雙相不銹鋼的性能，尤其是耐應(yīng)力腐蝕破裂的性能與其鐵素體和奧氏體相的比例有著密切的關(guān)系，因此測(cè)量鐵素體的含量是雙相不銹鋼研制和生產(chǎn)中不可缺少的工作。金相測(cè)定法是測(cè)定鐵素體含量的一種常用方法，因此準(zhǔn)確顯示雙相不銹鋼的顯微組織是精確測(cè)定鐵素體含量的前提。

1. 雙相不銹鋼的常規(guī)侵蝕方法

  雙相不銹鋼最常用的顯微組織顯現(xiàn)方法是根據(jù)GB/T 6401-1986《鐵素體奧氏體型雙相不銹鋼中α-相面積含量金相測(cè)定法》里推薦的。第一種是熱的（60~90℃)或煮沸的堿性鐵氰化鉀溶液（10~15g鐵氰化鉀＋10~30g氫氧化鉀或7~20g氫氧化鈉＋100mL水），需要浸泡數(shù)分鐘。其腐蝕形貌如圖2.1所示。這種方法存在著侵蝕時(shí)間長(zhǎng)，每次使用需要新配制溶液，需要加熱，有時(shí)在應(yīng)用圖像分析系統(tǒng)測(cè)定相含量時(shí)對(duì)比度不夠大等缺點(diǎn)。第二種為氯化鐵鹽酸乙醇水溶液（5g氯化鐵＋100ml,液鹽酸＋100ml,乙醇＋100ml,水），試樣先在室溫侵蝕，而后需要加熱至500~600℃,待侵蝕面變黃停止。這種方法需要加熱溫度太高，具體操作煩瑣，可行性不強(qiáng)。

  采用偏重亞硫酸鉀、氯化銅、鹽酸水溶液可以將鐵素體染成紅棕色或藍(lán)色，而奧氏體則為白亮色。這種方法具有制樣不需加熱、侵蝕時(shí)間短、容易掌握、操作簡(jiǎn)便且相邊界清晰、色彩鮮艷、對(duì)比度大、易于分析不同相等優(yōu)點(diǎn)。通常鐵索體奧氏體型雙相不銹鋼形成陽(yáng)極電化學(xué)沉積膜的一個(gè)合適的成分配比為：偏重亞硫酸鉀（1g)+鹽酸（20mL)+氯化銅（0.2~0.5g)+水（100mL).由于試樣成分的差異及氣溫的變化，陽(yáng)極沉積膜的生成速度會(huì)發(fā)生變化，實(shí)際工作中可以適當(dāng)調(diào)整溶液配比來控制雙相不銹鋼陽(yáng)極成膜的速度，以達(dá)到理想的浸染效果。試劑的配制最好在室溫下，將20mL鹽酸加入100mL水中，再加入1g偏重亞硫酸鉀，用玻璃棒攪拌直至完全溶解，再加入氯化銅，溶解后放置片刻便可使用。試樣的磨制和拋光與通常制備金相試樣的方法基本相同，只是注意在侵蝕前要把試樣表面的油污等雜質(zhì)清除干凈，去掉制樣過程中使用的金屬夾持器。試樣在室溫下侵蝕15~30s即可。由于試樣化學(xué)成分的差異和環(huán)境溫度的變化，需要適當(dāng)調(diào)整試劑的濃度和侵蝕時(shí)間，以侵蝕的試樣肉眼觀察其表面呈現(xiàn)橙黃色即可。然后用自來水沖洗干凈，用濾紙吸干試樣表面的水膜，再用電吹風(fēng)將試樣吹干。具體腐蝕形貌如圖2.2所示。

