高强度不锈钢中纳米析出相演变规律及其对腐蚀的影响

发布时间：2020-10-31 01:38

　　 本文以15-5PH和PH13-8Mo钢为研究对像,采用原子断层分析技术(APT),X射线光电子能谱(XPS),极化曲线,交流阻抗谱,Mott-Schottky,FeCl3浸泡并结合慢应变速率拉伸(SSRT),研究了不同时效制度下高强度不锈钢微观结构的演变规律及其对腐蚀的影响,得到以下主要结论:15-5PH钢时效早期Cu原子从基体脱溶形成10nm左右的富Cu相,时效后期的大部分Nb和C原子以前期的富Cu相为核心,以非均匀形核的机制析出长大,并与富Cu相形成复合析出,同时少部分以均匀形核机制形成NbC独立相。Cu和NbC析出有以下三种路径:"过饱和固溶体→富Cu团簇→富Cu相","过饱和固溶体→富C团簇→NbC相",过饱和固溶体→富Cu团簇→Cu相+Nb-C团簇→富Cu相+NbC相。PH13-8Mo钢在550℃时效1h后主要形成B2结构的富Ni-Al纳米相,尺寸为4nm,时效时间延长到24h,纳米相逐渐演变成具有B2结构的NiAlCoCu多元析出相,尺寸为10nm。第一性原理计算表明:(Ni58Co3Fe3)(Al3Cu1Co1Fe59)配置结构具有最低的形成能,同时与马氏体基体错配度最小,降低了析出相与基体的畸变能,可以抑制NiAlCoCu相在过时效状态下的粗化。15-5PH钢不同时效状态试样钝化膜主要成分为Fe304,Fe203,FeOOH,FeO及Cr2O3,CrOOH,CrO3等。在500℃时效5min试样中,钝化膜表面含Cu02,CuO和Cu2O。未加电位下成膜,钝化膜均呈n型半导体性质,载流子密度符合:ND(500℃-5min)ND(500℃-15min)ND(500℃-24h),扩散系数符合:D0(5min)D0(15min)D0(24h)。在恒电位下成膜,载流子密度随外加电位呈指数递减。成膜电位对扩散系数符合如下关系:D0(0.0V)D0(0.1V)D0(0.2V)。固溶态的Cu原子参与钝化膜的形成,降低钝化膜中载流子密度和扩散系数,增强了钝化膜对基体的保护性能。不同温度时效状态的15-5PH钢在FeCl3浸泡24小时后呈现两种腐蚀形貌,即:在450℃,480℃,500℃处理试样表面光亮,有点状的蚀坑分布在表面;在550℃,580℃,600℃时效态样品表面发黑,呈现溃疡状的均匀腐蚀,并伴有少量的点蚀坑存在。时效过程中形成大量的M23C6,导致M23C6附近基体中贫铬,在贫铬区诱发点蚀。在高温时效时,部分马氏体分解成奥氏体,形成贫铬的奥氏体区和富铬的马氏体区,两相耐蚀性能不一致,诱发溃疡状均匀腐蚀。15-5PH钢在480℃时效态下Ecorr和Epit最低,500℃-620℃时效后,材料的Ecorr和Epit均增加,650℃时效状态Ecorr和Epit再次降低。15-5PH钢焊接接头的耐蚀性能随着溶液中Cl-浓度增加而降低,各区域组织的腐蚀击穿电位符合如下关系:O.lMNaCl 时 Epit(WZ)Epit(BZ)Epit(HAZ);0.6MNaCl 浓度时,Epit(BZ)Epit(WZ)Epit(HAZ);1MNaCl 时,Epit(WZ)≈Epit(BZ)Epit(HAZ)。增加Cl-或升高溶液温度均能增加15-5PH钢不同时效状态试样的腐蚀,在同一介质环境作用下,固溶态耐蚀性优于时效态。PH13-8Mo钢的应力腐蚀敏感性随Cl-浓度升高而增强,存在临界浓度值[Cl-]crit为1M。在0.6M的中性氯化钠溶液中,外加0.05VSCE时,应力腐蚀敏感因子△Iδ和△IΨ分别为75%和90%,表现为阳极溶解机制。外加阴极电位为-0.35VSCE和-0.55VSCE有较小的氢脆敏感性,为阳极溶解和氢脆混合断裂机制。当外加阴极电位为-0.75VSCE和-0.95VSCE时,为氢脆断裂机制。
【学位单位】：北京科技大学
【学位级别】：博士
【学位年份】：2017
【中图分类】：TG142.71
【部分图文】：

