304不锈钢焊接接头电化学腐蚀行为研究

304不锈钢焊接接头电化学腐蚀⾏为研究
摘要
本⽂针对304不锈钢焊接接头分别在2300ppm、10000ppm、20000ppm、50000ppm浓度的硼酸⽔溶液和3.5%的NaCl溶液中的耐电化学腐蚀性能进⾏了研究，对焊接接头三个区域(母材区（BM）、热影响区（HAZ）和焊缝⾦属区(WM))的耐腐蚀性能的差异进⾏了分析；同时对焊接接头三部分在相应腐蚀介质的浸泡腐蚀中的耐腐蚀性能进⾏了对⽐分析。

为304不锈钢焊接钢结构在反应堆⽔下腐蚀环境下的使⽤提供实验数据和指导，为预防和减缓不锈钢焊接接头的腐蚀提供理论依据。

采⽤电化学⽅法研究了304不锈钢焊接接头的三个区域在室温下不同腐蚀介质中的电化学腐蚀⾏为和特征。

测得其在
2300ppm、10000ppm、20000ppm、50000ppm的硼酸⽔溶液和3.5%的NaCl溶液中的阳极极化曲线，通过对焊接接头三个区域的⾃腐蚀电位、⾃腐蚀电流进⾏测量和对⽐分析来评定其耐蚀能⼒。

通过分析焊缝⾦属区、热影响区和母材区在不同腐蚀溶液中的电化学特征值，可知母材区的电化学腐蚀倾向⼤于焊缝⾦属区，焊缝⾦属区的电化学腐蚀倾向⼤于热影响区，⽽焊缝⾦属区的抗电化学腐蚀能⼒好于母材区，母材区的抗电化学腐蚀能⼒好于热影响区。

通过在室温下对304不锈钢焊接接头在不同浓度的硼酸⽔溶液中进⾏浸泡腐蚀试验，计算其腐蚀速率和观察其腐蚀形貌并与其在相应腐蚀介质溶液中的电化学腐蚀结果做对⽐，发现其浸泡腐蚀试验的结果与电化学腐蚀试验基本保持⼀致。

