与传统马氏体不锈钢相比,低碳马氏体不锈钢通过降低碳和杂质元素的含量获得了良好的耐蚀性和可焊性,再通过加入合金元素并配合热处理工艺得到马氏体与奥氏体复相组织,具有了与高强度相匹配的韧性。另外,低碳马氏体不锈钢相比于奥氏体不锈钢具有更低的合金元素含量,有着显著的成本优势,在油气开发和海上设施领域具有巨大的应用前景。然而,由于马氏体不锈钢中的主要成分板条马氏体相比于铁素体和奥氏体具有更低的腐蚀电位,且晶界处产生的碳化物颗粒会导致周围区域贫Cr,通常仅具有中等的耐腐蚀性。当被应用于海洋大气等严苛腐蚀环境时,需要进一步提高其耐腐蚀性能以保证稳定服役。而硝酸钝化作为应用较广的不锈钢防护手段,具有成本低、工艺简单、适用范围广等优点。基于此,本论文使用XPS分析和电化学测试研究了硝酸钝化对低碳马氏体不锈钢的耐蚀性能的影响,同时利用盐雾/干燥循环试验模拟海洋大气环境研究了钝化不锈钢的长期腐蚀行为,并尝试通过改进的点缺陷模型解释钝化处理中发现的部分现象。研究发现,钝化后的低碳马氏体不锈钢具有远大于未处理样品的耐均匀腐蚀性,同时点蚀电位升高。钝化膜具有双层结构,包括以氢氧化物为主的覆盖层和以氧化物为主的内层。硝酸处理后钝化膜厚度是未处理钝化膜厚度的3～4倍。钝化膜耐均匀腐蚀性的巨大提升更多的是由于钝化处理中形成了较厚且具有更少缺陷的钝化膜,而不是钝化膜内的Cr富集。盐雾/干燥循环加速试验结果表明,硝酸钝化后的Cr13Ni4Mo不锈钢在长期暴露后仍然具有比未处理样品更好的耐蚀性能。两种样品暴露后产生的锈层具有较多裂纹甚至发生局部脱落,不能为基底提供显著的保护作用。钝化不锈钢样品与未处理样品在长期暴露试验中均表现出钝化膜修复现象,钝化样品由于具有较厚的“原生钝化膜”,在暴露试验中其钝化膜先发生部分溶解,随后发生修复。Cr2O3在浓硝酸中的存在归因于钝化过程中的生长与溶解的动态过程。使用理论模型计算了钝化膜厚度的变化规律,钝化膜的稳态厚度与硝酸溶液的氧化性和pH以及体系的施加电位有关,通常情况下钝化膜厚度随硝酸浓度增加而增大,但过高的浓度会增大钝化膜的破坏速率,使厚度降低。不同钢种经过相同钝化处理后的钝化膜厚度与成分差异与金属本征耐蚀性有关,耐蚀性越好的金属越倾向于形成更薄更致密的钝化膜。