靳塞特，莊麗麗

（酒泉鋼鐵（集團）股份有限公司，甘肅 嘉峪關 735100）

全面腐蝕是金屬材料經(jīng)常遇到的腐蝕破壞形式，浸泡腐蝕是研究材料耐蝕性經(jīng)常用到的方法，試樣腐蝕后采用失重法可以測出材料的腐蝕速率，還可以對表面腐蝕形貌和腐蝕產(chǎn)物進行觀察分析，以了解材料的腐蝕機理[1-3]。

鹽酸對金屬的腐蝕屬于氫去極化腐蝕，反應過程可用下式表達：M→Mn++ne（陽極金屬溶解），2H++2e→H2（陰極析氫反應），可見溶液中的氫離子濃度是金屬腐蝕的決定因素。腐蝕介質一般可分成氧化性介質和還原性介質兩大類，硝酸是典型的氧化性酸，鹽酸是典型的還原性酸[4-6]。目前，對不銹鋼在既有氧化性介質又有還原性介質溶液里的腐蝕特征的研究較少，本文為了研究分析其特點，配置了一種w（HCl）=3.2%和w（HNO3）=3.8%的混合酸溶液。

本文通過浸泡腐蝕實驗以獲得不銹鋼在不同溫度下混合酸（鹽酸+硝酸）溶液中的平均腐蝕速率，以此為依據(jù)分析不銹鋼的耐蝕性能，考察介質濃度以及溫度對腐蝕速率的影響，并對試樣腐蝕后的腐蝕形貌進行觀察分析。

1 實驗材料和方法

1.1 實驗材料

實驗所采用的材料為氬-氧脫碳（AOD）精煉的熱軋態(tài)304、430、409L和410S不銹鋼，試樣尺寸為15 mm×12 mm×3 mm（板厚）?；瘜W成分如表1所示。

表1 304、430、409L和410S的化學成分 %

1.2 實驗方法

1.2.1 金相組織分析

試樣拋光后，用金相腐蝕劑顯示板材的金相組織，然后在MeF3金相顯微鏡下觀察其顯微組織。

1.2.2 混合酸溶液浸泡腐蝕試驗

對整體拋光以后的試驗試樣做浸泡腐蝕試驗，混合酸溶液試驗濃度：w（HCl）=3.2%、w（HNO3）=3.8%，試驗溫度：25℃、40℃、80℃，試驗時間：12 h、24 h、36 h、48 h、72 h、96 h，并對試驗容器進行封口。試驗方法如圖1所示。浸泡腐蝕試驗在恒溫水浴鍋中進行，水浴鍋溫度精度±1℃。試樣腐蝕前后在酒精溶液中經(jīng)超聲波清洗后風干稱重，電子天平精度±0.000 1 g。

圖1 浸泡腐蝕開放體系示意圖

2 實驗結果與分析

2.1 304、430、409L和410S不銹鋼的金相組織

下頁圖2是四種不銹鋼的顯微組織圖。從圖2可看出：304基體為奧氏體，基本呈等軸狀晶粒，部分晶粒內呈現(xiàn)出孿晶，在軋制方向上出現(xiàn)明顯沿加工變形方向分布的條帶組織（較細長條為δ鐵素體、細小成串顆粒為M23C6）；430鋼板的顯微組織是由沿軋向分布的竹節(jié)狀鐵素體晶粒和晶粒之間的（Cr，F(xiàn)e）23C6碳化物構成的條帶組織；409L熱軋板材的顯微組織基本為等軸晶，晶界上有細小碳化物，組織很均勻；410S金相組織呈竹節(jié)狀鐵素體+馬氏體+少量M23C6碳化物（白色區(qū)域為鐵素體，黑色條帶區(qū)域為馬氏體和碳化物），呈條帶組織特征。

圖2 304、430、409L和410S的金相組織

2.2 混合酸腐蝕試樣的腐蝕失重曲線

不銹鋼在混合酸中不同溫度下的腐蝕失重曲線如圖3所示，通過對圖3進行分析，得出如下結論：

圖3 不銹鋼在混合酸中不同溫度下的腐蝕失重曲線

1）在25℃時，腐蝕失重曲線近似為斜直線，說明反應的腐蝕速度基本不變。表明試樣在96 h內浸泡腐蝕試驗的腐蝕速度基本保持不變。即整個腐蝕過程處于穩(wěn)態(tài)，其腐蝕系統(tǒng)、腐蝕界面以及試樣的表面狀態(tài)基本保持在同一狀態(tài)，這也說明其腐蝕產(chǎn)物對腐蝕過程未產(chǎn)生任何干擾。

2）在40℃時，430的失重曲線近似為拋物線，說明其反應速度隨著時間的延長而變慢，表明該試樣在開始階段的腐蝕速度較大，之后腐蝕速度越來越慢。分析其原因，可能有兩種情況：一種是試樣中存在保護性的腐蝕產(chǎn)物或形成了表面保護膜；二是發(fā)生在腐蝕速度比較快的溶液中，此時隨著實驗時間的延長，腐蝕介質的濃度明顯降低，所以腐蝕速度會降低。