关键词：304不锈钢焊接接头；电化学腐蚀⾏为；浸泡腐蚀
Abstract
The electrochemical corrosion of 304 stainless steel Weld Joints had been researched in the different concentration solution Boric acid of 2300ppm、10000ppm、20000ppm、50000ppm and 3.5%NaCl. The difference in corrosion resistance of three zones(（BM）、（HAZ）and (WM)) of the Weld Joints had been analysised .At the same time, the three zones of Weld Joints had been compared and analysised by the immersion corrosion test. That offers theories for precautioning and relieving the corrosion of the stainless steel Weld Joints and experimental data and guide for the using of steel structure of 304 stainless steel under the Reactor underwater corrosion environment.
The electrochemical corrosion behaviors and characteristics of three zones of 304 stainless steel Weld Joints had been researched in different corrosive media by using the method of electrochemical. The anodic polarization curves of the Weld Joint in the different concentration solution Boric acid of 2300ppm、10000ppm、20000ppm、50000ppm and 3.5%NaCl were measured. Througth comparing and analyzing corrosive potential、corrosive current to assess the ability of corrosion resistance. By analysis the electrochemical parameters of three zones(（BM）、（HAZ）and (WM)) in different solution,we can draw a conclusion that the ability of corrosion tendency in BM is better than WM as well as the WM’s is better than HAZ and the ability of corrosion resistance in WM is better than BM as well as the BM’s is better than HAZ.
We can reach a conclusion that there are the same results between the immersion corrosion test and the electrochemical corrosion test througth adopting the immersion corrosion test at room temperature to assess the ability of corrosion resistance of the Weld Joints in different concentration solutions Boric acid of 2300ppm、10000ppm、20000ppm、50000ppm and
3.5%NaCl and calculating their erosive rate and checking the corrosive macrograph meanwhile comparing with the result of the electrochemical corrosion test in different concentration solutions.
Key words: welded joint of 304 stainless steel; electrochemical corrosion behavior; immersion corrosion
⽬录
摘要................................................................................................................................. I Abstract ......................................................................................................................... II ⽬录.. (1)
第⼀章绪论 (1)
1.1 课题背景及研究的意义 (1)
1.1.1 课题背景 (1)
1.1.2 研究的意义 (1)
1.2 不锈钢的焊接性和焊接特点 (1)
1.2.1 不锈钢的焊接性 (1)
1.2.2 奥⽒体不锈钢的焊接特点 (2)
1.3 国内外的研究现状及分析 (3)
1.3.1 核电的研究现状 (3)
1.3.2 ⽔下湿法焊接的研究现状 (3)
1.3.3 国内外不锈钢焊接接头耐腐蚀性研究现状 (4)
1.4 研究内容 (5)
1.4.1 304不锈钢的耐硼酸⽔腐蚀性能研究 (5)
1.4.2 304不锈钢的耐海⽔腐蚀性能研究 (5)
1.5 拟采取的研究⽅法和技术路线、预期达到的⽬标 (6)
1.5.1 拟采取的研究⽅法 (6)
1.5.2 技术路线 (6)
1.5.3 拟解决的关键性问题 (6)
1.6 本章⼩结 (6)
第⼆章实验材料与试验⽅法 (7)
2.1 试验材料 (7)
2.2 试验⽅法 (8)
2.2.1 不锈钢焊接接头的电化学腐蚀试验 (8)
2.2.2 电化学腐蚀倾向分析 (9)
2.2.3 阳极极化曲线分析 (10)
2.2.4 不锈钢焊接接头浸泡腐蚀试验 (13)
2.2.5 ⾦相分析⽅法 (13)
2.3 本章⼩结 (14)
第三章不锈钢焊接接头的浸泡腐蚀⾏为和特征 (15)
3.1 不锈钢焊接接头⾦相组织分析 (15)
3.1.1 焊接接头三区域⾦相组织的基本情况 (15)
3.1.2 304不锈钢焊接接头三区域⾦相组织特征分析 (16)
3.2 不锈钢焊接接头在不同浓度的硼酸⽔溶液中的浸泡腐蚀 (17) 3.2.1 不同浓度的硼酸⽔溶液中的浸泡腐蚀及相关参数 (17)
3.2.2 ⼩结 (17)
第四章不锈钢焊接接头的电化学腐蚀⾏为和特征 (19)
4.1 不锈钢接头在不同介质中的电位时间曲线 (19)
4.1.1 实验数据 (19)
4.1.2 ⼩结 (20)
4.2 不锈钢接头在不同介质中的极化曲线 (22)
4.2.1 实验数据 (22)
4.2.2 ⼩结 (23)
4.3 本章⼩结 (25)
结论 (27)
参考⽂献 (28)
致谢 (31)
第⼀章绪论
1.1 课题背景及研究的意义
1.1.1 课题背景
核能是⼀种安全、可靠、清洁的能源，对减少温室⽓体的排放也有明显的作⽤。

同时，核电也是世界电源的三⼤⽀柱之⼀[1]。

⽽对我国来说，发展核电同样是⼀项重要策略。

由于冷却⽔⽔质直接影响⼀循环回路的热⼯状况，因此冷却⽔⽔质是确保核电站安全正常⼯作的重要因素之⼀。

⽽硼酸作为中⼦吸收剂，在反应堆冷却剂系统起着重要作⽤[2]。

但是，硼酸的沉积⾏为，对⼀回路中的材料及设备造成了严重的腐蚀影响。

例如美国Davis Besse核电⼚压⼒容器的顶盖硼酸腐蚀，国内某压⽔堆核电⼚压⼒容器顶盖贯穿件硼酸泄露发⽣腐蚀[3]等等。

1.1.2 研究的意义
核电⼚⼯程结构材料主要是奥⽒体不锈钢，作为奥⽒体不锈钢最典型钢种的304不锈钢也有着⼴泛的应⽤，但其因腐蚀、断裂⽽导致的安全事故也在不断发⽣[4]。

