏体组织。其化学成分见表1。

高氮钢经1100℃固溶处理1h后水冷，然后将其与800H钢一起线切割成10mm×10mm×10mm的试样，试样打磨到1000号砂纸，工作面积为25px2，其余面用环氧树脂封涂，并用铜导线引出，做成电极。

点蚀化学腐蚀采用阳极动电位极化法，将高氮钢和800H钢在不同浓度（溶液质量分数分别为3.5%、10%、15%和20%）以及不同pH值（pH=1、3、5.24、7、9）的NaCl溶液中分别进行电化学腐蚀试验。用扫描电镜对样品表面进行形貌观察，对点腐蚀坑处进行线扫描，分析高氮钢耐点蚀的机理。

表1试验钢的化学成分（质量分数，%）

试验钢CSiMnPSNiCrMoNFe

高氮钢0.03180.15714.880.02330.01691.6716.962.560.75余量

800H钢0.06300.0500.810-0.015030.6720.60-0.02余量

设计值≤0.02≤0.215.0～16.0≤0.015≤0.0101.0～1.516.0～18.01.5～2.50.55～0.65余量

研究表明，在不同浓度和pH值的NaCl溶液中，高氮钢的点蚀电位达到1.2V（vsSCE）以上，800H钢的点蚀电位在0.3V（vsSCE）以下。扫描图显示腐蚀区域内，高氮钢的点蚀坑稀少且面积较小，800H钢的点蚀坑密集且面积较大。线扫描表明氮在腐蚀坑内的含量略有下降；氮在钝化膜/金属界面富集，形成NH4+，并且抑制侵蚀性Cl-的吸附是提高高氮钢耐蚀性的原因。