5Cr钢熔化焊接头的腐蚀性机理研究

发布时间：2019-05-08 00:39

【摘要】：低Cr钢因具备一定的耐腐蚀性,在传统管线钢中极具应用前景。5Cr钢是国内新开发的钢种,相比其材料性能和加工性能的广泛研究,其焊接接头的耐腐蚀性却鲜有报道。因此,本文针对5Cr钢这一全新的钢种,采用失重法、电化学方法及表面分析技术相结合的方式,研究温度、CO_2分压对5Cr钢在不同填充材料(不锈钢焊丝、自行研制的药芯焊丝、普通焊丝)下形成的焊接接头腐蚀速率、极化曲线及腐蚀产物膜形貌的影响,分析其耐腐蚀性机理,找出与其相匹配的焊丝材料,并保证其焊缝的抗腐蚀性。结合失重法和电化学方法对5Cr钢焊接接头在不同温度、CO_2分压下腐蚀速率进行研究分析。结果表明:在温度为40℃、CO_2分压1MPa时,不锈钢焊丝焊接接头平均腐蚀速率大小为:V_(焊缝)V_(热影响区)V_(母材);药芯焊丝焊接接头平均腐蚀速率大小为:V_(焊缝)V_(热影响区)V_(母材);普通焊丝焊接接头平均腐蚀速率大小为:V_(焊缝)V_(热影响区)V_(母材);对上述焊缝的平均腐蚀速率进行对比发现:药芯焊缝的腐蚀速率最小,而普通焊缝最大,约为药芯焊缝的67倍,不锈钢焊缝介于两者之间,但也仅为普通焊缝的1/13。随着温度的增高,不锈钢焊缝腐蚀速率呈先减小后增大趋势,在60℃达到极小值,约为0.0664mm/a;药芯焊缝腐蚀速率随温度的增高而增大;而普通焊缝则出现先增大再降低趋势,60℃时达到极大值,约为1.5112mm/a。三种焊缝腐蚀速率均随CO_2分压的增大而增大。针对焊接接头腐蚀程度的不同,建立基于电极电位下的腐蚀模型,对焊接接头各区域进行单独取样,在不同温度、CO_2分压下分别提取极化曲线,并结合动力学和热力学理论对其进行分析。结果表明:在温度为40℃、CO_2分压1MPa时,相比于热影响区和母材,不锈钢焊缝和药芯焊缝的自腐蚀电位均最正,腐蚀电流密度均最小,即腐蚀倾向小,腐蚀速率低;而普通焊缝自腐蚀电位最小,腐蚀电流密度最大,即腐蚀倾向大,腐蚀速率大。随着温度的升高,不锈钢焊缝自腐蚀电位先正移再负移,腐蚀电流密度先减小后增大,即在60℃时腐蚀倾向最小,腐蚀速率最低;而药芯焊缝自腐蚀电位持续负移,腐蚀电流密度不断增大,即随温度的升高,腐蚀倾向增大,腐蚀速率上升。普通焊缝自腐蚀电位出现先负移后正移,腐蚀电流密度先增大后减小,在60℃时腐蚀倾向最大,腐蚀速率最高。随着CO_2分压的增大,三种焊缝的自腐蚀电位均负移,腐蚀电流密度均呈增大趋势,即随CO_2分压增大,腐蚀倾向增大,腐蚀速率升高。采用SEM、EDS和XRD对腐蚀产物膜进行研究分析。结果表明:温度为40℃、CO_2分压1MPa时,不锈钢焊缝和药芯焊缝均没有或只有一层极薄的产物膜生成且Cr含量高于热影响区和母材,即焊缝耐腐蚀性优于热影响区和母材;普通焊缝生成的腐蚀产物膜呈龟裂状且出现Cr富集现象,但仍低于热影响区和母材的Cr含量,故焊缝的耐腐蚀性较差。在不同温度下,不锈钢焊缝和药芯焊缝表面均无明显变化,均存在轻微的均匀腐蚀且有点蚀发生,并随温度的上升,点蚀加剧;而不锈钢焊缝在60℃表面有颗粒状晶体沉积,经推测可能为含Fe的化合物。普通焊缝产物膜则出现了明显的分层现象,内层膜呈龟裂状非晶态特征,经能谱分析可能为含Cr化合物,外层膜呈颗粒状晶体特征,经XRD分析为Fe(CO3);随温度的升高,外层膜的致密度及覆盖度提高,对基体保护性增强。随CO_2分压增大,腐蚀产物膜致密度提高,但仍有部分金属裸露,腐蚀加剧。同时,对不同填充材料下焊接接头进行线扫描发现,主要含有Fe、Cr、O三种元素,不锈钢焊缝和药芯焊缝区域的Cr含量均高于其他区域,而普通焊缝区Cr含量则远低于其他区域,相反O含量却是最高的,说明,相比于不锈钢焊缝和药芯焊缝,普通焊缝受到的腐蚀最严重。本文研究成果将为5Cr钢结构化应用提供理论依据,为5Cr钢焊接工艺提供了新思路。
[Abstract]:......
【学位授予单位】：华侨大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2017
【分类号】：TG407

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本文编号：2471488