由于核电⼯程结构材料处于⾼温⽔环境中，焊接接头耐腐蚀性便成为了影响核电设备长期安全运⾏的关键问题之⼀[5]。

是以，我国在973计划中确⽴了关于此⽅向的研究。

因此，本⽂就304不锈钢在硼酸⽔环境中的耐腐蚀性进⾏研究，同时与其在海⽔环境中的腐蚀性作出对⽐，得出⼀些腐蚀规律，希望对我国核电事业的发展做出⼀定的贡献。

1.2 不锈钢的焊接性和焊接特点
由于不锈钢在使⽤过程中，很⼤⼀部分都要焊接，因此焊接质量的好坏直接影响着不锈钢件的性能。

1.2.1 不锈钢的焊接性
焊接性是指同种⾦属材料或异种⾦属材料在焊接加⼯条件下，能够形成具备⼀定使⽤性能的焊接接头的特性。

焊接性受到材料、焊接⽅法、构件类型及使⽤要求等因素的影响。

焊接性包括两个⽅⾯的意义：⼀是结合性，即⼀定的⾦属材料在指定的焊接⼯艺条件下，对焊接缺陷的敏感性，即⼯艺焊接性；⼆是使⽤性能，是⾦属材料在指定的焊接条件下所形成的焊接接头适⽤使⽤条件的程度，
也称使⽤焊接性[6]。

不锈钢焊接接头由焊缝⾦属区、热影响区和母材（基本⾦属）区三部分组成，图1.1 给出了不锈钢焊接接头的组织和性能变化⽰意图。

图 1.1不锈钢焊接接头的组织和性能变化⽰意图
1 —半熔化区；
2 —过热区；
3 —正⽕区；
4 —部分相变区；
5 —再结晶区
(1) 焊缝⾦属区（WM）：焊接加热时，焊缝处的温度在液相线以上，基本⾦属和填充⾦属共同形成熔池，冷凝后成为铸态组织。

焊缝⾦属区由于冷却速度较快，晶粒较细⼩，再加上焊条药⽪的保护作⽤和合⾦化作⽤，其强度⼀般不低于母材区。

(2) 热影响区（HAZ）：是指焊缝两侧因局部加热⽽产⽣组织和性能变化的区域，以下着重讨论半熔化区和过热区对焊接接头的不利影响。

半熔化区：位于焊缝与基本⾦属的交界处，加热温度约为1490～1530℃。

部分⾦属加热到熔化状态，结晶后成为铸态组织；另⼀部分⾦属为严重过热的奥⽒体，冷却后成为粗晶粒，故该区域的塑性和冲击韧性很差。

过热区：紧靠半熔化区，加热温度约为1100～1490 ℃，在如此⾼温作⽤下，奥⽒体晶粒急剧长⼤，形成过热组织使塑性和韧性⼤⼤降低[7]。

(3)母材区（BM）：由于焊接接头试样取样长度有限，母材区在焊接过程中也不同程度的受到焊接热输⼊的影响。

因此，母材区的晶粒与原热轧板材有些区别：等轴化⽐较明显、组织相对均匀⼀些，晶粒尺⼨有所长⼤。

1.2.2 奥⽒体不锈钢的焊接特点
奥⽒体不锈钢是不锈钢中最重要的钢种，由于其在⾼温、极低温度( - 196℃)
下均具有优良的塑韧性、冷热加⼯性能和耐腐蚀性能，因⽽⼴泛的应⽤于各⾏各业中。

晶间腐蚀由表⾯沿晶界深⼊到内部，它使材料的强度急剧下降，稍受外⼒即沿晶界断裂，⽽表⾯却仍然光亮完好，因此晶间腐蚀是⼀种具有极⼤的危险性的腐蚀破坏现象。

奥⽒体不锈钢在氧化和弱氧化介质中易产⽣晶间腐蚀。

当其焊缝⾦属中含有少量的δ铁素体(5%～10 %) 时，可防⽌热裂纹，提⾼抗晶间腐蚀能⼒，但δ铁素体含量较⾼时，抗应⼒腐蚀裂纹倾向则会降低，δ铁素体对低温韧性很不利。

