304不锈钢中典型夹杂物诱发腐蚀行为研究

发布时间：2020-08-27 19:28

【摘要】：高品质钢不仅要具备良好的强度及韧性,还必须具有优良的耐腐蚀性能。钢中的夹杂物是恶化钢材综合性能的重要因素,夹杂物的类型、数量、尺寸及分布严重影响钢材的耐腐蚀性能。而稀土元素被誉为钢铁工业的“调味剂”,通过改变钢中夹杂物的形貌及大小,发挥其变质夹杂的作用,以提高钢材的综合性能。由此可见,钢中夹杂物改性对钢材耐腐蚀性能的提高十分重要。本文通过电化学实验以及浸泡腐蚀实验,并借助于微观扫描分析,研究试验钢中MnS夹杂及Al_2O_3夹杂在腐蚀前后其形貌及尺寸的变化,探讨其诱发钢基体腐蚀溶解的机理。在此基础上,通过扫描电镜及能谱仪分析304不锈钢中夹杂物的类型及分布情况,采用浸泡腐蚀实验,分析304不锈钢浸泡腐蚀前后夹杂物与基体的腐蚀溶解状况,得出不锈钢中不同类型的夹杂物诱发其腐蚀的机理。最后,通过在不锈钢中加入稀土元素Ce及Y,研究稀土处理前后钢中夹杂物的变化规律,借助于电化学实验及腐蚀浸泡实验,分析不同含量的稀土处理后钢中夹杂物性质变化对304不锈钢腐蚀行为的影响,以揭示其作用机理。MnS夹杂及Al_2O_3夹杂诱发腐蚀行为的研究结果表明:1)腐蚀敏感性随钢中MnS夹杂平均尺寸的变化存在一个临界值,MnS夹杂平均尺寸大于或小于这个临界值,点蚀敏感性都会增加。2)在晶界分布的MnS夹杂诱发基体腐蚀的影响要大于晶内分布的MnS夹杂;钢中群聚分布的MnS夹杂在其周围产生的微缝隙彼此连接,对钢基体的腐蚀作用大,单独分布的MnS夹杂在其周围出现微缝隙,群聚分布的MnS夹杂对钢基体的腐蚀作用要大于单独分布的MnS夹杂;在钢基体中埋藏较深的MnS夹杂诱导腐蚀深入基体内部,对钢基体的腐蚀破坏要远大于在基体中埋藏较浅的MnS夹杂。3)钢中群聚分布的Al2O3夹杂对钢基体的腐蚀破坏大于单独分布的Al2O3夹杂;钢基体中埋藏较浅的Al2O3夹杂随着基体的腐蚀溶解逐渐呈现出来,对基体造成腐蚀破坏。4)Al_2O_3夹杂在其与基体之间产生微缝隙,微缝隙的大小要小于MnS夹杂诱发产生的缝隙,则Al2O3夹杂诱发基体腐蚀的程度比MnS要轻。304不锈钢中夹杂物诱发腐蚀行为的研究结果表明:1)304不锈钢中夹杂物主要有MnS夹杂、复合氧化物夹杂以及复合硫氧化物夹杂。2)304不锈钢既发生了点蚀也发生了晶间腐蚀;点蚀主要由钢中夹杂物诱发产生,其中MnS夹杂对基体腐蚀溶解破坏最大,晶间腐蚀主要是因为晶界处的夹杂物使晶界脆化导致腐蚀产生。不锈钢晶间腐蚀比点蚀严重。304不锈钢中稀土改性夹杂物并诱发腐蚀行为的研究结果表明:1)304不锈钢中夹杂物主要为MnS夹杂及复合氧化物夹杂,添加0.012%含量的稀土 Ce后,夹杂物全部改性成球状稀土夹杂,夹杂物尺寸最小。进一步增加Ce含量,夹杂物变性成形状不规则的稀土夹杂,尺寸有所增加。2)稀土 Ce能提高不锈钢耐腐蚀性能,当Ce含量为0.012%时,不锈钢耐腐蚀性能最好。3)304不锈钢中随着稀土 Y含量增加,复合氧化物夹杂及MnS夹杂逐渐改性成含Y氧化物复合夹杂,夹杂物尺寸有所减小,当Y含量达0.013%时,夹杂物全部为Y203夹杂,平均尺寸最小,进一步增加Y含量,会生成性质不稳定的YN夹杂,夹杂物的平均尺寸增加。4)添加0.007%和0.049%含量的稀土 Y,不锈钢自腐蚀电位最低,钢中夹杂物诱发基体腐蚀的比率大,耐腐蚀性能最差;不锈钢中Y含量为0.013%时,自腐蚀电位最高,钢中Y2O3夹杂诱发基体腐蚀的比率未达到100%,不锈钢耐腐蚀性能最好;添加0.019%含量稀土 Y的不锈钢及未加稀土不锈钢的耐腐蚀性能介于两者之间,且含0.019%稀土 Y的不锈钢耐腐蚀性能要高于未加稀土的不锈钢。
【学位授予单位】：北京科技大学
【学位级别】：博士
【学位授予年份】：2018
【分类号】：TG178
【图文】：

