双相不锈钢是基体中包含铁素体和奥氏体两相的不锈钢,独特的两相组织赋予双相不锈钢铁素体不锈钢和奥氏体不锈钢的优点：双相不锈钢同时拥有奥氏体不锈钢优良韧性及可焊接性和铁素体不锈钢的高强度和耐应力腐蚀的能力。双相不锈钢的强度约是传统奥氏体不锈钢的两倍,同时其塑性较铁素体不锈钢有显著提高,因此双相不锈钢成为一种具有较大应用潜力的合金材料。双相不锈钢的耐蚀性能同其它种类的不锈钢一样,主要受合金元素铬,钼和氮在两相中分配的影响,因此组织的变化会对双相不锈钢的腐蚀行为产生影响。由于双相不锈钢中镍和钼的总含量较低,其成本通常较同等级的奥氏体不锈钢低,已成为不锈钢家族中发展较快的一个分支。双相不锈钢的发展趋势呈现不同的方向：一方面为节约资源,通过添加一定量的氮元素作为合金元素开发了低成本节镍型双相不锈钢,如UNS S32101,在保持一定耐蚀性能的基础上进一步降低成本、提高强度作为传统奥氏体不锈钢的替代产品具备广阔的应用前景。另一方面,通过加大合金元素添加量研制出超级双相不锈钢如UNS S32750,具有比常规双相不锈钢更高的耐蚀能力。然而双相不锈钢在经历热处理或焊接等加工工艺以后,在环境中仍然可能发生点蚀和缝隙腐蚀,且基体中的奥氏体和铁素体两相腐蚀行为存在差异,因此有必要对双相不锈钢点蚀和缝隙腐蚀行为规律进行详细研究。理想性能的双相不锈钢含有大致等量奥氏体和铁素体,在多种介质中表面形成致密的钝化层防止腐蚀的发生。然而合金元素在双相不锈钢中铁素体和奥氏体内及界面处的分配行为存在差异,特别在400℃-1300℃温度范围保温过程中经常会有二次相(碳化物、氮化物、σ、X和R相等)在基体中析出,导致材料整体的腐蚀行为由最弱相所控制。双相不锈钢加工过程经历的热循环如焊接工艺的热输入也会对双相不锈钢焊接部位的两相组织、成分及耐蚀能力产生不利影响。因此澄清合金成分分布二次相析出规律及分布与腐蚀性能之间的内在联系成为双相不锈钢研究的关键问题之一。此外,对不锈钢腐蚀研究仍有亟待解决的问题,如对双相不锈钢钝化机制的理解还不够深入,以及对其缝隙腐蚀发生机理的认识尚存在争议等等。因此,本文以节镍型双相不锈钢UNSS32101, UNSS82441为主要研究体系,以双相不锈钢UNS S31803作为参照,从以下三个方向开展工作以揭示双相不锈钢局部腐蚀行为的内在规律：1.首先利用电化学手段对双相不锈钢钝化及活化现象的进行研究,揭示双相不锈钢表面钝化膜生长规律。2.评价加工工艺如热处理,焊接过程对双相不锈钢腐蚀性为的影响,并揭示其科学原理。3.通过试验探索双相不锈钢发生缝隙腐蚀的现象、验证其机理,提高对缝隙腐蚀机理的认识。基于以上背景,本论文首先研究了经济型双相不锈钢UNSS32101在硼酸缓冲溶液中的钝化现象,表征了钝化膜的半导体特性,描述了双相不锈钢钝化膜生长规律、破裂机制。研究了一种新型双相不锈钢UNS S82441合金成分与热处理对双相不锈钢微观结构演变及其耐点蚀能力的影响。针对一种先进加工工艺：激光焊接对双相不锈钢耐蚀性能的影响,给出了焊接接头耐蚀性能下降的原因,系统研究了采用短时间热处理恢复焊接接头耐蚀性能的方法,进而为新型双相不锈钢的激光焊接工艺设计提供了的科学依据。通过原位观察不同类型缝隙腐蚀发生的过程,讨论了双相不锈钢缝隙腐蚀的发生机理,本文的主要内容和创新点如下：(1)材料的钝化现象源于在表面形成致密氧化膜的能力,氧化膜的稳定性决定了不锈钢的耐蚀性能。腐蚀通常意味着钝化的破坏,引申一步,如果没有对钝化现象的深刻理解便很难对腐蚀现象进行深入的理解。