00Cr17NbCu铁素体耐热不锈钢时效析出行为及耐腐蚀性能研究
发布时间：2021-04-14 16:02
铁素体耐热不锈钢因其价格低廉,耐高温氧化性能好,耐腐蚀性能好,热导率高等优点,被广泛应用于锅炉管道、汽车零部件等领域。近年来,汽车排气系统的使用寿命和排气温度的不断提高,对排气系统热端部件的服役条件也提出了更加苛刻的要求。为了提高汽车排气系统热端部件材料的综合性能,合金化是一种普遍并且十分重要的方法。本文以00Cr17NbCu铁素体耐热不锈钢为研究对象,采用金相显微镜、扫描电子显微镜、透射电子显微镜等表征手段,详细观察了时效处理后试样的微观组织形态和析出相的变化、析出相的取向及析出相长大规律,探究时效处理对00Cr17NbCu铁素体耐热不锈钢组织演变的影响;通过电化学实验如动电位极化曲线、交流阻抗谱等测试分析,掌握不同时效处理工艺对00Cr17NbCu铁素体耐热不锈钢耐腐蚀性能的影响规律;通过莫特-肖特基曲线、X射线光电子能谱（XPS）分析探讨了铁素体耐热不锈钢表面钝化膜的半导体特性及钝化膜成分组成,进而研究其腐蚀机理。研究时效工艺对00Cr17NbCu铁素体耐热不锈钢的微观组织的影响,结果表明:经过不同的时效处理工艺,一共发现四种不同类型的析出相,分别为ε-Cu、NbC、Fe
【文章来源】：长春工业大学吉林省
【文章页数】：70 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
汽车排气系统的组成[8-10]
第1章绪论8性，使得这些地方比较脆弱，会出现向内部发展的腐蚀小坑，表面其余地方不发生腐蚀或者腐蚀程度比较低，这种局部产生的腐蚀小坑即为小孔腐蚀，简称点蚀。当金属表面局部电位比点蚀电位高时，阳极电流经过一段时间会急剧上升，这段时间就会成为点蚀的诱导期。在点蚀诱导期，钝性金属表面会形成点蚀核，如不能再钝化使点蚀消失，点蚀将会进入发展阶段[33]。在点蚀发展阶段，点蚀核继续生长，最终发展为宏观的腐蚀孔。一旦形成腐蚀孔，腐蚀孔内部的金属表面处于活性溶解状态，腐蚀孔外金属处于钝化状态。因此，腐蚀孔的内部和外部就构成了活化-钝化局部腐蚀电池，具有大阴极、小阳极的特征（图1-2所示）。图1.2钝化金属点蚀的闭塞电池示意图在不锈钢的点蚀中，不锈钢表明形成点蚀坑后，孔内会发生如下反应：→2++2（1-1）2++22→()2↓+2+（1-2）42++2+102→4()2↓+8+（1-3）随着点蚀反应的继续进行和溶解的金属离子的增加，相应的水解反应也将继续。由于酸的自催化作用和向下的重力的影响，腐蚀孔会不断沿着中立方向发展[34]。1.4.2点蚀的研究方法（1）化学浸泡法[35]化学浸泡法是研究不锈钢点蚀常用的一种方法。该方法主要是指将不锈钢试样放在FeCl3溶液或者其他腐蚀介质中浸泡一段时间，通过扫描电镜观察样品表面的腐蚀形貌，得到点蚀坑的大小和数量等参数；失重率可以从称量样品浸泡前后的质量获得。化学浸泡法也可以研究热处理、合金元素以及样品表面状态对不锈钢耐点蚀性能的影响。（2）极化曲线法[35]