  這種方法的原理如下：鐵素體和奧氏體可以形成一個(gè)電化學(xué)的雙電極體系，鐵素體和奧氏體兩相相當(dāng)于兩個(gè)不同的單電極，將這樣一個(gè)具有雙電極的金相試樣浸入偏重亞硫酸鉀、氯化銅、鹽酸水溶液中，鐵素體、奧氏體兩個(gè)電極將建立相應(yīng)的穩(wěn)定電位E_γ和E_α,E_γ>E_α(α為陽(yáng)極相，γ為陰極相）。對(duì)于奧氏體電極而言，相當(dāng)于附加了一個(gè)較負(fù)的外電勢(shì)，而對(duì)于鐵素體電極則相當(dāng)于附加了一個(gè)較正的外電勢(shì)。附加外電勢(shì)的存在，導(dǎo)致了鐵素體、奧氏體電極體系中產(chǎn)生附加的外電流。而這種方法的缺點(diǎn)是在侵蝕的過程中會(huì)產(chǎn)生有害物質(zhì)SO₂、H₂S,因此需要格外注意通風(fēng)條件。進(jìn)一步實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)，氯化銅試劑可以省去，將配方改為偏重亞硫酸鉀（1g)+鹽酸（15mL)+水（100mL)依然可以得到較為清晰的雙相不銹鋼腐蝕形貌。如圖2.3所示。

2. 雙相不銹鋼的電化學(xué)侵蝕方法

  電化學(xué)極化的方法是根據(jù)雙相不銹鋼在實(shí)驗(yàn)溶液中腐蝕速率的差別，將雙相不銹鋼兩相進(jìn)行區(qū)分的一種手段，相對(duì)于常規(guī)侵蝕的方法，電化學(xué)侵蝕具有腐蝕均勻、侵蝕所需時(shí)間短、腐蝕形貌清晰明了等特點(diǎn)。實(shí)驗(yàn)步驟如下：首先，將試樣背面與導(dǎo)線相連，并用環(huán)氧樹脂將試樣封樣，只留帶侵蝕面；其次，配置2mol/L的氫氧化鈉溶液；再次，將試樣、參比電極（飽和甘汞電極）、輔助電極（鉑電極）分別與電化學(xué)工作站的工作接線、參比電極接線、輔助電極接線相連，并置于配置好的氫氧化鈉溶液中，采用恒電位極化的方法，選擇＋2V(相對(duì)于參比電極）的電位，極化10~20s;最后，將試樣拿出后清洗吹干用于觀察。其腐蝕形貌如圖2.4所示。其缺點(diǎn)是預(yù)先的制樣過程所需時(shí)間較長(zhǎng)，較為煩瑣。

3. 雙相不銹鋼的優(yōu)先腐蝕行為

  2205雙相不銹鋼由鐵素體相和奧氏體相兩相組成，兼具鐵素體不銹鋼的強(qiáng)度和奧氏體不銹鋼的韌性，具有優(yōu)良且獨(dú)特的力學(xué)性能，并且耐氯離子腐蝕，是一種優(yōu)質(zhì)的很有發(fā)展空間的鋼材。然而也正是由于2205雙相不銹鋼的特殊結(jié)構(gòu)，導(dǎo)致其在具備以上優(yōu)良性能的同時(shí)，由于鐵素體相與奧氏體相不同的晶體結(jié)構(gòu)和化學(xué)組成，導(dǎo)致兩相耐蝕性能存在差異。這種特殊的差異性會(huì)導(dǎo)致兩相中的一相發(fā)生優(yōu)先腐蝕，成為腐蝕脆弱區(qū)，導(dǎo)致雙相不銹鋼開裂破壞。因此，研究雙相不銹鋼的優(yōu)先腐蝕行為以及單一相的耐蝕性能具有十分重要的意義。

  在此之前，已經(jīng)有少量對(duì)雙相不銹鋼優(yōu)先腐蝕行為的研究，主要是通過改變腐蝕介質(zhì)的種類以及腐蝕介質(zhì)的濃度來控制雙相不銹鋼兩相的腐蝕速率。根據(jù)優(yōu)先腐蝕相的不同，可分為三類：鐵素體相優(yōu)先腐蝕、奧氏體相優(yōu)先腐蝕、兩相均勻腐蝕。本書主要研究不同固溶溫度（1000℃、1050℃、1100℃、1150℃)下2205雙相不銹鋼在1.5mol/L HNO₃+2mol/L NaCl溶液（硝酸體系）與2mol/L H₂SO₄+0.5mol/L HCl(硫酸體系）溶液中的優(yōu)選腐蝕及耐蝕性能，并在此基礎(chǔ)上在兩種腐蝕介質(zhì)中分別制備具有鐵素體單－相和奧氏體單－相的2205雙相不銹鋼，研究其單一相的耐蝕性能及滲氫行為，進(jìn)而更好地了解微觀組織對(duì)2205雙相不銹鋼的腐蝕行為和氫脆敏感性的影響。

