《steel research international》：Influence of Heat Treatment Temperature on Crevice and Pitting Corrosion of UNS S32205 Duplex Stainless Steel
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本文系统研究了不同热处理温度（850°C、950°C、1000°C、1150°C）对UNS S32205双相不锈钢（DSS）微观结构演变及其对均匀腐蚀、点蚀和缝隙腐蚀性能的影响。结果表明，具有平衡α/γ相比例（≈50/50）的基材（BM）和1000°C固溶处理样品表现出最优异的耐腐蚀性能（腐蚀速率0.044–0.074 μm/年，再钝化电位ER≈0.96 V）。而1150°C处理导致α相比例升高和Cr元素贫化，降低了耐蚀性。时效处理（850°C和950°C）诱发σ相析出，造成合金元素（Cr, Mo）分布不均，形成微电偶效应，显著加剧了局部腐蚀敏感性。研究揭示了相比例平衡和有害相控制对双相不锈钢腐蚀抗力的关键作用，为材料热处理工艺优化提供了重要理论依据。
1 引言
双相不锈钢（DSSs）是由铁素体（α）和奥氏体（γ）两相以接近比例组成的双相金属合金。这种细化的微观结构使材料兼具优异的力学性能和耐腐蚀性。然而，不当的热处理会改变晶粒分布、尺寸、形貌、γ和α相的比例，并可能导致有害相的析出，从而影响材料性能。本文重点评估了时效处理（850°C和950°C）和固溶处理（1000°C和1150°C）对UNS S32205双相不锈钢点蚀和缝隙腐蚀行为的影响。
2 实验部分
2.1 材料
实验所用基材（BM）为UNS S32205双相不锈钢，原始处理条件为1060°C保温30秒。时效处理在850°C和950°C进行，固溶处理在1000°C和1150°C进行，保温时间均为30分钟，随后水淬。通过定量立体学技术和ImageJ软件对各样品的相组成进行了鉴定和定量分析。
2.2 电化学方法
采用三电极体系进行电化学测试，工作电极为经过不同热处理的UNS S32205样品，电解液为0.5 M NaCl溶液。测试包括循环极化曲线和带缝隙成型器的恒电位极化测试。
2.2.1 循环极化测试
测试先监测开路电位（OCP）1小时，随后从-200 mV（相对于OCP）开始向阳极方向扫描，直至电流密度达到3 mA cm-2，然后反向扫描。从极化曲线中确定了腐蚀电位（Ecorr）、腐蚀电流密度（icorr）、腐蚀速率（CR）、钝化电流密度（ipass）、钝化层击穿电位（Ebd）和再钝化电位（ER）。
2.2.2 带缝隙成型器的恒电位极化测试
缝隙测试根据ASTM G192标准进行，使用聚四氟乙烯多缝隙成型器。在记录OCP 1小时后，施加特定的电位进行恒电位极化。
2.3 表征技术
腐蚀前后表面形貌通过光学显微镜、立体显微镜和扫描电子显微镜进行分析。利用能量色散X射线光谱分析数据，根据PREN = %Cr + 3.3 × %Mo + 16 × %N公式计算各相的耐点蚀当量数。采用白光干涉仪测量缝隙腐蚀造成的材料损失体积。
3 结果与讨论
3.1 微观结构表征
SEM图像显示了不同热处理后UNS S32205的微观结构。在时效处理条件下，σ相与其他相形成对比，呈现最亮的颜色。σ相优先在γ和α晶界以及α/α界面处形成。在850°C和950°C时效处理样品中，除了α和γ相外，还观察到了σ相。而固溶处理样品则呈现双相结构。相定量分析表明，BM和1000°C处理样品具有接近50/50的平衡α/γ相比例，而1150°C处理样品则α相比例升高。时效处理样品中σ相体积分数在850°C和950°C时分别为16.0%和10.9%。SEM/EDS分析显示，σ相含有最高含量的Cr和Mo，具有最高的PREN值。当时效温度从850°C升高到950°C时，元素扩散更充分，σ相中的Cr、Mo含量更高。在α相中，1150°C处理样品的Cr、Mo含量低于BM和1000°C样品，这与Cr在相变过程中的再分配有关。
3.2 循环极化测试
循环极化曲线显示，具有平衡α/γ相比例的BM和1000°C处理样品表现出最低的腐蚀速率和最佳的再钝化能力。1150°C处理样品由于α相比例升高及Cr贫化，腐蚀速率增加。时效处理样品，特别是850°C处理样品，其极化曲线形状与其他条件显著不同，表现为钝化区不稳定且无法再钝化，点蚀仅在时效处理条件下出现。BM和1000°C样品表现出最低的缝隙腐蚀敏感性。PREN计算结果表明，σ相的PREN值最高，γ相最低，α相居中。各相之间PREN值的差异导致了微电偶的形成，加剧了局部腐蚀敏感性。尽管950°C时效样品含有11%的σ相，但其总体电化学响应与固溶处理样品相近，而850°C时效样品则表现出最差的耐局部腐蚀性能。腐蚀形貌分析证实，在双相微观结构条件下，腐蚀为均匀腐蚀；而在时效处理条件下，则观察到点蚀，且腐蚀始于σ/α相界。
3.3 缝隙腐蚀测试
恒电位极化测试表明，850°C时效处理样品对缝隙腐蚀的敏感性最高。在施加1.2 V电位时，950°C时效样品的电流密度值最高，显示了σ相对缝隙腐蚀行为的影响。具有双相微观结构的BM样品电流密度最低。光学干涉分析测量的材料损失体积显示，850°C、950°C和1150°C条件的损失体积相当，且高于1000°C和BM条件。表面形貌分析表明，在所有条件下，腐蚀均优先发生在缝隙成型器接触区域。然而，腐蚀现象学因处理条件而异。在BM和1000°C条件下，腐蚀局限于缝隙边界，形貌表现为两相晶界处的优先腐蚀。在950°C时效条件下，缝隙开口处观察到σ/σ和α/σ晶界的腐蚀，导致点蚀形成，且在缝隙外部区域也出现了点蚀。在1150°C固溶条件下，腐蚀也集中在缝隙边界，但攻击涉及所有晶界。在850°C时效条件下，腐蚀最为严重，表现为整个微观结构的严重溶解，缝隙外部区域出现宏观点蚀。腐蚀形貌的差异与各相之间PREN值的差异以及缝隙内的电位/电流分布有关。时效处理样品较差的耐缝隙腐蚀性能归因于σ相析出导致的合金元素贫化以及由此产生的微电偶效应。在双相样品中，相比例失衡也会增加对缝隙腐蚀的敏感性。
4 结论
本研究评估了固溶和时效处理引起的UNS S32205双相钢微观结构变化及其对均匀腐蚀和局部腐蚀性能的影响。主要结论如下：BM和1000°C固溶样品具有平衡的α/γ微观结构，表现出最佳的耐腐蚀性能。1150°C固溶处理导致α相占主导和Cr贫化，降低了耐腐蚀性。850°C和950°C的时效处理诱导了富Cr、Mo的σ相析出。σ相的存在导致相邻区域合金元素贫化，形成耐腐蚀性较低的区域。因此，σ、α和γ相之间因成分不均匀性和电化学电位差异而产生的微电偶耦合，是时效条件下耐腐蚀性降低的主要因素。尽管950°C时效条件表现出与固溶和BM条件相当的总体电化学响应，但由于σ相析出，其点蚀敏感性增加。在时效条件中，850°C处理由于晶粒更细、σ相在晶界析出更广泛，表现出最差的再钝化行为和最高的点蚀及缝隙腐蚀敏感性。