对于双相不锈钢来说,其组织结构较传统奥氏体不锈钢和铁素体不锈钢更为复杂,因此对其表面形成钝化膜规律及性质研究更为重要,但是目前相关的研究较少,本工作对双相不锈钢的钝化和腐蚀问题进行了研究。采用电化学阻抗谱和恒电位极化的方法研究了不同外加电位下双相不锈钢钝化膜生长规律及性质。发现钝化电流和钝化膜生长速度与时间呈I=kt-09的关系,稳态钝化电流的大小与外加电位没有明显关系。其次,钝化膜在钝化区电位范围内呈现n型半导体的特征,且其施主掺杂密度随外加电位的升高而降低,采用点缺陷理论对钝化膜的生长和破裂机制进行了讨论。(2)采用临界点蚀温度和微观表征技术研究了合金成分和热处理制度对于系列双相不锈钢UNS S82441微观结构演变及其耐点蚀能力的影响,研究发现：一方面合金成分的调整可显著影响材料的耐点蚀能力；另一方面,1000℃-1250℃温度范围内的高温固溶处理将改变双相不锈钢中合金元素在两相中的分配行为,进而导致其临界点蚀温度、点蚀萌生位置和发展规律的变化。综合分析奥氏体相和铁素体相PREN值的变化解释了UNS S82441点蚀行为与固溶温度的内在关系。此工作的意义在于,研究了一种新型双相不锈钢的组织及耐点蚀性能随不同固溶温度的变化,为此种双相钢的应用提供技术支持。结果表明此种双相不锈钢较其它牌号双相钢在更为宽广的热处理温度范围内保持优良的耐蚀性能,为设计类似性能卓越的新型双相不锈钢提供科学依据。(3)双相不锈钢的可焊接性决定了其是否可以作为工程材料大规模应用。对于激光焊接这种焊接技术而言,考察双相不锈钢材料在焊接前后的组织演变及其点蚀行为的影响非常重要。为解决长期存在的激光焊接工艺对双相不锈钢组织及成分造成的不良影响,提高双相不锈钢激光焊接头部位点蚀性能,提出了具可操作性的措施建议。采用热模拟机对激光焊接对双相不锈钢2205母材在焊接前后的组织演变进行了研究,结合表面形貌表征和临界点蚀温度评价方法找到了激光焊接接头耐蚀性能下降的原因,采用短时热处理消除激光焊接产生的过多铁素体相及氮化物。系统研究了不同热处理时间和热处理温度对不锈钢激光焊接样品点蚀性能的影响。通过对焊缝组织的表征,得出奥氏体、铁素体、氮化物析出形态、位置以及与点蚀性能之间的关系。提出双相不锈钢DSS2205激光焊缝中氮化物形核、长大和贫铬区的演变情况。本工作优化焊后热处理工艺参数,取得了较为满意的创新性结果,为开拓了双相不锈钢应用新领域提供了科学支撑。(4)缝隙腐蚀是一类复杂的局部腐蚀形式,由于影响条件多,缝隙腐蚀的表现形式多样,因此很难建立统一的理论模型。目前还没有一种理论可以解释所有的缝隙腐蚀现象。对于不锈钢,仍存在不同缝隙腐蚀机理的争论。运用一种简便的方法原位观察了缝隙腐蚀在经济型双相不锈钢DSSS32101发生的过程,研究了外加电位对引发缝隙腐蚀的影响,比较了延迟的(存在孕育期)和立即发生的(不存在孕育期)缝隙腐蚀产生的条件。观察到了缝隙腐蚀过程中活性溶解区的位置变化情况,证明腐蚀产物对缝隙腐蚀形貌的显著影响,运用电位降理论解释了缝隙腐蚀的引发机理。在此工作中,原位观察缝隙腐蚀的发生和发展过程此前未见文献报道,研究表明,缝隙腐蚀发展过程中其活性溶解区位置并不固定,提供了解释导致解释缝隙腐蚀形貌复杂性原因的直接证据,对理解缝隙腐蚀的机理有重要意义,即缝隙介质化学成分的变化是缝隙腐蚀发生的因素之一,但不是唯一因素,诸如腐蚀产物的覆盖效应和缝隙内部电位的变化因素在某些缝隙腐蚀现象中起到显著作用。