N、Nb合金化对309S奥氏体不锈钢腐蚀性能的影响

目的以高放废液封装容器材料309S奥氏体不锈钢为研究对象,通过N、Nb联合添加改善不锈钢在Cl~-环境中的耐蚀性能,并探究N、Nb元素对不锈钢耐蚀性能的影响机理。方法采用扫描电镜、X射线衍射、形状测量激光扫描系统、X射线光电子能谱等手段,对不锈钢的微观组织及钝化膜成分进行分析,从击穿电位、极化电阻及腐蚀形貌等方面揭示了N、Nb元素对不锈钢耐腐蚀性能的影响机理。结果N的添加可以促进含Nb钢中耐蚀的Nb(C,N)析出以及难溶的Nb_(2)O_(5)腐蚀产物形成。同时,部分N转化为NH_(3)/NH_(4)^(+),提高局部pH,有利于表面再钝化。因此,N、Nb联合添加的309S不锈钢展现出优异的耐蚀性能。相比商用309S不锈钢,添加0.17%(质量分数)N和0.45%(质量分数)Nb的不锈钢在3.5%(质量分数)Na Cl溶液中击穿电位由0.20 V提升至0.96 V,自腐蚀电流密度从2.529×10^(-7)A/cm^(2)减小到0.793×10^(-7)A/cm^(2)。6%FeCl_(3)-0.16%HCl(质量分数)溶液浸泡腐蚀120 h后,N、Nb联合添加的不锈钢点蚀坑数目最少,平均表面粗糙度(S_(a))、最大点蚀坑宽度(W_(max))和最大点蚀坑深度(D_(max))均最小,展现出良好的耐蚀性能;仅添加Nb不添加N的不锈钢其击穿电位略低于309S不锈钢,S_(a)最大,点蚀坑向纵深方向扩展严重。结论N、Nb联合添加能有效抑制点蚀坑的萌生与扩展,显著提高不锈钢耐腐蚀性能,而单独添加Nb效果较差。