因此，要求在采⽤奥⽒体不锈钢制作设备时，母材和焊接接头都应有⾜够的抗晶间腐蚀性能。

在对奥⽒体不锈钢进⾏焊接时，其⼯艺要点为[8]：
(1) 焊接接头的坡⼝形式应尽可能选择V形坡⼝，以减少焊缝⾦属的填充量，降低焊缝的收缩应⼒，防⽌热裂纹的产⽣。

(2) 尽可能地采⽤固定夹具，尤其是焊薄板时，避免⾓焊缝。

(3) 先从中间开始焊⽽后向两边焊或采⽤分段退焊技术。

(4) 由于焊丝的电阻率⼤、导热系数⼩，以熔化系数⼤，焊丝伸出长度要短⼀些。

(5) 尽量采⽤短弧焊并不做摆动，以防⽌合⾦元素不必要的烧损。

(6) 为了防⽌焊缝中产⽣⽓孔，应尽量限制⽓体来源并改善⽓体逸出条件。

1.3 国内外的研究现状及分析
在作出具体的试验之前，⾸先对本课题涉及到的各个领域的研究现状做出⼀定的了解。

1.3.1 核电的研究现状
在国际上，从技术上看，核电界⼀般把核电的发展分为4个阶段（共4代）：第1代，20世纪五、六⼗年代的以验证⼯程可⾏性为⽬的所建的核电⼚；
第2代，六、七⼗年代标准化、批量化建设的核电⼚；
第3代，九⼗年代中期以⽇本建造先进沸⽔站为标志，发展以满⾜⽤户要求⽂件（URD）、六⼗年寿期、引⼊⾮能动系统为特征的改进机组核电⼚；
第4代，近年来，国际上从防核扩散、更好的安全性和经济性、模块化等⽬标出发，开始研究的核电站[9]。

