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不同脫氧程度錳鋼耐點蝕性能比較分析
發布者:不銹鋼管廠(www.9600014.live) 發布時間:2019/12/24 閱讀:66

  浙江宏盛特鋼有限公司選擇四種不同脫氧程度的錳鋼,在pH10的3%(質量分數)氯化鈉溶液中進行動電位極化實驗,比較鋼的點蝕誘發敏感性,在3%(質量分數)海鹽水中進行室內間浸掛片實驗,評價鋼的點蝕擴展速度;利用掃描電鏡(SEM)和電子探針(EPMA)分析了鋼中夾雜物組成和腐蝕形貌.結果表明,隨著脫氧程度的加強,鋼中的硫化物夾雜由短棒狀變為長條狀.脫氧程度越差,鋼基體熱力學穩定性越強,鋼的點蝕誘發敏感性也越弱.室內間浸掛片實驗結果表明,脫氧程度較強的錳鋼表現出更強的點蝕擴展能力。

  錳鋼是船舶與海洋工程中廣泛使用的金屬材料.在海洋環境中,腐蝕是該類鋼主要的破壞形式,其中點蝕是危害最為嚴重的局部腐蝕。早期,人們通過合金化的辦法來提高鋼材的耐蝕性,但合金元素的添加不僅導致鋼材成本的提高,而且某些耐蝕合金元素的加入會降低鋼的韌性和焊接性能。因此,通過冶金因素的控制,采用非合金化的辦法提高錳鋼的耐點蝕性能尤為重要.例如,宏盛特鋼研究表明,鎮靜鋼的點蝕誘發敏感性明顯強于沸騰鋼.但是,脫氧對鋼的點蝕誘發和擴展行為的影響機理尚不清楚.此外,普通結構鋼的生產均已從模鑄改為連鑄,而連鑄不能生產沸騰鋼.因此,需要進一步研究不同脫氧程度對鋼材耐點蝕性能的影響.值得注意的是,在目前的冶金條件下,鋼中氧含量已降到較低的水平,這固然可以提高鋼的力學性能,但也可能對鋼的耐蝕性能產生不利的影響.為此,本文選擇了四種不同脫氧程度的錳鋼,通過冶金分析、電化學實驗和室內掛片實驗,研究了不同脫氧程度對錳鋼點蝕誘發和擴展行為的影響。

  四種實驗用鋼均在20kg的真空感應爐中冶煉,其化學成分如表1所示.在冶煉過程中,四種鋼均采用鋁脫氧,鋼中氧含量通過添加不同質量的三氧化二鐵來控制.從鋼中全氧含量分析結果來看,A鋼和B鋼的脫氧程度較高,其全氧含量分別為44×10-6和51×10-6(質量分數);C鋼和D鋼在冶煉中入一定量的三氧化二鐵后,全氧含量分別達到133×10-6和151×10-6(質量分數)。所有實驗的試樣均取自軋制鋼板,選取與軋制方向垂直的截面為試樣的實驗面.試樣各表面先用600#砂紙打磨,再放入濃硝酸中鈍化1h,焊上銅導線后,用環氧樹脂鑲封,留出1cm2的工作面.工作面用水磨砂紙逐級打磨至1500#,經W5的金剛石研磨膏拋光后,用丙酮去脂并快速吹干。實驗裝置采用CHI660C電化學工作站.電解池為普通三電極體系,參比電極為飽和甘汞電極,輔助電極為鉑電極.實驗溶液均為3%(質量分數)的NaCl,其pH通過NaOH溶液調節為10,溶液的溫度通過水浴控制在30±1℃.實驗前先用高純氮氣(純度為99.999%)除氧60min,再在-1000mV下陰極極化15min以去除表面的氧化膜,整個實驗過程中對溶液持續通氣.電位從-1000mV由負向正以1mV·s-1的速率進行掃描,取極化電流密度為100uA·cm-2對應的極化電位為點蝕電位.實驗完成后,用蒸餾水清洗試樣表面,吹干后觀察試樣的腐蝕形貌.1.3FeCl2溶液中電位測定實驗溶液為1mol·L-1的FeCl2溶液,溶液溫度通過水浴控制在25±1℃.為保證Fe2+不被氧化,實驗溶液用高純氮氣除氧120min,并加入少量鐵粉保護.試樣先放入0.1mol·L-1的鹽酸中靜泡5min以促使整個表面活化,然后放入FeCl2溶液中監測電位隨時間的變化情況.1.4室內間浸掛片實驗裸鋼的室內掛片實驗在間浸條件下進行.每種鋼選三個平行試樣進行實驗,試樣的尺寸為100mm×50mm×5mm.試樣用磨床磨光處理,其表面粗糙度為Ra=0.32~0.63um,Rz=1.6~3.2um.選取一個表面為實驗面,背面先焊上銅導線,再用石蠟涂封鋼的背面和側面.掛片前,實驗面分別用洗滌劑、酒精和丙酮清洗.實驗溶液為50L的3%(質量分數)海鹽水,溶液的pH為8.2左右,溶液溫度為18~25℃,掛片的實驗周期為405d.掛片實驗過程中,用數字萬用表定期監測鋼的電位變化.1.5交流阻抗實驗掛片實驗結束后,利用CHI660C電化學工作站對帶銹層的鋼樣進行交流阻抗實驗.參比電極為飽和甘汞電極,輔助電極為準20mm×20mm的石墨棒.實驗溶液為pH8.2的3%(質量分數)海鹽水,溶液溫度為25±1℃.實驗在開路電位下進行,正弦波幅值為5mV,掃描頻率為100kHz~10mHz。

  此時,蝕孔內陽極區發生鐵的活化溶解,而蝕孔外宏觀陰極區則主要發生氧的去極化反應.因此,蝕孔內、外電位差構成了鋼點蝕擴展的主要驅動力。由于四種鋼都不含能促進致密銹層形成的Cr、Cu等合金元素,并且交流阻抗實驗的結果也表明四種鋼表面形成的銹層的保護能力相近,因此酸化蝕孔內電位的高低決定了鋼的點蝕擴展速度.由于蝕孔內金屬表面處于完全活化狀態,熱力學穩定性較強的C鋼和D鋼會表現出對基體鐵原子更強的束縛能力,其表現就是蝕孔內的電位變正,點蝕擴展的驅動力就變小,從而鋼的點蝕擴展速度下降.此外,鋼中夾雜物的形態也會對點蝕的擴展產生一定影響。具有條形夾雜物的A鋼和B鋼,單個夾雜的腐蝕溶解更容易快速擴展到空間相連的其他夾雜部位,這也有利于加速蝕孔擴展.因此,脫氧程度較強的錳鋼表現出更強的點蝕擴展能力。鋼水的脫氧程度可影響鋼中硫化物夾雜物的形態.脫氧程度較強的錳鋼中的硫化物呈長條狀,而脫氧程度較弱的錳鋼中則出現短粗條狀的硫化物夾雜。較弱的脫氧程度有助于提高錳鋼的基體熱力學穩定性,從而降低其點蝕誘發敏感性,脫氧程度較強的錳鋼的點蝕擴展能力要比脫氧程度較弱的錳鋼更強。

 
 

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