夹杂物对贝氏体低合金钢早期局部腐蚀演化的影响
前言超低碳贝氏体(ULCB)低合金钢具有优良的综合力学性能，广泛应用于海洋设施、造船、军舰、桥梁、建筑等海洋环境中，其在海洋环境中的耐蚀性是影响服役安全性及使用寿命的重要因素。材料的显微组织（包括夹杂物、相组成、晶粒尺寸、偏析、位错、内应力等）是影响材料耐蚀性的重要因素。由于冶金条件的限制，钢中不可避免的存在各种夹杂物，包括氧化物夹杂、硫化物夹杂、碳化物夹杂等。其中，MnS 对钢的耐蚀性能影响较大，大量研究表明，不锈钢中的MnS 夹杂的优先溶解是引发其点蚀的主要原因。对于低合金钢，也有研究发现在NaCl 溶液中，夹杂物的存在也会引发腐蚀初期的点蚀。然而，长期腐蚀又表现为均匀腐蚀。目前对于夹杂物引发低合金钢早期局部腐蚀的机理以及腐蚀发展为均匀腐蚀的过程和机理尚不清楚。
董俊华等采用海洋用ULCB 低合金钢为研究对象，研究其在NaCl 溶液中从局部腐蚀到均匀腐蚀的早期腐蚀演化，解释腐蚀发生和扩展的机理。实验材料为DB685 超低碳贝氏体钢，采用正火处理以均匀化组织，消除成分偏析和内应力。采用0.01M NaCl 溶液中的浸泡实验来获得不同腐蚀时间的腐蚀形貌，采用SEM 观察腐蚀前后的形貌，采用EPMA 分析各相的化学成分，开展微区电位扫描原位监测腐蚀过程中的微区电位变化。实验发现低合金钢在NaCl 溶液中的早期腐蚀演化过程可以分为五个阶段: (1) 夹杂物周围的基体最先腐蚀，形成腐蚀缝隙。(2) 腐蚀沿缝隙边缘横向扩展为以夹杂物为中心的圆形腐蚀斑。(3) 含有夹杂物的腐蚀斑横向扩展，合并成更大的腐蚀斑，腐蚀斑内基体腐蚀加重；腐蚀斑外基体尚未腐蚀。(4) 随腐蚀深度增加，大部分表层夹杂物脱落；腐蚀斑外基体发生腐蚀。(5) 腐蚀斑内外的基体腐蚀均逐渐加重，腐蚀由局部腐蚀转变为均匀腐蚀。另外，粒状贝氏体基体中BF 腐蚀快于M/A 岛，形成大量小腐蚀坑。随腐蚀进行，小腐蚀坑扩展，表层基体逐渐被腐蚀掉。腐蚀机理为：MnS/基体之间的腐蚀电偶导致了早期局部腐蚀缝隙及圆形腐蚀斑的形成及扩展。夹杂物脱落使得MnS/基体之间电偶作用失效，局部腐蚀发展为均匀腐蚀。新暴露出的MnS 夹杂同样会加速其周围基体的腐蚀，尽管从腐蚀形貌上很难观察。M/A 岛/BF 间的腐蚀微电偶导致小点蚀坑的形成，由于M/A 岛在钢中的弥散分布，其电偶加速作用一直存在。在整个腐蚀演化过程中，MnS/基体的腐蚀电偶作用加速最初腐蚀缝隙和腐蚀斑的形成和扩展；MnS 的脱落导致电偶作用失效，使得局部腐蚀转变为均匀腐蚀。M/A 岛/BF 间的腐蚀微电偶作用加速了M/A 岛周围BF 的溶解，形成大量小腐蚀坑。MnS 引起的电偶加速基体腐蚀作用远强于M/A 岛引起的微电偶加速腐蚀作用。
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2016年1月22日
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