【摘要】：低Cr鋼因具備一定的耐腐蝕性,在傳統(tǒng)管線鋼中極具應(yīng)用前景。5Cr鋼是國(guó)內(nèi)新開(kāi)發(fā)的鋼種,相比其材料性能和加工性能的廣泛研究,其焊接接頭的耐腐蝕性卻鮮有報(bào)道。因此,本文針對(duì)5Cr鋼這一全新的鋼種,采用失重法、電化學(xué)方法及表面分析技術(shù)相結(jié)合的方式,研究溫度、CO_2分壓對(duì)5Cr鋼在不同填充材料(不銹鋼焊絲、自行研制的藥芯焊絲、普通焊絲)下形成的焊接接頭腐蝕速率、極化曲線及腐蝕產(chǎn)物膜形貌的影響,分析其耐腐蝕性機(jī)理,找出與其相匹配的焊絲材料,并保證其焊縫的抗腐蝕性。結(jié)合失重法和電化學(xué)方法對(duì)5Cr鋼焊接接頭在不同溫度、CO_2分壓下腐蝕速率進(jìn)行研究分析。結(jié)果表明:在溫度為40℃、CO_2分壓1MPa時(shí),不銹鋼焊絲焊接接頭平均腐蝕速率大小為:V_(焊縫)V_(熱影響區(qū))V_(母材);藥芯焊絲焊接接頭平均腐蝕速率大小為:V_(焊縫)V_(熱影響區(qū))V_(母材);普通焊絲焊接接頭平均腐蝕速率大小為:V_(焊縫)V_(熱影響區(qū))V_(母材);對(duì)上述焊縫的平均腐蝕速率進(jìn)行對(duì)比發(fā)現(xiàn):藥芯焊縫的腐蝕速率最小,而普通焊縫最大,約為藥芯焊縫的67倍,不銹鋼焊縫介于兩者之間,但也僅為普通焊縫的1/13。隨著溫度的增高,不銹鋼焊縫腐蝕速率呈先減小后增大趨勢(shì),在60℃達(dá)到極小值,約為0.0664mm/a;藥芯焊縫腐蝕速率隨溫度的增高而增大;而普通焊縫則出現(xiàn)先增大再降低趨勢(shì),60℃時(shí)達(dá)到極大值,約為1.5112mm/a。三種焊縫腐蝕速率均隨CO_2分壓的增大而增大。針對(duì)焊接接頭腐蝕程度的不同,建立基于電極電位下的腐蝕模型,對(duì)焊接接頭各區(qū)域進(jìn)行單獨(dú)取樣,在不同溫度、CO_2分壓下分別提取極化曲線,并結(jié)合動(dòng)力學(xué)和熱力學(xué)理論對(duì)其進(jìn)行分析。結(jié)果表明:在溫度為40℃、CO_2分壓1MPa時(shí),相比于熱影響區(qū)和母材,不銹鋼焊縫和藥芯焊縫的自腐蝕電位均最正,腐蝕電流密度均最小,即腐蝕傾向小,腐蝕速率低;而普通焊縫自腐蝕電位最小,腐蝕電流密度最大,即腐蝕傾向大,腐蝕速率大。隨著溫度的升高,不銹鋼焊縫自腐蝕電位先正移再負(fù)移,腐蝕電流密度先減小后增大,即在60℃時(shí)腐蝕傾向最小,腐蝕速率最低;而藥芯焊縫自腐蝕電位持續(xù)負(fù)移,腐蝕電流密度不斷增大,即隨溫度的升高,腐蝕傾向增大,腐蝕速率上升。普通焊縫自腐蝕電位出現(xiàn)先負(fù)移后正移,腐蝕電流密度先增大后減小,在60℃時(shí)腐蝕傾向最大,腐蝕速率最高。隨著CO_2分壓的增大,三種焊縫的自腐蝕電位均負(fù)移,腐蝕電流密度均呈增大趨勢(shì),即隨CO_2分壓增大,腐蝕傾向增大,腐蝕速率升高。采用SEM、EDS和XRD對(duì)腐蝕產(chǎn)物膜進(jìn)行研究分析。結(jié)果表明:溫度為40℃、CO_2分壓1MPa時(shí),不銹鋼焊縫和藥芯焊縫均沒(méi)有或只有一層極薄的產(chǎn)物膜生成且Cr含量高于熱影響區(qū)和母材,即焊縫耐腐蝕性優(yōu)于熱影響區(qū)和母材;普通焊縫生成的腐蝕產(chǎn)物膜呈龜裂狀且出現(xiàn)Cr富集現(xiàn)象,但仍低于熱影響區(qū)和母材的Cr含量,故焊縫的耐腐蝕性較差。在不同溫度下,不銹鋼焊縫和藥芯焊縫表面均無(wú)明顯變化,均存在輕微的均勻腐蝕且有點(diǎn)蝕發(fā)生,并隨溫度的上升,點(diǎn)蝕加劇;而不銹鋼焊縫在60℃表面有顆粒狀晶體沉積,經(jīng)推測(cè)可能為含F(xiàn)e的化合物。普通焊縫產(chǎn)物膜則出現(xiàn)了明顯的分層現(xiàn)象,內(nèi)層膜呈龜裂狀非晶態(tài)特征,經(jīng)能譜分析可能為含Cr化合物,外層膜呈顆粒狀晶體特征,經(jīng)XRD分析為Fe(CO3);隨溫度的升高,外層膜的致密度及覆蓋度提高,對(duì)基體保護(hù)性增強(qiáng)。隨CO_2分壓增大,腐蝕產(chǎn)物膜致密度提高,但仍有部分金屬裸露,腐蝕加劇。同時(shí),對(duì)不同填充材料下焊接接頭進(jìn)行線掃描發(fā)現(xiàn),主要含有Fe、Cr、O三種元素,不銹鋼焊縫和藥芯焊縫區(qū)域的Cr含量均高于其他區(qū)域,而普通焊縫區(qū)Cr含量則遠(yuǎn)低于其他區(qū)域,相反O含量卻是最高的,說(shuō)明,相比于不銹鋼焊縫和藥芯焊縫,普通焊縫受到的腐蝕最嚴(yán)重。本文研究成果將為5Cr鋼結(jié)構(gòu)化應(yīng)用提供理論依據(jù),為5Cr鋼焊接工藝提供了新思路。
[Abstract]:......
【學(xué)位授予單位】：華僑大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2017
【分類號(hào)】：TG407

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