1.3.2 ⽔下湿法焊接的研究现状
近20多年来，海上采油和近海⼤陆架钻井平台等⼤型钢结构物的建造安装、维修及改装等都离不开⽔下焊接技术。

⾄今，实际所开发应⽤的⽔下焊接法有3种，即湿法⽔下⼿⼯电弧焊接、局部⼲法⽔下⽓体保护半⾃动焊接与完全⼲法⽔
下焊接[10]。

与需要置整个焊接环境于⽆⽔的容器中进⾏的⽔下⼲法焊接相⽐，湿法⽔下焊接则直接在⽔中操作。

相⽐较⽽⾔，湿法⽔下焊接可焊接形状复杂、尺⼨较⼤的⼯件，⽽且湿法⽔下焊接成本较低。

早在1802 年，⼀位名叫Humphrey 的学者就指出电弧能够在⽔下连续燃烧，即指出了⽔下焊接的可能性。

⽽⽔下焊接的⾸次应⽤是在1917 年，英国海军船坞的焊⼯采⽤⽔下焊接的⽅法来封堵位于轮船⽔下部分漏⽔的铆钉缝隙。

1932 年，Khrenov发明了厚药⽪⽔下专⽤焊条，在焊条外表⾯涂有防⽔层，使⽔下焊接电弧的稳定性得到了⼀定程度的改善。

1933 年由Hibshrman和Jensen 共同完成了第1篇正式发表的关于⽔下焊接研究⼯作的论⽂。

1971 年，Humble ⽯油公司对墨西哥湾钻采
平台的⽔下焊接修理⼯作是⽔下焊接技术第⼀次应⽤于海洋⽯油⼯程。

1985 年产⽣了第⼀批经过认可的潜⽔焊⼯，并制定了⽔深⼩于100 m的⽔下湿法焊接⼯艺。

1987年，⽔下湿法焊接技术在核电⼚不锈钢管道的修理⼯作中得到应⽤[11]。

上世纪90年代，随着要求修理的⽔下⼯程结构的增多以及船坞修理成本的增加，湿法焊接技术得到了进⼀步的发展。

1.3.3 国内外不锈钢焊接接头耐腐蚀性研究现状
不锈钢通常是指⼀系列在空⽓、⽔、盐的⽔溶液、酸以及其他腐蚀介质中具有⾼度化学稳定性的钢种[12]。

不锈钢在各个⾏业越来越⼴泛的应⽤，促使⼈们对不锈钢以及不锈钢焊接接头的耐腐蚀性能进⾏更深⼊的研究。

杨润梅[13]研究了NaCl对N80钢在CO2溶液中的电化学腐蚀的影响。

结果表明：随着NaCl浓度的增加，溶液离⼦强度增⼤，抑制了H2CO3的电离，从⽽抑制了腐蚀的阴阳极反应，降低了N80钢的腐蚀速率，提⾼了腐蚀电位。

D. Thirumalaikumarasamy 等[14]研究了镁合⾦在NaCl环境中腐蚀速率的关系。

结果表明：腐蚀速率与氯离⼦浓度、pH值和腐蚀浸泡时间有关，氯离⼦浓度越⾼、腐蚀浸泡时间越长，腐蚀速率越快，⽽且pH等于3时，腐蚀速率最⼤。

赵淑楠，张绍举[15]等研究了⾼温盐酸对碳钢腐蚀速率的影响。

结果表明：碳钢在盐酸中的腐蚀速率随温度的增⾼⽽增⼤，基本符合阿伦尼乌斯公式，但⼜不是完全的吻合。

J. L. Dawson等[16]采⽤了了电化学的⽅法，研究了奥⽒体不锈钢的点蚀。

结果表明：有氯离⼦存在情况下会发⽣部分溶解，可能使致密的腐蚀膜出现裂纹，导致氧⽓、⽔透过锈层接触钢基体⽽加剧腐蚀。

Cl- 存在对材料腐蚀性为有着较复杂的影响[17、18]。

Cl-对⾦属材料腐蚀有两个⽅⾯的作⽤：⼀⽅⾯，Cl-能破坏可钝化⾦属的钝化膜，使材料产⽣点蚀；另⼀⽅
⾯，Cl-直接参与了⾦属材料的阳极溶解过程，对⾦属的阳极溶解具有催化作⽤。

如贺三，姜锦涛等[19]研究了Cl-
对CO2环境下的碳钢腐蚀影响。

结果表明：低碳钢在低Cl-浓度时阳极极化率较低，随着Cl-浓度增加，阳极极化率的变化规律为现增加后抑制。

张勤，肖怀等[20]研究了介质性质对⾦属材料电化学腐蚀的影响。

结果表明：腐蚀过程的控制因素都不同程度的随着温度的变化⽽改变。

郭红，何晓英等[21]研究了A3钢在含SO2酸性溶液中的电化学腐蚀⾏为。

结果表明：H2SO3会促进A3钢腐蚀反应阳极过程的进⾏，使A3钢的腐蚀速率加快；升⾼温度会同时加快阴极反应和阳极反应的进⾏，使A3钢的腐蚀速率⼤⼤加快。

雷阿利等[22]针对18-8型不锈钢在焊接时焊缝⾦属区的组织和耐蚀性进⾏了分析。

结果表明：在20℃的条件下，Na2S质量分数的增加将加速腐蚀反应的阴、阳极过程；在Na2S 质量分数⼀定的情况下，温度升⾼到80℃时，在阳极极化区有钝化现象。

梁成浩[23]采⽤电化学⽅法和浸泡实验，研究了Ni对304不锈钢焊接接头的腐蚀和应⼒腐蚀破裂等性能的影响。

研究发现：Ni的加⼊，可减少均匀腐蚀率、活化状态时的晶间腐蚀率和提⾼孔蚀电位Eb值，抑制阳极活性溶解。

M.Dadfar等[24]分析了钨极氩弧焊中奥⽒体不锈钢腐蚀⾏为的影响。

研究发现：热影响区的腐蚀速率⽐其他区域要⼤得多。

C.Garcia等[25]运⽤动态交流阻抗谱⽅法和动电位阳极极化⽅法对奥⽒体不锈钢焊接构件在海⽔中的抗点蚀性能进⾏了评估。

结果表明：焊接热影响区是不锈钢构件发⽣点蚀的最严重的部分，这与其成分和微观组织特征有着直接的关系。

美国⼀核电⼚[26]曾考察过由碳钢管腐蚀引起的点蚀，在⼀项研究中在⼀循环回路中在线添加硼酸，引以对⽐研究。

结果表明：同等条件下，添加硼酸后点蚀发⽣减少甚⾄停⽌了。

但是，与之相悖的是，硼酸作为⼀种弱酸，其会使环境的pH值降低，促进腐蚀的进⾏。

因此，对于硼酸对不锈钢的耐腐蚀性的影响，希望在试验中能得到⼀个明确的结论。

1.4 研究内容
1.4.1 304不锈钢的耐硼酸⽔腐蚀性能研究
通过304不锈钢焊接接头在硼酸⽔环境下电化学腐蚀实验，对⽐实验前后的焊接接头的组织性能及实验的极化曲线，分析304不锈钢的耐硼酸⽔腐蚀性。

1.4.2 304不锈钢的耐海⽔腐蚀性能研究
通过304不锈钢焊接接头在海⽔环境下电化学腐蚀实验，对⽐实验前后的焊接接头的组织性能及实验的极化曲线，分析304不锈钢的耐海⽔腐蚀性。