第1章绪论9动电位极化曲线和恒电位极化曲线是研究不锈钢点蚀行为的两种方法。恒电位极化法一般是一个暂态过程，而动电位极化法是一个稳态过程。一般研究不锈钢的腐蚀行为采用动电位极化曲线法。图1.3是动电位法测得的不锈钢在NaCl溶液中的阳极极化曲线。当E>Eb时，点蚀才能发生，此时溶液中的Cl-容易吸附在钝化膜的缺陷处，并和钝化膜中的阳离子发生反应产生具有可溶性的氯化物，并在钝化膜表面形成活性溶解点，该溶解点就会成为点蚀核。从外观上看，钝化膜上形成的点蚀核与钝化膜颜色有所差异，但还没有形成真正的点蚀孔，随着点蚀核继续长大，当尺寸达到约30μm时，宏观上就可以观察到小孔，此时可以称之为点蚀坑。图1.3不锈钢在NaCl溶液中的环形阳极极化曲线（3）电化学阻抗谱法[35]电化学阻抗谱法是指通过控制电化学工作站的输入电流或者电位，使其在小幅度的范围内按正弦规律变化，从而可以分析金属在电化学腐蚀下的反应机理及计算相关电化学参数。例如不锈钢表面钝化膜电阻、双层电阻等可以通过对腐蚀金属表面的电化学阻抗谱测量获得；不锈钢的电化学腐蚀机理可以由阻抗谱图的形状判断；腐蚀过程的动力学参数等可以通过对阻抗数据的拟合计算得出。通过测量不同材料经过不同时间浸泡后的阻抗图，可以判断不同材料的点蚀诱导期，从而可以进一步得出其耐点蚀性能的差异。张胜寒[36]等在研究304不锈钢点蚀行为时，通过原位上测量整个点蚀过程中的电化学阻抗，探讨了304不锈钢的点蚀机理及钝化膜结构。1.4.3影响点蚀的主要因素影响不锈钢点蚀的主要因素可分为环境因素和材料本身的特征两类。
【参考文献】：
期刊论文
[1]Cu含量对马氏体沉淀硬化不锈钢0Cr17Ni4Cu4Nb组织和性能的影响[J]. 王剑星,杨钢,张忠模,赵彦,唐光明,魏小明,申超,黄河. 特殊钢. 2017(03)
[2]不锈钢的点蚀机理及研究方法[J]. 石林,郑志军,高岩. 材料导报. 2015(23)
[3]热处理及Mo、Nb含量对00Cr22Mo2Nb铁素体不锈钢组织和性能的影响[J]. 屈华鹏,郎宇平,陈海涛. 金属热处理. 2015(08)
[4]时效温度对0Cr17Ni4Cu4Nb钢组织及力学性能的影响[J]. 胡春燕,刘新灵,陶春虎. 材料工程. 2014(11)
[5]汽车排气系统用铁素体不锈钢的服役性能[J]. 王堂伟,赵玉才,马建军,李博,邱群麟,刘鹏鹏. 上海金属. 2013(04)
[6]中高温时效处理对Cr21铁素体不锈钢组织和性能的影响[J]. 谌炎松,胡汪洋,李腾飞. 上海金属. 2012(02)
[7]超级双相不锈钢00Cr25Ni7Mo4N中χ相时效析出的研究[J]. 张寿禄,赵泳仙,宋丽强. 钢铁. 2012(02)
[8]Nb和Ti对超纯铁素体不锈钢凝固组织及表面起皱的影响[J]. 张驰,刘振宇,郑淮北,马力,王国栋. 材料热处理学报. 2011(09)
[9]日新制钢汽车排气系统用耐热铁素体不锈钢的开发[J]. Manabu Oku,李鑫. 世界钢铁. 2011(05)
[10]铜对铁素体抗菌不锈钢性能的影响[J]. 林刚,沈继程,王如萌. 功能材料. 2011(S3)
博士论文
[1]含铜不锈钢表面钝化膜的演变及其对抗菌性能的影响[D]. 赵金龙.中国科学技术大学 2019
[2]铁素体抗菌不锈钢的铜析出机理与性能控制[D]. 尹鸿祥.北京科技大学 2016
