【摘要】：高品質(zhì)鋼不僅要具備良好的強(qiáng)度及韌性,還必須具有優(yōu)良的耐腐蝕性能。鋼中的夾雜物是惡化鋼材綜合性能的重要因素,夾雜物的類型、數(shù)量、尺寸及分布嚴(yán)重影響鋼材的耐腐蝕性能。而稀土元素被譽(yù)為鋼鐵工業(yè)的“調(diào)味劑”,通過改變鋼中夾雜物的形貌及大小,發(fā)揮其變質(zhì)夾雜的作用,以提高鋼材的綜合性能。由此可見,鋼中夾雜物改性對鋼材耐腐蝕性能的提高十分重要。本文通過電化學(xué)實(shí)驗以及浸泡腐蝕實(shí)驗,并借助于微觀掃描分析,研究試驗鋼中MnS夾雜及Al_2O_3夾雜在腐蝕前后其形貌及尺寸的變化,探討其誘發(fā)鋼基體腐蝕溶解的機(jī)理。在此基礎(chǔ)上,通過掃描電鏡及能譜儀分析304不銹鋼中夾雜物的類型及分布情況,采用浸泡腐蝕實(shí)驗,分析304不銹鋼浸泡腐蝕前后夾雜物與基體的腐蝕溶解狀況,得出不銹鋼中不同類型的夾雜物誘發(fā)其腐蝕的機(jī)理。最后,通過在不銹鋼中加入稀土元素Ce及Y,研究稀土處理前后鋼中夾雜物的變化規(guī)律,借助于電化學(xué)實(shí)驗及腐蝕浸泡實(shí)驗,分析不同含量的稀土處理后鋼中夾雜物性質(zhì)變化對304不銹鋼腐蝕行為的影響,以揭示其作用機(jī)理。MnS夾雜及Al_2O_3夾雜誘發(fā)腐蝕行為的研究結(jié)果表明:1)腐蝕敏感性隨鋼中MnS夾雜平均尺寸的變化存在一個臨界值,MnS夾雜平均尺寸大于或小于這個臨界值,點(diǎn)蝕敏感性都會增加。2)在晶界分布的MnS夾雜誘發(fā)基體腐蝕的影響要大于晶內(nèi)分布的MnS夾雜;鋼中群聚分布的MnS夾雜在其周圍產(chǎn)生的微縫隙彼此連接,對鋼基體的腐蝕作用大,單獨(dú)分布的MnS夾雜在其周圍出現(xiàn)微縫隙,群聚分布的MnS夾雜對鋼基體的腐蝕作用要大于單獨(dú)分布的MnS夾雜;在鋼基體中埋藏較深的MnS夾雜誘導(dǎo)腐蝕深入基體內(nèi)部,對鋼基體的腐蝕破壞要遠(yuǎn)大于在基體中埋藏較淺的MnS夾雜。3)鋼中群聚分布的Al2O3夾雜對鋼基體的腐蝕破壞大于單獨(dú)分布的Al2O3夾雜;鋼基體中埋藏較淺的Al2O3夾雜隨著基體的腐蝕溶解逐漸呈現(xiàn)出來,對基體造成腐蝕破壞。4)Al_2O_3夾雜在其與基體之間產(chǎn)生微縫隙,微縫隙的大小要小于MnS夾雜誘發(fā)產(chǎn)生的縫隙,則Al2O3夾雜誘發(fā)基體腐蝕的程度比MnS要輕。304不銹鋼中夾雜物誘發(fā)腐蝕行為的研究結(jié)果表明:1)304不銹鋼中夾雜物主要有MnS夾雜、復(fù)合氧化物夾雜以及復(fù)合硫氧化物夾雜。2)304不銹鋼既發(fā)生了點(diǎn)蝕也發(fā)生了晶間腐蝕;點(diǎn)蝕主要由鋼中夾雜物誘發(fā)產(chǎn)生,其中MnS夾雜對基體腐蝕溶解破壞最大,晶間腐蝕主要是因為晶界處的夾雜物使晶界脆化導(dǎo)致腐蝕產(chǎn)生。不銹鋼晶間腐蝕比點(diǎn)蝕嚴(yán)重。304不銹鋼中稀土改性夾雜物并誘發(fā)腐蝕行為的研究結(jié)果表明:1)304不銹鋼中夾雜物主要為MnS夾雜及復(fù)合氧化物夾雜,添加0.012%含量的稀土 Ce后,夾雜物全部改性成球狀稀土夾雜,夾雜物尺寸最小。進(jìn)一步增加Ce含量,夾雜物變性成形狀不規(guī)則的稀土夾雜,尺寸有所增加。2)稀土 Ce能提高不銹鋼耐腐蝕性能,當(dāng)Ce含量為0.012%時,不銹鋼耐腐蝕性能最好。3)304不銹鋼中隨著稀土 Y含量增加,復(fù)合氧化物夾雜及MnS夾雜逐漸改性成含Y氧化物復(fù)合夾雜,夾雜物尺寸有所減小,當(dāng)Y含量達(dá)0.013%時,夾雜物全部為Y203夾雜,平均尺寸最小,進(jìn)一步增加Y含量,會生成性質(zhì)不穩(wěn)定的YN夾雜,夾雜物的平均尺寸增加。4)添加0.007%和0.049%含量的稀土 Y,不銹鋼自腐蝕電位最低,鋼中夾雜物誘發(fā)基體腐蝕的比率大,耐腐蝕性能最差;不銹鋼中Y含量為0.013%時,自腐蝕電位最高,鋼中Y2O3夾雜誘發(fā)基體腐蝕的比率未達(dá)到100%,不銹鋼耐腐蝕性能最好;添加0.019%含量稀土 Y的不銹鋼及未加稀土不銹鋼的耐腐蝕性能介于兩者之間,且含0.019%稀土 Y的不銹鋼耐腐蝕性能要高于未加稀土的不銹鋼。
【學(xué)位授予單位】：北京科技大學(xué)
【學(xué)位級別】：博士
【學(xué)位授予年份】：2018
【分類號】：TG178
【圖文】：