1.5 拟采取的研究⽅法和技术路线、预期达到的⽬标
1.5.1 拟采取的研究⽅法
1.5.1.1焊接接头的组织性能
利⽤⾦相显微镜观测焊接接头的⾦相组织，拍摄下HAZ、焊缝、细晶区、不完全重结晶区及柱状晶区等组织和裂纹、⽓孔等缺陷部位的⾦相照⽚。

分析304不锈钢在湿法⽔下焊接中焊接接头的组织性能。

1.5.1.2304不锈钢的耐腐蚀性
运⽤电化学测试技术，测量在海⽔、硼酸⽔不同环境中焊接接头焊缝、热影响区、母材三个区域的极化曲线和相关的电化学参数，对其耐腐蚀性能进⾏分析，主要分析焊接接头在不同环境浓度腐蚀介质中的腐蚀速率、电化学⾏为及其腐蚀机理，以及其在不同腐蚀介质中的耐腐蚀性差异。

测试焊接接头在腐蚀前后的⼒学性能差异，分析304不锈钢在腐蚀介质中的安全性。

1.5.2 技术路线
确定不锈钢焊接接头所需测试的耐腐蚀性能指标→试样准备、加⼯→了解和熟悉各试验操作规程及注意事项→进⾏电化学试验和浸泡腐蚀试验→数据的测试、采集→性能数据的分析与处理→微观组织结构的针对性分析→数据综合分析与处理。

1.5.3 拟解决的关键性问题
通过相应的腐蚀试验和电化学试验，研究不锈钢焊接接头在室温下不同浓度腐蚀介质中的腐蚀速率、电化学⾏为。

1.6 本章⼩结
核电⼚⼯程结构材料主要是奥⽒体不锈钢，作为奥⽒体不锈钢最典型钢种的304不锈钢也有着⼴泛的应⽤，但其因腐蚀、断裂⽽导致的安全事故在不断发⽣，⽽且我国是⼀个镍、铬资源匮乏的国家，因此如何减少不锈钢在使⽤过程中的腐蚀，不仅关系到核电⼚的使⽤安全性，⽽且对我国的经济建设也有着重要的意义。

本课题重点通过采⽤阳极极化曲线研究304不锈钢焊接接头在不同介质中的腐蚀机理、腐蚀速率以及影响因素，同时将化学浸泡腐蚀和电化学腐蚀试验结果相结合，⽤电化学腐蚀理论解释浸泡腐蚀的结果。

第⼆章实验材料与试验⽅法
2.1 试验材料
实验材料取⾃304不锈钢钢板，使⽤541s⽔下湿法对接多层多道焊，选取焊缝、热影响区（HAZ）、母材三部分切割成
10*10*2mm薄⽚进⾏腐蚀试验。

304不锈钢名称标准：不锈钢GB1220-92，牌号：0Cr18Ni9，其化学成分见表2.1：
表2.1 304不锈钢的化学成分（%）
C Si Mn Cr Ni Mo Cu Ti S P
≤0.07 ≤1.0 ≤2.0 17.0~
19.0 8.0~
11.0
≤0.03 ≤0.03 ≤0.03 ≤0.03 ≤0.035
焊缝区⾦属化学成分及机械性能与904L不锈钢相似，904L不锈钢化学成分见表2.2：
表2.2 904L化学成分（%）
C Mn P S Si Cr Ni Mo Cu
≤0.02 ≤2.00 ≤0.04 ≤0.03 ≤1.00 19.0~
23.0 23.0~
28.0
4.00~
5.00
1.00~
2.00
实验采取Y型坡⼝对接，其接头组成如图2.1所⽰：
图2.1 焊接接头组成⽰意图
1—焊缝⾦属区；2—熔合区；3—热影响区；4—母材区
304不锈钢焊接接头经砂纸（150#、320#、500#、800#、1000#、1200#耐⽔砂纸及W7（05）⾦相砂纸）打磨后，接头部分实物如图2.2所⽰：可以很清楚的看到304不锈钢焊接接头的焊缝⾦属区、热影响区、母材区三个区域⾦属，接头组织端⾯⽐较光滑，且焊缝区⾦属明显较母材区⾦属光滑，⽽热影响区较⼩，观测的不太明显。

