21世紀(jì)海洋戰(zhàn)略已成為國家發(fā)展戰(zhàn)略的重要部分，隨著海洋經(jīng)濟(jì)的不斷發(fā)展，越來越多的金屬材料應(yīng)用于海洋工程裝備中[1-3]。在眾多金屬材料中，不銹鋼因具有良好的力學(xué)性能、韌性和加工成形性能，出色的耐蝕性、抗氧化能力，成本低以及污染小等優(yōu)點(diǎn)，成為海洋工程中廣泛使用的金屬材料，對海洋經(jīng)濟(jì)的發(fā)展有著重要的作用[4-8]。

在海洋環(huán)境中，不銹鋼材料中的元素含量對其組織結(jié)構(gòu)及耐蝕性有著直接影響。呂迎璽[9]對比分析了不同Mo含量的316L、904L、S31254和S31254-B奧氏體不銹鋼在10%（質(zhì)量分?jǐn)?shù)，下同）NaCl溶液中的腐蝕行為，結(jié)果表明：四種不銹鋼在10%NaCl溶液中的耐蝕性由強(qiáng)到弱依次為S31254-B，S31254，904L，316L，且低溫時(shí)效態(tài)不銹鋼的耐蝕性大于固溶態(tài)不銹鋼。提高M(jìn)o含量、加入微量合金元素B、低溫時(shí)效處理等均有利于提+升材料的耐蝕性。這是由于B促使表面形成富Cr、Mo氧化物的鈍化膜，提升了鈍化層的致密性，減少了晶界處貧Cr、貧Mo區(qū)，提高了不銹鋼的耐蝕性。朱磊[10]研究了2205不銹鋼在3.5%NaCl溶液中的電化學(xué)腐蝕行為，固溶態(tài)含銅2205不銹鋼的耐蝕性隨著銅含量的增加而上升；經(jīng)1 050 ℃固溶30 min，250 ℃時(shí)效4 h后，含銅2205不銹鋼的腐蝕速率最低，耐蝕性最強(qiáng)；并且銅含量越高，2205不銹鋼的耐蝕性越好。PAN等[11]在新型Fe-Cr-Mn-Al雙相不銹鋼的基礎(chǔ)上研究了Cu含量對不銹鋼相分?jǐn)?shù)、力學(xué)性能和耐蝕性的影響，結(jié)果表明，在Fe-Cr-Mn-Al體系中添加0.5%（質(zhì)量分?jǐn)?shù)，下同）Cu可提高奧氏體的體積分?jǐn)?shù)和穩(wěn)定性，在更大的應(yīng)變范圍內(nèi)發(fā)生TRIP（相變誘導(dǎo)塑性）效應(yīng)，大大提高鋼的強(qiáng)度和塑性，此外，加入Cu元素增加了奧氏體中的Cr含量，提高了雙相不銹鋼的抗點(diǎn)蝕性能。MOON等[12]研究了Mo和Cr對奧氏體鋼組織、力學(xué)性能和抗點(diǎn)蝕性能的影響，發(fā)現(xiàn)Mo和Cr的加入抑制了k-碳化物的析出，降低了奧氏體基體的本征強(qiáng)度，而DO3相的強(qiáng)度與奧氏體基體相當(dāng)或更高，電化學(xué)測試表明，Mo和Cr的加入形成了保護(hù)膜，提高了鋼材的抗點(diǎn)蝕性能，而過量的Mo和Cr則會(huì)降低其抗點(diǎn)蝕能力。

310S不銹鋼是一種高Cr、Ni含量的奧氏體耐熱鋼，常溫下具有穩(wěn)定的奧氏體組織，同時(shí)具有很好的高溫抗氧化性、高溫力學(xué)性能等綜合性能且耐蝕性優(yōu)異，目前廣泛應(yīng)用于強(qiáng)氧化性和酸性的環(huán)境中，如其在航空航天、化學(xué)化工、高溫爐、機(jī)械制造等領(lǐng)域應(yīng)用廣泛[13-14]。800H不銹鋼是Fe-Ni-Cr系耐蝕合金，在高溫下具有穩(wěn)定的奧氏體組織，在很多高溫或液體環(huán)境中具有優(yōu)異的高溫力學(xué)性能和抗氧化性能，且具有很強(qiáng)的耐蝕性。同樣被廣泛用于石化工業(yè)、化工設(shè)備、冶金工業(yè)、航空不銹鋼等領(lǐng)域[8,15]。近年來，這兩種不銹鋼也被應(yīng)用于高溫高鹽霧海洋環(huán)境[2-5]。

筆者對比了310S不銹鋼和800H不銹鋼的組織結(jié)構(gòu)及其在天然海水中的電化學(xué)性能，揭示了這兩種不銹鋼材料組織結(jié)構(gòu)、腐蝕機(jī)理、耐蝕性的差異原因。

1. 試驗(yàn)

