1. 引言
2205双相不锈钢集良好的力学性能、优良的耐应力腐蚀开裂性能、可焊接性和相对的经济性于一体，使得其广泛应用于油气、石化、桥梁、建筑等领域 [1] [2] [3] 。然而，2205双相不锈钢钢筋的研究报道很少，特别是在2205双相不锈钢中添加微合金元素轧制螺纹钢筋的文章还未见报道。本文重点以含V和不含V的2205双相不锈钢钢筋为研究对象，研究了不同固溶温度、保温时间对组织特征的影响和耐腐蚀性能的影响。
2. 实验方法
2205双相不锈钢钢筋的化学成分见表1。含V的钢筋来自江阴市西城钢铁有限公司，不含V的钢筋来自攀钢集团长城特殊钢有限公司。试样从热轧态2205双相不锈钢钢筋上横向截取。在实验室热处理炉中进行固溶处理，固溶处理温度为950℃、1000℃和1050℃，保温时间分别为1 h、2 h、3 h。试样进行金相样品制备，经过机械磨抛、电解腐蚀后采用光学显微镜(OM)场发射扫描电镜(SEM)对试样进行组织观察。采用273A电化学工作站对试样进行点蚀电位测试。
3. 实验结果及分析
3.1. 不同固溶处理制度的2205双相不锈钢钢筋的SEM观察
用10% KOH水溶液，电压6~10 V，电解腐蚀1 min。样品腐蚀后，在金相显微镜下观察，500倍放大倍数。含V2205双相不锈钢钢筋在950℃、1000℃和1050℃固溶不同时间下的组织特征如图1所示，不含V2205双相不锈钢钢筋的组织特征如图2所示。
Table 1. Chemical composition of the tested steels (wt%)
表1. 2205双相不锈钢钢筋主要化学成分(wt%)
对比含V的2205钢筋和不含V的2205钢筋经过不同固溶处理后的组织，可以看出，在950℃固溶处理，组织中有不同于奥氏体和铁素体相的其他相析出，且随着保温时间的延长，析出相数量增加 [4] [5] 。950℃下含V的2205钢筋的组织中奥氏体和铁素体相界处脆性相析出量比不含V的少很多，说明含V的微合金化2205不锈钢由于V的存在降低了自由能，抑制了脆性相的析出。在1000℃~1050℃温度区间内，含V的2205钢筋和不含V的2205钢筋的微观组织中都没有σ相等脆性相析出，只有深色的α相和浅色的γ相。随着保温时间延长，组织有长大的趋势。采用金相显微镜附带的Pro-imaging图像分析仪软件按照GB/T6401-1986标准测量并计算相比例(按灰度区分深浅颜色面积之比)。为获得更加准确的结果，每个试样在500倍下测量10个视场，计算相比例的平均值。其在不同固溶温度和保温时间下的相的具体含量见图3。当固溶温度为950℃时，脆性相比例随着保温时间延长而增加，铁素体含量减少，原因是随保温时间的延长，铁素体中发生了共析反应α → γ2 + σ，σ相在界面处不断形核并向铁素体相内长大，使得其含量不断增加，铁素体含量不断减少。在1000℃~1050℃温度区间内，无σ相等脆性相析出，α相:γ相的比例接近为1:1。
3.2. 含V和不含V的2205不锈钢钢筋950℃固溶处理的SEM观察
分别选取含V和不含V的2205不锈钢钢筋在950℃保温3小时的固溶处理金相样品进行SEM观察，结果如图4、图5所示。950℃固溶处理的SEM观察到奥氏体和铁素体相界存在块状析出物，能谱扫描发现析出相中含有Fe、Cr、Mo、Ca、O等元素。推测析出物优先在相界面的夹杂物复合析出。
3.3. 含V的2205不锈钢钢筋和不含V的2205不锈钢钢筋的电化学腐蚀试验
分别选取含V和不含V的2205不锈钢钢筋固溶处理样品进行点蚀电位测试，根据GBT 17899-1999标准在3.5%的NaCl溶液中测得的点蚀电位如表2所示。实验装置采用经典的三电极体系(如图6)，将固溶处理完的两种2205不锈钢钢筋用线切割机切为尺寸为10 × 10 × 2.5 mm的样品，并且每一组准备3个平行试样。先将方形试样去除氧化皮和油脂，然后用在其一端焊上导线，用环氧树脂封样，放入真空箱静置72 h，固化后，打磨、抛光以备测量。从图7可以看出：含V的2205不锈钢钢筋的点蚀电位高于不含V的点蚀电位，说明含V的2205不锈钢钢筋由于V的存在，减弱了脆性相析出，提高了耐腐蚀性能 [6] [7] [8] [9] 。
4. 结论
1) 含V的2205不锈钢钢筋在950℃固溶处理，组织中的脆性相比不含V的2205不锈钢钢筋组织中的脆性相显著减少。说明添加微合金元素V有抑制脆性相析出的作用。在1000℃~1050℃温度区间内，无σ相等脆性相析出，α相:γ相的比例接近为1:1。
2) 含V的2205不锈钢钢筋的临界点蚀电位高于不含V的2205不锈钢钢筋的临界点蚀电位。说明添加微合金元素提高了2205双相不锈钢的耐腐蚀性能。
3) 添加微合金元素抑制脆性相析出，将有利于降低固溶处理温度，对节能降耗发挥积极作用。
(a) 
(b)
Figure 3. Phase proportion at different solution treatment. (a) Vanadium; (b) Do not contain vanadium
图3. 不同固溶温度下和保温时间下的相含量。(a) 含钒；(b) 不含钒
(a)
(b)
Figure 4. The images of 950˚C solution treatment with V for 3 hour. (a) Morphology; (b) Energy spectrum
图4. 含V950℃固溶保温3小时的扫描照片。(a) 形貌；(b) 能谱
(a) 
(b) 
(c)
Figure 5. The images of 950˚C solution treatment without V for 3 hour. (a) Morphology; (b), (c) Energy spectrum
图5. 不含V950℃固溶保温3小时的扫描照片。(a) 形貌；(b)、(c) 能谱
Figure 6. Standard three electrode cell of electrochemical test
图6. 电化学三电极体系
Figure 7. Critical pitting point of 2205 duplex stainless steel under different solution treatment
图7. 不同固溶处理条件下2205双相不锈钢点蚀电位
Table 2. Critical pitting point of 2205 duplex stainless steel under different solution treatment
表2. 不同固溶处理条件下2205双相不锈钢的临界点蚀电位
基金项目
国家高技术研究发展计划(863计划)资助项目(2015AA03A502)。
NOTES
*通讯作者。