打磨不锈钢接头时，明显感觉较Q235低碳钢难打磨，说明304不锈钢的耐磨性能较好。

图2.2 304不锈钢焊接接头实物图
2.2 试验⽅法
2.2.1 不锈钢焊接接头的电化学腐蚀试验
图2.3电化学分析仪
电化学测试所⽤仪器为CHI660D型电化学分析仪，如图2.,3所⽰。

本实验采⽤三电极动电位扫描，辅助电极为铂电极，参⽐电极为标准饱和⽢汞电极，不锈钢焊接接头试样作为研究电极。

三电极系统原理图如图 2.4 所⽰。

⾸先采⽤测量⾃腐蚀电位法，腐蚀介质分别为（质量分数）浓度为2300ppm、10000ppm、20000ppm和50000ppm的硼酸⽔溶液及3.5％的NaCl溶液。

对焊缝、HAZ以及母材三种材料在五种介质中进⾏开路电位测量，测试持续时间为400s，测定⾃腐蚀电位随时间变化的函数关系，绘制电位时间曲线。

观测曲线变化并测
得⾃腐蚀电位，⽐较腐蚀倾向⼤⼩。

⾃腐蚀电位表⽰试样在溶液中的腐蚀倾向，⾃腐蚀电位越⾼，腐蚀倾向越⼩。

图2.4 三电极系统⽰意图
阳极极化曲线的测量⽅法⼀般可分为两类，⼀是控制电流法，即控制电流的改变来测量电位值。

⼆是控制电位法，控制电位的改变来测量电流值。

本实验采⽤控制电位法，测定相应的极化电流随电位变化的函数关系。

试验采⽤连续扫描法，即利⽤线性扫描信号电压控制恒电位仪使其按预定的程序以规定的速度连续线性变化，同步地记录相应的电流随电位的变化，⾃动绘出极化曲线，由此得到⾮稳态极化曲线。

腐蚀介质分别为（质量分数）浓度为2300ppm、10000ppm、20000ppm和50000ppm的硼酸⽔溶液及3.5％的NaCl溶液。

电压从-2V 扫描到+0.5V，测试次数为1次，等待时间为2 s，扫描速度为0.01V/s，试验温度为室温，测得阳极极化曲线。

腐蚀电流表⽰试样在溶液中的抗腐蚀能⼒，腐蚀电流越⼩，材料表⾯抗腐蚀能⼒越强。

2.2.2 电化学腐蚀倾向分析
⾦属在电解质⽔溶液中发⽣电化学腐蚀的原因是：⾦属和电解质溶液构成了热⼒学不稳定体系，发⽣腐蚀反应使体系的⾃由焓减⼩。

⾃由焓ΔG减⼩越多，体系的腐蚀倾向越⼤。

⾃由焓准则：
当ΔG<0，则腐蚀反应能⾃发进⾏。

|ΔG|越⼤，则腐蚀倾向越⼤。

当ΔG=0，则腐蚀反应达到平衡。

当ΔG＞0，则腐蚀反应不能⾃发进⾏。

电位⽐较准则：
有腐蚀反应发⽣的条件ΔG<0，可得
Eec-Eea＞0，或Eec＞Eea
判断电化学腐蚀倾向的电位⽐较准则：
如果⾦属发⽣氧化反应的平衡电位Eea低于溶液中某种氧化剂（即去极化剂）发⽣还原反应的平衡电位Eec，则电化学腐蚀能够发⽣，两者的差值（Eec-Eea）越⼤，腐蚀的倾向越⼤。

在本⽂的试验中，采⽤利⽤测量焊缝⾦属区、热影响区以及母材区三种材料在五种介质中的开路电位，绘制电位时间曲线来⽐较电化学腐蚀倾向的⽅法。

电位时间曲线(EVT)是指⼯作电极与参⽐电极之间开路电位随时间变化的曲线。

在电化学反应中，平衡电极电位⽐较⾼的电极反应按阴极反应的⽅向进⾏，平衡电位⽐较低的电极反应按阳极反应的⽅向进⾏。

即两个电极反应必然均发⽣了电极极化，前者发⽣阴极极化，电极电位负移；⽽后者发⽣阳极极化，电极电位正移。

由于是短路原电池，故最终两个电极反应极化到⼀个共同的极化电位值E。

我们把这个电位称为该孤⽴电极的混合电位⼜称为开路电位。

⽽开路电位的绝对值越⼤，说明电化学腐蚀倾向越⼤。

2.2.3 阳极极化曲线分析
利⽤线性扫描信号电压控制恒电位仪使其按预定的程序以规定的速度连续线性变化，同步地记录相应的电流随电位的变化，⾃动绘出极化曲线，由此得到⾮稳态极化曲线。

