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高锰高铝低密度钢的腐蚀行为及机理研究

发布时间:2020-05-12 02:07
【摘要】:Fe-Mn-Al-C系低密度钢因其具有高的强塑积而成为国内外的研究热点,有望成为汽车轻量化的备选材料体系。而其具有的高Al特征,使其希望成为制备高温抗氧化和电化学腐蚀构件的备选材料体系。本文从Al含量调控和Si代Al的角度出发,设计了Mn27Al10Ni3、Mn27Al11Ni3和Mn27Al9Si2Ni3三种成分的高锰高铝Fe-Mn-Al-1C低密度钢,研究了其高温氧化腐蚀和电化学腐蚀行为及机理,为拓展高锰高铝Fe-Mn-Al-C系低密度钢的应用领域提供实验依据和理论基础。基于Al含量调控的Mn27Al10Ni3和Mn27Al11Ni3两种高锰高铝低密度钢的高温氧化研究结果表明,两种钢的高温氧化动力学曲线遵循抛物线规律,氧化膜由内到外主要由Al_2O_3、Fe_3O_4、Fe_2O_3、Mn_3O_4以及Mn_2O_3物相构成。在氧化过程中,Al元素的氧化物在基体表面大量富集,并形成连续的氧化膜,并且随着温度的增加,促使Al元素形成的氧化物在基体表面富集程度增加。Al含量的增加,加快氧化层内部孔洞的填补速率,增加了氧化层的致密度以及附着力,提高材料的抗高温氧化性能。基于Si代Al的Mn27Al11Ni3和Mn27Al9Si2Ni3两种高锰高铝低密度钢的高温氧化研究结果表明,两种钢的高温氧化动力学曲线遵循抛物线规律,氧化膜由内到外主要有Al_2O_3、SiO_2、Fe_3O_4、Fe_2O_3、Mn_3O_4以及Mn_2O_3构成。通过2wt%Si取代2wt%Al元素,Mn27Al9Si2Ni3表现出良好的抗氧化性能。Si元素的添加使得氧化层致密度以及附着力增加,降低氧化层表面孔洞以及微裂纹的发生机率,增加材料的抗氧化性能。另外Si元素优先在基体表面发生氧化形成致密的氧化膜,并且温度升高,氧化物始终在基体表面富集,并且富集程度增加。基于Si代Al的两种高锰高铝低密度钢Mn27Al11Ni3和Mn27Al9Si2Ni3的电化学腐蚀研究结果表明,在3.5wt%NaCl溶液腐蚀中,随着Si元素的引入使得低密度钢的腐蚀电流密度从4.11×10~(-6) A·cm~(-2)降到1.06×10~(-6) A·cm~(-2),同时低密度钢的点蚀电位也正移0.01 V,并且显著提高了低密度钢抵抗Cl~-侵蚀的能力;在1molNa_2SO_4溶液腐蚀中,随着Si元素的引入低密度钢的腐蚀电流密度从1.86×10~(-6) A·cm~(-2)降低到1.95×10~(-6) A·cm~(-2),并且击破电位也正移了0.0738V,使得低密度钢抵抗SO_4~(2-)侵蚀的能力增强。这两种材料与传统的304不锈钢相比,在抵抗Cl~-以及SO_4~(2-)侵蚀的能力与传统不锈钢存在一定的差距。
【图文】:

高强钢,延伸率,拉伸强度,残余奥氏体


Mn、Al 元素代替昂贵的 Cr-Ni 元素。随后一些学者通过向高强钢(HSS— ength Steel)中,添加 Al、Mn 等元素,提高材料的力学性能,并且获得密度Fe-Mn-Al-C 系低密度钢。这种钢材对汽车、船舶、飞机结构件的优化设计及发展,,都产生了巨大的影响。Fe-Mn-Al 系低密度钢目前在汽车用钢上的应用较多。随着汽车行业的发Mn-Al 系低密度钢也在不断地更新换代。如图 1.2 所示,分别为低碳钢、传统先进高强钢以及高锰钢。这些钢通过控制合金元素的含量以及种类,改进材。V.F.Zackay[14]等人发现并命名 TRIP 钢,这种钢的组织主要由铁素体、贝残余奥氏体三相组成。相变诱导塑性钢主要是由于在使用过程中,残余奥氏体晶体结构存在较大差异,当材料中的残余奥氏体向高碳马氏体转变时,体膨胀。这样可以降低塑性变形的不稳定性,进而扩大了均匀变形的范围。这高了 TRIP 钢的抗拉强度以及塑性。Ha yami[4]等人在对 DP (dual-phase)钢的时,发现残余奥氏体的存在,同时在力学性能检测发现 DP 钢也发生了 TR由于 TRIP 钢所添加的元素相对比较的昂贵,一些学者及科研机构使用 Si、金元素来代替 Ni、Cr 合金,从而研发出新体系的 TRIP 钢。

高锰,高铝,钢锭,低密度


图 2.2 三种高锰高铝低密度钢钢锭形状Three high manganese high-density low-density stee制定以及实施,进行锻造开坯。锻造工艺流程如图 2.3 所钢锭清理随炉加热至 1150 ℃,保温 2 h锻造开坯
【学位授予单位】:安徽工业大学
【学位级别】:硕士
【学位授予年份】:2018
【分类号】:TG142.1

【参考文献】

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1 唐正友;吴志强;昝娜;丁桦;;高锰TRIP/TWIP效应共生钢高速变形过程中的组织演变及变形行为[J];金属学报;2011年11期

2 贾丙林;付前刚;曹翠微;李贺军;李克智;;炭/炭复合材料表面高温抗氧化合金涂层的研究进展[J];材料保护;2011年02期

3 田如锦;;Fe-Mn-Si合金在H_2SO_4溶液中的耐蚀性[J];大连交通大学学报;2011年01期

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1 张兴洪;C、Si、Cr、Mo含量对2507铸造双相不锈钢组织和性能的影响[D];哈尔滨理工大学;2014年

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本文编号:2659452

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