也能在室溫條件下產(chǎn)生。材料一旦發(fā)生腐蝕，會造境負(fù)荷以及安全隱患。在不同領(lǐng)域中，腐蝕分類的方蝕的規(guī)模可分為：（１）全面腐蝕；（２）局部腐蝕（全面腐蝕，又稱均勻腐蝕，是發(fā)生在整個金屬界面被腐蝕，直接造成金屬的表層變薄，全面腐蝕的過程中，電化學(xué)發(fā)生的速率基本一致，陰陽兩極交腐蝕過程中，由于腐蝕程度宏觀可見。鋼材各部位大致預(yù)測構(gòu)件的腐蝕狀況，給使用者留出一定的空作，防止設(shè)備發(fā)生過腐蝕而造成重大事故。雖然均，腐蝕規(guī)模大，但是易于察覺和檢測，一般不會成的重大事故［１２］。均勻腐蝕可以在一定的時間內(nèi)檢腐蝕深度，對比相同時間內(nèi)材料的平均腐蝕速度，來的腐蝕狀態(tài)，為工件的使用留出一定的余量，并為及使用壽命提供重要的參考指標(biāo)［１３］。逡逑

腐蝕集中在陽極區(qū)域，從而表現(xiàn)出使基體表面腐蝕狀況存在差異的現(xiàn)象。點(diǎn)逡逑蝕的發(fā)生具有隱蔽性，不能被及時的發(fā)覺及觀測，從而造成重大的突發(fā)性事逡逑故。點(diǎn)蝕的宏觀示意圖見圖２－２。逡逑按照腐蝕的機(jī)理可將腐蝕分為：（１）物理腐蝕；（２）化學(xué)腐蝕；（３）電逡逑化學(xué)腐蝕。逡逑（１）物理腐蝕為金屬材料在物理溶解后而引起的破壞。金屬材料中由于逡逑存在比基體熔點(diǎn)更低的物質(zhì)，這些物質(zhì)對金屬材料產(chǎn)生分割效應(yīng)，從而使這逡逑部分金屬更容易溶解破壞［１６］。物理腐蝕主要有金屬分層、表面鼓泡、溶脹、逡逑剝離、基體開裂等。金屬處于腐蝕環(huán)境下，內(nèi)部會受到各種破壞力的影響。逡逑材料的抗腐蝕強(qiáng)度，表面對外界環(huán)境的粘結(jié)強(qiáng)度，以及材料的防腐工藝等共逡逑同決定了物理腐蝕的程度。逡逑Ｉ邐遣漱ＷＩ逡逑圖２－２不銹鋼點(diǎn)蝕示意圖逡逑＇邐非金屬材料的結(jié)構(gòu)不致密，存在一定量的空穴以及缺陷，產(chǎn)生微小的間逡逑隙或者裂紋。在材料的使用過程中，這些缺陷會逐步擴(kuò)張變大，為腐蝕介質(zhì)逡逑的傳輸滲透提供了有利的條件［１７］。環(huán)境中的酸性介質(zhì)，在與材料接觸時，會逡逑對基體中的缺陷產(chǎn)生很強(qiáng)的破壞滲透作用，基體在吸收了腐蝕性介質(zhì)后會發(fā)逡逑－６－逡逑

（ａ）陰極控制、（ｂ）陽極控制、（Ｃ）混合控制、（ｄ）歐姆控制逡逑圖２－３不同控制因素影響的腐蝕逡逑在Ｒ趨于０時，有以下三種可能。１）邋Ｐｃ遠(yuǎn)大于Ｐａ，總電阻主要由Ｐｃ逡逑決定，這種情況被稱為陰極控制。２）邋Ｐａ遠(yuǎn)大于Ｐｃ，總電阻主要取決于Ｐａ，逡逑稱為陽極控制。３）邋Ｐｃ＝Ｐａ，在Ｐｃ與Ｐａ相差不大的情況下，總電阻由Ｐｃ和逡逑Ｐａ共同控制。而當(dāng)Ｒ很大時，腐蝕電流主要由Ｒ控制，為電阻控制電路。逡逑通過繪制伊文思極化圖，可以推導(dǎo)及判斷出腐蝕過程的控制因素以及各因素逡逑在腐蝕過程中的影響程度，從而找出最佳的腐蝕防護(hù)方法。逡逑２．２．４鋼鐵材料腐蝕性能研究現(xiàn)狀逡逑不銹鋼作為耐蝕鋼材被廣泛用于各種腐蝕環(huán)境中，不同因素對腐蝕的影逡逑響不同，找出最為關(guān)鍵的影響因素對于提高鋼材耐蝕性能至關(guān)重要。逡逑１）合金對腐蝕的影響。逡逑

【參考文獻(xiàn)】

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本文編號：2806522