在阳极极化曲线上可得⾃腐蚀电位E corr、⾃腐蚀电流logi corr、致钝电位E cR、致钝电流logi cR、维钝电流logi p、过钝化电位E TP等参数（其中电流均取对数）。

⾃腐蚀电位E corr判断⾦属发⽣腐蚀的倾向。

logi corr表⽰试样在溶液中的抗腐蚀能⼒，⾃腐蚀电流越⼩，材料表⾯抗腐蚀能⼒越强。

致钝电位E cR 是试样在外加
电压作⽤下，在溶液中开始形成钝化膜的电位，其钝化电位越⼩，说明其越容易形成钝化膜。

致钝电流logi cR表⽰试样进⼊钝化时的电流，电流值越⼩，表明其越容易进⼊维钝状态。

维钝电流logi p是在形成钝化膜后的腐蚀电流，表⽰试样较长期的抗腐蚀能⼒，维钝电流越⼩，材料表⾯抗腐蚀能⼒越强，越容易使⾃⾝达到稳定的钝化状态。

过钝化电位E TP越⼩，说明其钝化膜的稳定性越差，越容易发⽣腐蚀。

如下图 2.5所⽰，以此来评价不锈钢的耐腐蚀性能，极化曲线有钝化平台时以维钝电流logi p评价其耐蚀性，没有钝化平台则以⾃腐蚀电流logi corr评价其耐蚀性。

图 2.5 为⾦属钝化过程阳极极化曲线⽰意图
图 2.5为⾦属钝化过程阳极极化曲线⽰意图。

通过动电位连续扫描得到电流随电位的变化曲线，也就是阳极极化曲线。

当⾦属的电极电位因外加阳极电流或局部阳极电流⽽向正⽅向移动⽽超过⼀定的数值后，⾦属的溶解速度反⽽急剧减⼩，⾦属阳极溶解过程的这种“反常”现象称为⾦属的钝化过程。

图中四个特征
；钝化电位―E cR（致钝电位）；稳钝电位―E F及过电位值（⾦属平衡电位―E r
，M
钝化电位E TP）把阳极极化曲线分成四个区域[27]：
⾄钝化电位E cR，为⾦属电极的活性溶解区。

此时⾦（1）从平衡电位E r
，M
属按照正常的阳极溶解规律进⾏。

⾦属处于活性溶解状态，以低价的形式溶解为⽔化离⼦。

M→Mn++ne对于铁来说，即为：
Fe→Fe2++2e
当E＝E cR时，⾦属的阳极溶解电流密度达到最⼤值i cr（钝化临界电流密度）；
（2）从钝化电位E cR⾄稳钝电位E F是活化钝化过渡区。

当电位达到某⼀临界致钝化电位E cR时，⾦属的表⾯状态发⽣突变，⾦属开始钝化。

这时阳极电流密度急剧下降。

在⾦属表⾯上可能形成⼆价到三价的过渡氧化物。

3M+4H2O→M3O4+8H++8e
对于铁即为：
3Fe+4H2O→Fe3O4+8H++8e
（3）从稳钝电位E F⾄过钝化电位E TP，⾦属处于稳定的钝态，故称为稳定钝态区，简称为钝化区。

此时⾦属以维钝电流密度i P的速度溶解着。

并且维钝电流不随电位⽽变。

这时⾦属表⾯可能⽣成⼀层耐蚀性好的⾼价氧化物膜。

2M+3H2O→M2O3+6H++6e
对于铁为：
2Fe+3H2O→Fe2O3+6H++6e
（4）当电位⾼于过钝化电位E TP⾦属进⼊过钝化区。

从过钝化电位E TP开始，阳极电流密度再次随电位的升⾼⽽增⼤。

这可能是由于氧化膜进⼀步氧化⽣成更⾼价的可溶性氧化物造成的。