铌微合金化改善含氮双相不锈钢耐腐蚀性能的普适性

微合金元素形成的析出相以夹杂物为核心析出在其他不锈钢中已有所报道，然而由于钢种和脱氧工艺不同，所形成的析出相和被包裹夹杂物类型存在很大差异。本研究发现由于含氮双相不锈钢成分的特殊性，在凝固、热处理及冷却过程中形成了稳定的析出相Z相，其Cr、Mo、N、Nb等元素含量较高，具有良好的耐蚀性。特别是较高的N含量，能够促进Cr富集，提高钝化膜稳定性，降低点缺陷密度，从而提高耐蚀性[121-124]。其次，钢中夹杂物主要为MgO-Al2O3和MgO-Al2O3-MnS复合夹杂。如前文所述，析出顺序为：MgO-Al2O3>MnS>Z相，错配度为：dZ/MgO-Al2O3<6%，dZ/MnS>12%。因此，在凝固过程中，大部分MnS以MgO-Al2O3为核心析出形成MgO-Al2O3-MnS复合夹杂，而Z相以MgO-Al2O3和MgO-Al2O3-MnS复合夹杂为核心析出将其包裹。按照这一思路，本研究提供了一种通过铌微合金化对夹杂物进行包裹来改善双相不锈钢耐蚀性的方法。图6.10为含铌的系列双相不锈钢热力学计算结果。在双相不锈钢固溶处理温度范围内（1000~1100℃）都形成了稳定的Z相。为了证实本方法的普适性，选取S32101和S32750两种含氮双相不锈钢进行进一步验证。图6.11为含铌S32101和S32750两种含氮双相不锈固溶组织，黑色的MgO-Al2O3夹杂物也被白色的Z相包裹。图6.12为含铌S32101和S32750双相不锈钢在72℃、pH8.2的两倍模拟海水中的动电位极化曲线。可见，在添加铌后两种双相不锈钢的点蚀电位均有所提高，说明加铌提高了两种不锈钢的耐蚀性。以上结论均说明，本研究提供的铌微合金化改善耐蚀性的方法在含氮双相不锈钢中具有良好的普适性。

本章利用浸泡腐蚀、动电位极化、恒电位极化以及SKPFM分析测试方法，研究了铌对2205双相不锈钢耐腐蚀性能的影响，揭示了Z相包裹夹杂物抑制点蚀萌生和拓展的机理，得出的结论如下：

（1）浸泡腐蚀实验表明随着铌含量提高，2205双相不锈钢在50℃的6%FeCl3中腐蚀速率降低，腐蚀坑数量、平均直径、平均深度和最大深度均减小。动电位极化和恒电位极化测试结果表明，随着铌含量提高，在72℃、pH8.2的两倍模拟海水中点蚀电位提高，腐蚀电流密度减小，说明铌显著抑制了亚稳态点蚀，阻碍了点蚀萌生和拓展。

（2）不加铌时，点蚀萌生于MgO-Al2O3-MnS处，随后拓展成为较深点蚀坑；铌微合金化后，Z相析出并包裹MgO-Al2O3-MnS，抑制了由夹杂物引起的腐蚀。

（3）Z相的成分、表面电势及功函数均与基体接近，说明其耐蚀性良好且不会与基体形成接触电偶腐蚀。将铌微合金化思路应用于S32101和S32750，发现两种双相不锈钢中也形成了Z相包裹夹杂物结构，耐腐蚀性能明显提高。本研究为改善由夹杂物引起的腐蚀问题提供了一种新思路，有望成为改善双相不锈钢耐蚀性的一种普适性方法，具有重要的应用价值。