1.1 試樣

試驗(yàn)材料為310S不銹鋼和800H不銹鋼，其化學(xué)成分見表1。試樣尺寸為20 mm×20 mm×5 mm，用無水乙醇洗去表面油漬后，用砂紙（800~3000號）逐級打磨，隨后對其進(jìn)行拋光，采用侵蝕液（3 mL HCl+12 mL H2O+1g FeCl3）侵蝕20~30 s后，再用無水乙醇清洗并吹干，將處理好的試樣置于干燥皿中待用。

1.2 試驗(yàn)方法

1.2.1 形貌觀察

采用光學(xué)顯微鏡（蔡司倒置金相顯微鏡Axio Vert. A1）觀察310S不銹鋼和800H不銹鋼的顯微組織。利用場發(fā)射掃描電子顯微鏡（SEM）對310S不銹鋼和800H不銹鋼進(jìn)行顯微組織觀察及能譜（EDS）分析。采用增加了開爾文控針技術(shù)的MFP-3D原子力顯微鏡（AMF）測試310S不銹鋼和800H不銹鋼表面形貌，微區(qū)自腐蝕電位分布，掃描范圍為50 μm×50 μm，分辨率為512幀，掃描頻率為0.977 Hz。

1.2.2 天然海水浸泡腐蝕試驗(yàn)

將310S不銹鋼和800H不銹鋼試樣分別浸入天然海水中，浸泡時(shí)間為72 h。浸泡試驗(yàn)結(jié)束后，用鹽酸氯化鐵水溶液洗去試樣表面腐蝕產(chǎn)物，然后依次用去離子水和乙醇去除表面殘留的鹽酸氯化鐵水溶液，吹風(fēng)機(jī)吹干試樣并用電子分析天平稱量。利用掃描激光共聚焦顯微鏡記錄浸泡試驗(yàn)后310S不銹鋼和800H不銹鋼試樣的表面微觀形貌。按式（1）計(jì)算腐蝕速率。

式中：v為平均腐蝕速率，mm/a；M0和M1分別為試樣試驗(yàn)前后的質(zhì)量，g；S為腐蝕面的面積，mm2；t為試驗(yàn)時(shí)間，h。

1.2.3 電化學(xué)試驗(yàn)

電化學(xué)試驗(yàn)采用PARSTA T 4000A電化學(xué)工作站完成，試驗(yàn)溶液為天然海水。采用三電極體系，其中，工作電極為310S和800H不銹鋼試樣，參比電極為飽和甘汞電極（SCE），輔助電極為鉑電極。文中電位若無特指，均相對于SCE。將試樣置于試驗(yàn)溶液中1 200 s，待開路電位（OCP）穩(wěn)定后，以0.5 m V/s的掃描速率進(jìn)行動(dòng)電位極化曲線測試。電化學(xué)阻抗譜（EIS）測試在OCP條件下進(jìn)行，測試時(shí)間為10 min，頻率范圍為0.1~100 000 Hz，正弦電位信號振幅為5 m V。為了保證試驗(yàn)結(jié)果的準(zhǔn)確性，采用3個(gè)平行試樣。

1.2.4 X射線衍射分析（XRD）試驗(yàn)

利用X射線衍射儀（XRD，Bruker D8-Advance）對310S和800H不銹鋼基體進(jìn)行物相分析，使用CuKα為X射線源（λ=0.154 06 nm），采用0.5（°）/s的掃描速率在2θ=10°~90°范圍內(nèi)掃描。

2. 結(jié)果與討論

2.1 微觀形貌

由圖1可見：310S試樣的室溫組織為單一奧氏體，基體中分布點(diǎn)狀的第二相，且存在孿晶組織，晶粒呈無規(guī)則的多邊形，晶粒尺寸大多為30~50 μm[16-19]；800H試樣基體組織為奧氏體，晶粒尺寸大多為20~50 μm，合金晶界和基體中有少量碳化物析出。相比于310S試樣，800H試樣的晶粒更加細(xì)化，析出相也更多[19]。這是由于800H試樣中加入了Al、Cu、Ti等合金元素，合金基體中易產(chǎn)生析出物。

圖 1 310S及800H試樣的微觀形貌

Figure 1. Micromorphology of 310S (a, c) and 800H (b, d) samples

由表2可見：310S試樣表面析出相主要是Cr和Ni的碳化物，800H試樣表面析出相主要是富Cr碳化物和Al、Ti的碳氮化合物[20]。微合金元素Ti的加入，使得基體中的析出物含量增多，且顆粒細(xì)小、呈彌散狀分布，起到較好的細(xì)晶強(qiáng)化和析出強(qiáng)化作用[2,21-22]。Cu的加入會(huì)導(dǎo)致第二相析出，并影響雙相不銹鋼的性能，當(dāng)Cu含量較低時(shí)，Cu會(huì)固溶在基體中，起到固溶強(qiáng)化作用。可以看出，由于Cu含量低，顯微組織中未觀察到含Cu的析出相[23-25]。Al作為鐵素體形成元素，在鐵素體中略有富集，兩相分布較為均勻[5,26]。