有专口研究含Ｃｕ钢中富Ｃｕ相的时效行为对力学性为的影响。主要研究进展??如下：??图２－１展示的是Ｆｅ－Ｃｕ二组元相图口?１，随着温度的升高，Ｃｕ在铁原子??中的固溶度逐渐升高。一般高强度钢中含Ｃｕ量在５ｗｔ．％［＾下，在１０００‘Ｃ固??溶处理，均能保证Ｃｕ元素的完全固溶。同时，Ｃｕ在铁素体中的固溶度值可??由ＫｉｍｕｒａＰ２峰研究方法确定。他们测定了?Ｃｕ在铁素体中的固溶度曲线可??用公式（２－１）计算得到不同温度下的固溶度。??谷?１０?２每?犯?４０?５０?６０?７０?斯）?９０?ｔｍ??１?備■］?Ｈ?Ｈ?＾＾?Ｈ?Ｓ???１５００＇?Ｌ?－??１４００－／７?２?￣??巧?Ｍ?ｉ?１１．５??１３Ｗ?。／?＼??Ｐ?Ｙ－灼／?＼??芭，２００－?／?＼?－??Ｉ?Ｉｔ３?；微巧??ｆ麵?／?Ｃｕ－＾．??凝?ｓｓｏｒ?］?■??卿養！＇９?？鮮＊〇?＾??７從－ｊ?＼奶?Ｔ＊?ｊ－??６Ｗ?０?Ｉｄ?２０?３０?４０?５０?納?７０?ｇｏ?９０?１?说??拘?Ａ?把ｉＪｉｉｃ?Ｐｅｒｃｅｎｔ?Ｃｏｐｐ?巧?献??图２－ｌＦｅ－Ｃｕ二组元相图脚??一般认为，团簇为溶质原子与基体没有明显界面的聚集体，析出相是指??具有一定晶体结构，同时与基体材料有明显界面的颗粒。研究者采用各种材??料分析方法对Ｆｅ－Ｃｕ系合金及含Ｃｕ合金钢中的富Ｃｕ相析出过程进行了系??统的研巧。其中最有代表性的研究结果由ＧｏｏｄｍａｎＰＷＷ得出，他采用电子探??针（ＦＩＭ－ＡＰ）观察到从过饱和的铁素体中首先析出亚稳的且与基体共格的??ｂｃｃ结构的原子团簇

沿晶界、位错Ｗ及两相界面的短程扩散所控制。同时，也发现富Ｃｕ相的尺??寸在２－２５ｎｍ，分别位于铁素体晶粒内的位错或铁素体板条晶界及贝氏体亚晶??界上，其分布状态如图２－４。??獻囑口??龜賴ｙ??图２—４?ＨＳＬＡ钢中晶内，晶界，亚晶上的里＃保毕啵桑牐辏崳?－７－??

晶格常数为２．８８７６Ａ，两种晶体结构的错配度５约为０．００６％，而纯铁的标准??晶格常数２．８６６５Ａ，标准化学配比的ＮｉＡｌ相晶格常数为２．８８６４Ａ，实验值与??标准值非常接近。其结构，形貌与基体的取向关系如图２＿５所示ＮｉＡｌ相的??高分辨照片和ＡＰＴ测试Ｈ维形貌照片，透射电镜明场像为球形颗粒，球形析??出物是Ｂ２超点阵构，ＡＰＴ重构等溶面显示为棒状形貌。??；?㈱嚇ＡＩ??ＳｄＤＢＰＷｉｒ可１?…？…ｒ??＾?Ｉ??滋７為！??ｆ?■一—山?■?：；？－－ｓｊｓｚｊｓａｊｊｗ?去??１?雜?，．一??￥￥ｍｍ??图２—５?Ｆｅ－１２．７Ａｌ－９Ｎｉ－１０．２Ｃｒ－ｌ．９Ｍｏ?ＮｉＡｌ超结构相的高分辩明场像、??衍射斑点和Ｈ维结构｜３９｜??ＺｈａｎｇＷＷ研究了含有Ｎｉ－ＡＭ：ｕ钢经５００°Ｃ时效ｌＯｈ后析出相的结构信息，利??用原子断层分析法（ＡＰＴ）和球差校正透射电镜（Ｃｓ－ＴＥＭ）观察表明富Ｃｕ??相和ＮｉＡｌ相同一区域位置处析出，延长时效时间后形成核壳结构，富打１相为??核，ＮｉＡ脯为壳，形貌和结构信息如图２－６所示。??－８－??
【参考文献】

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本文编号：2863283