【摘要】：隨著海洋經(jīng)濟(jì)的高速發(fā)展,高強(qiáng)韌性低合金鋼在海洋工程結(jié)構(gòu)中的應(yīng)用越來(lái)越廣泛,低合金鋼的耐點(diǎn)蝕性能急需進(jìn)一步提高。本研究采用稀土處理來(lái)改性鋼中夾雜物并微合金化,以降低夾雜物的點(diǎn)蝕敏感性,提高鋼基體的耐腐蝕性能。在高頻感應(yīng)爐中冶煉了四組不同精煉工藝(Al脫氧、3組Al脫氧+Re處理)的試驗(yàn)鋼,對(duì)軋制態(tài)鋼中夾雜物特征及稀土夾雜物的析出行為進(jìn)行了初步研究,探討了試驗(yàn)鋼在3.5%NaCl溶液中的抗點(diǎn)蝕性能差異及腐蝕行為,從微觀層面分析了不同類型夾雜物(硫化物夾雜,氧化物夾雜)誘發(fā)點(diǎn)蝕的機(jī)理,從宏觀層面探究了不同稀土含量的試驗(yàn)鋼在模擬海水溶液中表面銹層的成分、形貌、均勻性及致密性。其主要結(jié)論如下:(1)稀土加入量不同,鋼中夾雜物類型及硫化物析出行為不同,未加稀土的Al脫氧1~#鋼中主要為Al_2O_3+Mn S夾雜;加入稀土后,2~#鋼(0.011%Ce)中主要為CeAlO_3+Ce_2O_2S+Mn S夾雜;3~#鋼(0.015%Ce)中夾雜物類型與2~#鋼相似,但未發(fā)現(xiàn)單獨(dú)析出的MnS夾雜;當(dāng)稀土加入量為0.02%時(shí)氧化物中Al元素逐步被Ce取代,4~#鋼中夾雜物以Ce_2O_3+CeAlO_3+Ce_2O_2S為主。隨著稀土加入量的增加,單獨(dú)的長(zhǎng)條形Mn S夾雜逐漸轉(zhuǎn)變?yōu)榻蛐蔚南⊥亮蚧?能在一定程度上提高鋼的耐點(diǎn)蝕性能。(2)稀土加入量不同,夾雜物的數(shù)量、尺寸和變形性存在差異,當(dāng)稀土加入量為0.015%時(shí),3~#鋼中夾雜物面積含量最小(0.067%),數(shù)量最少(215個(gè)/mm~2),平均粒徑最小(1.91μm),近87%的夾雜物尺寸小于2.5μm,夾雜物變形率3的約92%,夾雜物的平均變形率為1.83,夾雜物的面積、數(shù)量、尺寸及變形性在一定程度上較1~#、2~#及4~#鋼更優(yōu),夾雜物更不易誘發(fā)點(diǎn)蝕,鋼的抗點(diǎn)蝕性能較強(qiáng)。(3)熱力學(xué)計(jì)算及夾雜物觀測(cè)結(jié)果表明,在凝固過程中,稀土處理鋼中生成的主要夾雜物為Ce AlO_3及Ce_2O_2S,Ce AlO_3在凝固前沿均質(zhì)形核析出,Ce_2O_2S易在CeAlO_3的表面析出,且其均在凝固前沿析出,有助于夾雜物的彌散分布。(4)極化曲線結(jié)果表明,腐蝕初期(0h),3~#鋼表面點(diǎn)蝕坑數(shù)量最少、分布較為彌散,點(diǎn)蝕誘發(fā)源較少,點(diǎn)蝕電位最高,其抗點(diǎn)蝕性能最強(qiáng)。交流阻抗譜結(jié)果表明在腐蝕末期(120h),隨著稀土加入量的增多,鋼的極化電阻升高,抗腐蝕性能增強(qiáng),4~#鋼的耐腐蝕性能最佳,可見,稀土加入量增多有助于提高鋼的耐腐蝕性能。(5)在Cl~-介質(zhì)溶液中,本試驗(yàn)鋼中Mn S及Ce_2O_2S夾雜均會(huì)發(fā)生溶解。Mn S夾雜溶解后,S元素易聚集在夾雜物曲率半徑小處,其誘發(fā)的點(diǎn)蝕易向軋制方向及縱深方向擴(kuò)展,而Ce_2O_2S部分溶解后,S元素向基體表面擴(kuò)散,其誘發(fā)的點(diǎn)蝕易向夾雜物周圍擴(kuò)展,降低了點(diǎn)蝕的危害性。(6)在腐蝕過程中,Al_2O_3、CeAlO_3及Ce_2O_3夾雜化學(xué)性質(zhì)較為穩(wěn)定,其電極電位比基體稍高,氧化物夾雜不發(fā)生溶解,夾雜物與基體的結(jié)合緊密程度不同,點(diǎn)蝕一般在氧化物夾雜與基體之間界面的縫隙處萌生,當(dāng)夾雜物脫落后,點(diǎn)蝕坑中侵蝕性陰離子不易富集,點(diǎn)蝕易向夾雜物周圍擴(kuò)展。稀土氧化物夾雜中心的硫含量較高,一定程度上抑制了硫化物的單獨(dú)析出,減少了點(diǎn)蝕誘發(fā)源,提高了鋼的抗點(diǎn)蝕性能。(7)全浸腐蝕試驗(yàn)結(jié)果表明,稀土處理后試驗(yàn)鋼表面能形成更連續(xù)、更均勻、附著性更好的銹層。除銹后,4~#試驗(yàn)鋼基體表面的腐蝕更均勻,其耐腐蝕性能更強(qiáng)。銹層斷面形貌觀測(cè)及XRD圖譜結(jié)果表明,隨著稀土加入量的增加,銹層的致密性及穩(wěn)定性得到提高,其中4~#鋼銹層中α-FeOOH的百分含量最高,最有利于形成致密、穩(wěn)定的銹層。失重試驗(yàn)結(jié)果表明,隨著稀土加入量的增加,試驗(yàn)鋼的平均質(zhì)量損失逐漸減小,試驗(yàn)鋼的腐蝕速率逐漸降低,鋼的抗腐蝕性能逐漸增強(qiáng)。加入0.02%Ce脫氧的4~#鋼在長(zhǎng)期的浸泡腐蝕過程中展現(xiàn)出最佳的耐腐蝕性能。
【圖文】：