a. 雙相不銹鋼在硝酸體系中的侵蝕

   圖2.5為不同固溶溫度下2205雙相不銹鋼在硝酸體系中的極化曲線，由于硝酸是強(qiáng)氧化性酸，因此，在硝酸體系中存在明顯的鈍化現(xiàn)象。2205雙相不銹鋼在硝酸體系中的極化曲線由陰極區(qū)、活化區(qū)、鈍化過渡區(qū)、鈍化區(qū)、過鈍化區(qū)五個(gè)部分組成。不同熱處理溫度下的極化曲線表現(xiàn)出相似的形狀，其鈍化區(qū)的寬度相差不多，自腐蝕電位和自腐蝕電流的大小比較接近，均為一個(gè)數(shù)量級(jí)。其具體擬合值如表2.1所列。

  表2.1中：E_corr表示自腐蝕電位；I_corr表示自腐蝕電流；E_tp表示過鈍化電位；I_p表示維鈍電流；E_pp表示致鈍電位。比較各固溶溫度試樣的自腐蝕電位，數(shù)值相差不多，自腐蝕電位用來表征材料的耐蝕傾向，而自腐蝕電流則可反應(yīng)材料的腐蝕速率。比較各固溶溫度下試樣的自腐蝕電流，均為同一數(shù)量級(jí)，自腐蝕電流隨著固溶溫度的升高先降低后升高，在1050℃時(shí)達(dá)到最小值1.5×10^-4A/c㎡,因此，當(dāng)固溶溫度為1050℃時(shí)，試樣在硝酸體系中的耐蝕性能最好，固溶溫度升高或者降低均會(huì)導(dǎo)致耐蝕性能略微變差。比較各固溶溫度下試樣的鈍化區(qū)間可知，各固溶溫度下試樣在硝酸體系中的鈍化區(qū)間相差很小。維鈍電流的大小則可反映出材料表面鈍化膜的穩(wěn)定性，維鈍電流越小，表明鈍化膜性能越好，從表2.1中可以看出，隨著固溶溫度的升高，維鈍電流先降低后升高，在1050℃時(shí)達(dá)到最小值1.5×10^-4A/c㎡,因此，當(dāng)固溶溫度為1050℃時(shí)，試樣表面的鈍化膜最穩(wěn)定，固溶溫度升高或者降低均會(huì)導(dǎo)致鈍化膜性能略微變差。綜上所述，當(dāng)固溶溫度為1050℃時(shí)，2205雙相不銹鋼在硝酸體系中的耐蝕性能和鈍化膜穩(wěn)定性能均為最佳，隨著固溶溫度的升高或者降低，其耐蝕性能和鈍化膜穩(wěn)定性都會(huì)略微變差。

  結(jié)合圖2.5和表2.1可知，所有固溶溫度下的試樣在硝酸體系中的活化鈍化峰只有一個(gè)，這個(gè)峰值對(duì)應(yīng)的電位就是致鈍電位。其數(shù)值相差很小，在-0.27V附近，在此電位下，奧氏體相與鐵素體相的耐蝕性相差最大。圖2.6為2205雙相不銹鋼在恒電位-0.27V極化后的能譜圖，鐵素體中Cr元素和Mo元素含量高，奧氏體中Ni元素含量高，由圖中可以看出，突出相中Cr和Mo含量高于凹陷相，而Ni元素含量低于凹陷相，因此，突出相為鐵素體相，凹陷相為奧氏體相，奧氏體相的腐蝕速率較鐵素體相高，奧氏體相優(yōu)先腐蝕。

b. 雙相不銹鋼在硫酸體系中的侵蝕

  圖2.7為不同固溶溫度下2205雙相不銹鋼在硫酸系中的極化曲線，由于硫酸同硝酸一樣也是強(qiáng)氧化性酸，因此，在硫酸體系中同樣存在明顯的鈍化現(xiàn)象。2205雙相不銹鋼在硫酸體系中的極化曲線由陰極區(qū)、活化區(qū)、鈍化過渡區(qū)、鈍化區(qū)、過鈍化區(qū)五個(gè)部分組成。不同固溶溫度下的極化曲線表現(xiàn)出相似的形狀，其鈍化區(qū)的寬度相差很小，自腐蝕電位和自腐蝕電流的大小比較接近，均為一個(gè)數(shù)量級(jí)。其具體擬合值如表2.2所列。