示意图,均匀腐蚀,不锈钢,示意图

也能在室温条件下产生。材料一旦发生腐蚀，会造境负荷以及安全隐患。在不同领域中，腐蚀分类的方蚀的规模可分为：（１）全面腐蚀；（２）局部腐蚀（全面腐蚀，又称均匀腐蚀，是发生在整个金属界面被腐蚀，直接造成金属的表层变薄，全面腐蚀的过程中，电化学发生的速率基本一致，阴阳两极交腐蚀过程中，由于腐蚀程度宏观可见。钢材各部位大致预测构件的腐蚀状况，给使用者留出一定的空作，防止设备发生过腐蚀而造成重大事故。虽然均，腐蚀规模大，但是易于察觉和检测，一般不会成的重大事故［１２］。均匀腐蚀可以在一定的时间内检腐蚀深度，对比相同时间内材料的平均腐蚀速度，来的腐蚀状态，为工件的使用留出一定的余量，并为及使用寿命提供重要的参考指标［１３］。逡逑

示意图,点蚀,不锈钢,示意图

腐蚀集中在阳极区域，从而表现出使基体表面腐蚀状况存在差异的现象。点逡逑蚀的发生具有隐蔽性，不能被及时的发觉及观测，从而造成重大的突发性事逡逑故。点蚀的宏观示意图见图２－２。逡逑按照腐蚀的机理可将腐蚀分为：（１）物理腐蚀；（２）化学腐蚀；（３）电逡逑化学腐蚀。逡逑（１）物理腐蚀为金属材料在物理溶解后而引起的破坏。金属材料中由于逡逑存在比基体熔点更低的物质，这些物质对金属材料产生分割效应，从而使这逡逑部分金属更容易溶解破坏［１６］。物理腐蚀主要有金属分层、表面鼓泡、溶胀、逡逑剥离、基体开裂等。金属处于腐蚀环境下，内部会受到各种破坏力的影响。逡逑材料的抗腐蚀强度，表面对外界环境的粘结强度，以及材料的防腐工艺等共逡逑同决定了物理腐蚀的程度。逡逑Ｉ逦遣漱ＷＩ逡逑图２－２不锈钢点蚀示意图逡逑＇逦非金属材料的结构不致密，存在一定量的空穴以及缺陷，产生微小的间逡逑隙或者裂纹。在材料的使用过程中，这些缺陷会逐步扩张变大，为腐蚀介质逡逑的传输渗透提供了有利的条件［１７］。环境中的酸性介质，在与材料接触时，会逡逑对基体中的缺陷产生很强的破坏渗透作用，基体在吸收了腐蚀性介质后会发逡逑－６－逡逑

极化图,控制因素,总电阻,阳极控制

（ａ）阴极控制、（ｂ）阳极控制、（Ｃ）混合控制、（ｄ）欧姆控制逡逑图２－３不同控制因素影响的腐蚀逡逑在Ｒ趋于０时，有以下三种可能。１）邋Ｐｃ远大于Ｐａ，总电阻主要由Ｐｃ逡逑决定，这种情况被称为阴极控制。２）邋Ｐａ远大于Ｐｃ，总电阻主要取决于Ｐａ，逡逑称为阳极控制。３）邋Ｐｃ＝Ｐａ，在Ｐｃ与Ｐａ相差不大的情况下，总电阻由Ｐｃ和逡逑Ｐａ共同控制。而当Ｒ很大时，腐蚀电流主要由Ｒ控制，为电阻控制电路。逡逑通过绘制伊文思极化图，可以推导及判断出腐蚀过程的控制因素以及各因素逡逑在腐蚀过程中的影响程度，从而找出最佳的腐蚀防护方法。逡逑２．２．４钢铁材料腐蚀性能研究现状逡逑不锈钢作为耐蚀钢材被广泛用于各种腐蚀环境中，不同因素对腐蚀的影逡逑响不同，找出最为关键的影响因素对于提高钢材耐蚀性能至关重要。逡逑１）合金对腐蚀的影响。逡逑

【参考文献】