第一章 文獻(xiàn)綜述能源問題受到全球重點(diǎn)關(guān)注，海洋資源的開發(fā)和利用成為未海洋資源極其豐富[1,2]�！度珖�(guó)海洋經(jīng)濟(jì)發(fā)展“十三五”規(guī)劃》[3]經(jīng)濟(jì)空間”戰(zhàn)略任務(wù)，將發(fā)展海洋經(jīng)濟(jì)與建設(shè)生態(tài)海洋、綠色前我國(guó)海洋經(jīng)濟(jì)產(chǎn)業(yè) GOP 占 GDP 比重的 9.4%，如圖 1.1 所示產(chǎn)業(yè)增加值構(gòu)成圖[4]。在海洋經(jīng)濟(jì)產(chǎn)業(yè)穩(wěn)步增長(zhǎng)的前景下，高價(jià)比的鋼鐵材料成為海洋工程結(jié)構(gòu)中必不可少的部分，2017 年深�？扇急嚥沙晒�，由鞍鋼生產(chǎn)的 TMCP 態(tài)大厚度 F 級(jí)超采平臺(tái)主要承重件在其中發(fā)揮著不可忽視的作用。然而海工中各種腐蝕介質(zhì)的侵蝕，海工結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定、安全及有效運(yùn)行易使其結(jié)構(gòu)失效，甚至?xí)䦟?dǎo)致安全事故的發(fā)生[5,6]。

圖 1.2 幾種典型點(diǎn)蝕坑的截面形貌一般來(lái)說(shuō)，鈍化金屬的點(diǎn)蝕包含五個(gè)不同的階段：鈍化膜的破裂，，點(diǎn)蝕的開始，非穩(wěn)態(tài)點(diǎn)蝕、點(diǎn)蝕的生長(zhǎng)和穩(wěn)態(tài)點(diǎn)蝕的形成[34]。點(diǎn)蝕在鈍化膜的破裂處開始，在包含侵蝕離子的介質(zhì)中形成點(diǎn)蝕核。然而一些學(xué)者相信鈍化膜的結(jié)構(gòu)和組分在點(diǎn)蝕形成中起一個(gè)次要的作用[35]。對(duì)于低合金高強(qiáng)度鋼而言，在 3.5%NaCl(25℃，PH=7)中，其基體表面一直處于活化狀態(tài)未發(fā)生鈍化，但經(jīng)過試驗(yàn)證明，隨著溫度、PH 等環(huán)境因素的改變，其鋼基體表面是極有可能發(fā)生鈍化的。鈍化膜的破裂：鈍化膜破裂理論先被 Agar and Hoar[36]提出，之后被許多學(xué)者補(bǔ)充，有害離子吸附在鈍化膜表面，由于界面張力降低產(chǎn)生了相互排斥，當(dāng)排斥力足夠時(shí)，鈍化膜會(huì)破裂。鈍化膜的破裂和點(diǎn)蝕的開始是點(diǎn)蝕現(xiàn)象中最難理解的方面。破裂很少發(fā)生且只發(fā)生在很小的區(qū)域，直接檢測(cè)破裂是很困難的，通常采用極化曲線來(lái)對(duì)其進(jìn)行表征。點(diǎn)蝕的開始：點(diǎn)蝕的起始發(fā)生在很短暫的時(shí)間段內(nèi)。Melchers[37]研究指出點(diǎn)蝕的起始時(shí)間可以短至數(shù)微秒內(nèi)，其強(qiáng)烈地依賴于材料的表面條件。Strehblow[38]和
【學(xué)位授予單位】：武漢科技大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2018
【分類號(hào)】：TG142.1

【參考文獻(xiàn)】

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本文編號(hào)：2708042