3）在80℃時，410S和409L的失重曲線近似為拋物線，430和304近似為平直線。這說明430和304反應速度很快，在12 h內已經(jīng)結束，表明試樣在較短時間（≤12 h）內達到一定程度的腐蝕失重后，隨著腐蝕時間的增加，其腐蝕失重幾乎不再增加，即幾乎不再受到腐蝕。此時，由于溫度很高，試樣腐蝕速度很快，實驗溶液中的腐蝕介質已基本消耗殆盡，所以腐蝕失重不再增加。針對此特征，也曾設計了專門的實驗予以驗證：即將410S試樣置于80℃的w（HCl）=1%的溶液中反應12 h后，再放入一個新的試樣，幾個小時以后，測量新的試樣的質量并沒有明顯變化，說明溶液中的介質在12 h內已消耗殆盡。

2.3 混合酸腐蝕試樣的腐蝕速率

不銹鋼在不同溫度下混合酸中的腐蝕速率如下頁表2所示，混合酸溶液中溫度對腐蝕速率的影響如下頁圖4所示。對圖4、表2進行分析，可得出如下結論：

圖4 混合酸溶液中溫度對腐蝕速率的影響

表2 不銹鋼在不同溫度下的混合酸中的腐蝕速率g/（m2·h）

1）隨著溫度的升高，試樣的腐蝕速率增大。430的腐蝕速率很大，在25℃時大概是304的3倍、409L的2.3倍、410S的1.1倍；在80℃時大概是304的9倍、409L的8倍、410S的6.6倍。進而可以看出，430在混合酸中不僅腐蝕速率較大，而且受溫度變化的影響最為明顯。

2）430的腐蝕速率較大，應該與混合酸特殊的溶液性質（既有氧化性，又有還原性）、腐蝕特點（對腐蝕材料的陰極腐蝕和陽極腐蝕都有加速作用），以及430晶粒粗大、碳化物條帶明顯的金相組織特點有很大關系。

3）四種不銹鋼在w（H2SO4）=10%溶液中的耐硫酸腐蝕性能順序為：304、430、409L、410S[7]。四種不銹鋼在混合酸溶液中的耐腐蝕順序為：304、409L、410S、430。由此可以得出，材料的耐腐蝕性能不僅與其化學成分有關，還與其組織結構有很大關系。

2.4 腐蝕試樣的宏觀形貌分析

不銹鋼試樣在混合酸溶液中的宏觀腐蝕形貌如圖5所示。

圖5 不銹鋼試樣在混合酸溶液中的宏觀腐蝕形貌

由圖5可以看出：

1）304、410S和430腐蝕后側面上條帶明顯；

2）409L腐蝕的側面上出現(xiàn)了幾個較大的點蝕坑，最大深度有1 mm左右；

3）430的腐蝕分層非常的明顯，40℃和80℃下的腐蝕試樣在放置一段時間會開裂開來，這可能是由于試樣內部的腐蝕產(chǎn)物在后期吸水膨脹而導致試樣開裂的，這也說明了腐蝕已經(jīng)貫穿整個試樣，由此可以看出混合酸對不銹鋼的腐蝕破壞是非常嚴重的。

2.5 腐蝕試樣的微觀形貌分析

不銹鋼試樣在混合酸溶液中腐蝕的SEM圖如圖6所示，從圖6可以得出如下結論：

圖6 不銹鋼試樣在混合酸溶液中腐蝕的SEM圖

1）304、410S和430都出現(xiàn)腐蝕分層：304和430腐蝕分層的帶寬與其金相組織的帶寬相吻合；410S的腐蝕分層片層間距相對較小，在3μm左右，與金相組織相比，其腐蝕帶寬更窄。

2）409L的腐蝕是晶粒的腐蝕脫落。

3）430的分層腐蝕特別明顯，這是因為430中含有多于別的不銹鋼2倍還多的碳含量和非常明顯的條帶組織。430腐蝕后，層與層之間的間距為20μm左右，層與層之間的腐蝕溝很深，由試樣開裂的情況看出腐蝕溝可能已經(jīng)貫穿了整個試樣。

3 結論

1）耐混合酸腐蝕性能順序為304＞409L＞410S＞430，奧氏體不銹鋼的耐硫酸腐蝕性能優(yōu)于鐵素體不銹鋼；較低的w（C）和Ti元素的加入提高了409L的耐蝕性；410S中的馬氏體降低了它的耐蝕性；430的耐混合酸腐蝕性能較差，這既與混合酸的氧化還原特性有關系，又與其晶粒粗大、碳化物條帶明顯的金相組織特點有必然聯(lián)系。

2）各鋼種在混合酸溶液中的微觀腐蝕形貌與其金相組織具有對應性，304、430、410S的縱截面發(fā)生了帶狀腐蝕，409L的縱截面發(fā)生了晶粒脫落腐蝕，這說明材料的微觀組織對其耐腐蝕性能有直接影響。