[发明专利]一种表征铸造奥氏体-铁素体不锈钢点蚀性能的方法

说明书

一种通过钝化膜表征铸造奥氏体‑铁素体不锈钢点蚀性能的方法，属于腐蚀技术领域。将Z3CN20.09M铸造奥氏体‑铁素体不锈钢在475℃热老化不同时间后切割成10mm×10mm×4mm试样，清洗打磨制备成电化学试样，接好电极之后浸入0.5mol/L的硫酸溶液中，首先施加负电位除去试样制备过程中形成的钝化膜，再施加正电位0.5V，0.5～1小时以制备钝化膜。钝化处理过的试样连接好电极之后，浸入3.5％的氯化钠溶液中30分钟以获得稳定的开路电位。测试钝化膜阻抗随电位变化的情况，电化学工作站扫描电位范围为‑0.1～0.6V，电位增量为0.01V，频率为1000Hz。测试完成后，计算并绘制Mott‑Schottky曲线。根据公式由曲线斜率计算出奥氏体‑铁素体不锈钢表面钝化膜的点缺陷浓度。点缺陷浓度越大，表明铸造奥氏体‑铁素体不锈钢耐点蚀性能越差。

技术领域

本发明属于不锈钢腐蚀技术领域，涉及一种通过钝化膜表征铸造奥氏体-铁素体不锈钢点蚀性能的方法。

背景技术

当今社会能源短缺、环境污染问题日益突出。核能被公认为是现实的、可大规模替代化石能源、既清洁又经济的能源。核电站一回路主管道是核岛七大关键设备之一，被称为核电站的“主动脉”。二代改进型压水堆核电站主管道采用Z3CN20.09M铸造奥氏体-铁素体不锈钢，综合性能优良，但其中的铁素体相在高温高压环境下长期服役会发生热老化现象，导致材料脆化的同时恶化材料耐点蚀的性能。

点蚀是铸造奥氏体-铁素体不锈钢除应力腐蚀开裂外最主要的破坏形式，蚀孔一旦形成，具有“深挖”的动力，有很大的隐患及破坏性。目前，不锈钢点蚀试验方法主要有化学浸泡和电化学方法。化学浸泡法以质量分数为6％的三氯化铁浸泡不锈钢试样，对材料单位面积上的孔蚀数目、蚀孔大小和深度等进行评价。这种方法测试时间长，具有破坏性，且无法检测早期点蚀。电化学方法具有简单、快速等优点，广泛应用于材料腐蚀检测中，包括恒电位临界点蚀温度法和动电位扫描点蚀电位法。但这两种电化学方法都是通过获取稳态点蚀信息评价材料的点蚀性能，而稳态点蚀坑尺寸多数大于100微米。当材料组织结构发生变化、引起点蚀萌生时，电化学方法难以准确评价点蚀发生的相关信息。例如，Z3CN20.09M铸造奥氏体-铁素体不锈钢热老化过程中铁素体相发生调幅分解，产生纳米级析出相，发生的点蚀就难以用常规电化学方法检测。

不锈钢具有优异耐腐蚀性能的原因是表面会自发的形成一层很薄且性能稳定的钝化膜。钝化膜的局部破坏极易引起点蚀。我们前期研究工作发现，随热老化时间延长，Z3CN20.09M铸造奥氏体-铁素体不锈钢耐点蚀性能显著下降。通过研究铸造奥氏体-铁素体不锈钢钝化膜的特性，分析热老化程度不同引起的Z3CN20.09M铸造奥氏体-铁素体不锈钢表面钝化膜成分、结构和电化学性能的差异，有助于揭示铸造奥氏体-铁素体不锈钢热老化后析出纳米相诱导点蚀发生的机理。

发明内容

本发明的目的在于提供一种通过钝化膜表征铸造奥氏体-铁素体不锈钢点蚀性能的方法。采用本方法可以表征铸造奥氏体-铁素体不锈钢热老化后析出纳米晶相引起的点蚀，增大测试的可信度。

一种表征铸造奥氏体-铁素体不锈钢点蚀性能的方法，其特征在于先在铸造奥氏体-铁素体不锈钢表面制备钝化膜，通过计算钝化膜的点缺陷浓度来表征铸造奥氏体-铁素体不锈钢的耐点蚀性能，具体步骤如下：

1)制备测试样品：将铸造奥氏体-铁素体不锈钢在475℃分别热老化0、500、1000、2000小时后切割成10mm×10mm×4mm的试样，清洗打磨制备成电化学试样；

2)配制电化学评价溶液：在室温条件下配制浓度为0.5mol/L的硫酸溶液和质量分数为3.5％的氯化钠溶液；

3)钝化处理：将配制好的硫酸溶液放入25℃恒温水浴锅中保温，试样连接好电极之后浸入溶液中，首先施加-1V的负电位5～10分钟以除去试样制备过程中形成的钝化膜，再施加正电位0.5V，阳极氧化0.5～1小时以制备钝化膜。