 表2.2中：E_corr表示自腐蝕電位；I_corr表示自腐蝕電流；E_p表示過鈍化電位；I_p表示維鈍電流；E_pp表致鈍電位。比較各固溶溫度試樣的自腐蝕電位，1150℃時(shí)自腐蝕電位最高，而自腐蝕電位只是用來表征材料的耐蝕傾向，而自腐蝕電流則可反應(yīng)材料的實(shí)際腐蝕速率。比較各固溶溫度下試樣的自腐蝕電流，均為同一數(shù)量級(jí)，自腐蝕電流隨著固溶溫度的升高先降低后升高，在1050℃時(shí)達(dá)到最小值2.38×10^-5A/c㎡,因此，當(dāng)固溶溫度為．1050℃時(shí)，試樣在硫酸體系中的耐蝕性能最好，固溶溫度升高或者降低均會(huì)導(dǎo)致耐蝕性能略微變差。比較各固溶溫度下試樣的鈍化區(qū)間可知，各固溶溫度下試樣在硫酸體系中的鈍化區(qū)間相差很小。維鈍電流的大小則可反映出材料表面鈍化膜的穩(wěn)定性，維鈍電流越小，表明鈍化膜性能越好，從表中可以看出，當(dāng)固溶溫度較低時(shí)，維鈍電流較小，1000℃與1050℃時(shí)的維鈍電流同時(shí)達(dá)到最小值1.3×10^-4A/c㎡,隨著固溶溫度的升高，維鈍電流升高，1150℃時(shí)維鈍電流達(dá)到最大值2.1×10^-4A/c㎡.因此，當(dāng)固溶溫度為1000℃和1050℃時(shí)，試樣表面的鈍化膜最穩(wěn)定，固溶溫度升高會(huì)導(dǎo)致鈍化膜性能略微變差。綜上所述，當(dāng)固溶溫度為1050℃時(shí)，2205雙相不銹鋼在硝酸體系中的耐蝕性能和鈍化膜穩(wěn)定性能均為最佳，這與硝酸體系的結(jié)果是一致的。

  結(jié)合圖2.7和表2.2可知，與硝酸體系不同，所有固溶溫度下的試樣在硫酸體系中的活化鈍化峰均有兩個(gè)（E_pp1、E_pp2)，不同固溶溫度試樣的峰值對(duì)應(yīng)的電位相差很小，分別在－0.305V和－0.26V附近，這兩個(gè)峰對(duì)應(yīng)的電位均為鐵素體相與奧氏體相腐蝕速率差值最大的電位。

  圖2.8為2205雙相不銹鋼在恒電位-0.305V下極化后的能譜圖 從圖中可以看出，突出相中鉻元素和鉬元素含量較凹陷相低，而鎳元素含量較凹陷相高，因此，突出相為奧氏體相，凹陷相為鐵素體相，在此電位下，鐵素體相腐蝕速率較奧氏體快，鐵素體相優(yōu)先腐蝕。

  圖2.9為2205雙相不銹鋼在恒電位-0.26V下極化后的能譜圖，突出相中鉻元素和鉬元素含量較凹陷相高，鎳元素含量較凹陷相低，因此，突出相為鐵素體相，凹陷相為奧氏體相，在此電位下奧氏體相腐蝕速率較鐵素體相快，奧氏體相發(fā)生優(yōu)先腐蝕。綜上所述，在硫酸體系中，對(duì)應(yīng)電位值較高的活化鈍化峰為奧氏體峰，此時(shí)奧氏體相發(fā)生優(yōu)先腐蝕，而對(duì)應(yīng)電位值較低的活化鈍化峰為鐵素體峰，此時(shí)鐵素體相發(fā)生優(yōu)先腐蝕。