[3]汽车排气系统用铁素体不锈钢耐蚀性能和成形性能的研究[D]. 舒俊.上海交通大学 2013
[4]含铜（氮）抗菌不锈钢的组织与性能研究[D]. 张志霞.上海交通大学 2007
硕士论文
[1]Ti、Nb和W复合强化超纯铁素体不锈钢的时效析出行为研究[D]. 乔瑞芳.湖南大学 2015
[2]超级铁素体不锈钢时效析出行为研究[D]. 何明琳.天津大学 2014
[3]纳米晶304不锈钢腐蚀行为的研究[D]. 孙淼.沈阳工业大学 2010
本文编号：3137607
【文章来源】：长春工业大学吉林省
【文章页数】：70 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
汽车排气系统的组成[8-10]
第1章绪论8性，使得这些地方比较脆弱，会出现向内部发展的腐蚀小坑，表面其余地方不发生腐蚀或者腐蚀程度比较低，这种局部产生的腐蚀小坑即为小孔腐蚀，简称点蚀。当金属表面局部电位比点蚀电位高时，阳极电流经过一段时间会急剧上升，这段时间就会成为点蚀的诱导期。在点蚀诱导期，钝性金属表面会形成点蚀核，如不能再钝化使点蚀消失，点蚀将会进入发展阶段[33]。在点蚀发展阶段，点蚀核继续生长，最终发展为宏观的腐蚀孔。一旦形成腐蚀孔，腐蚀孔内部的金属表面处于活性溶解状态，腐蚀孔外金属处于钝化状态。因此，腐蚀孔的内部和外部就构成了活化-钝化局部腐蚀电池，具有大阴极、小阳极的特征（图1-2所示）。图1.2钝化金属点蚀的闭塞电池示意图在不锈钢的点蚀中，不锈钢表明形成点蚀坑后，孔内会发生如下反应：→2++2（1-1）2++22→()2↓+2+（1-2）42++2+102→4()2↓+8+（1-3）随着点蚀反应的继续进行和溶解的金属离子的增加，相应的水解反应也将继续。由于酸的自催化作用和向下的重力的影响，腐蚀孔会不断沿着中立方向发展[34]。1.4.2点蚀的研究方法（1）化学浸泡法[35]化学浸泡法是研究不锈钢点蚀常用的一种方法。该方法主要是指将不锈钢试样放在FeCl3溶液或者其他腐蚀介质中浸泡一段时间，通过扫描电镜观察样品表面的腐蚀形貌，得到点蚀坑的大小和数量等参数；失重率可以从称量样品浸泡前后的质量获得。化学浸泡法也可以研究热处理、合金元素以及样品表面状态对不锈钢耐点蚀性能的影响。（2）极化曲线法[35]
第1章绪论9动电位极化曲线和恒电位极化曲线是研究不锈钢点蚀行为的两种方法。恒电位极化法一般是一个暂态过程，而动电位极化法是一个稳态过程。一般研究不锈钢的腐蚀行为采用动电位极化曲线法。图1.3是动电位法测得的不锈钢在NaCl溶液中的阳极极化曲线。当E>Eb时，点蚀才能发生，此时溶液中的Cl-容易吸附在钝化膜的缺陷处，并和钝化膜中的阳离子发生反应产生具有可溶性的氯化物，并在钝化膜表面形成活性溶解点，该溶解点就会成为点蚀核。从外观上看，钝化膜上形成的点蚀核与钝化膜颜色有所差异，但还没有形成真正的点蚀孔，随着点蚀核继续长大，当尺寸达到约30μm时，宏观上就可以观察到小孔，此时可以称之为点蚀坑。图1.3不锈钢在NaCl溶液中的环形阳极极化曲线（3）电化学阻抗谱法[35]电化学阻抗谱法是指通过控制电化学工作站的输入电流或者电位，使其在小幅度的范围内按正弦规律变化，从而可以分析金属在电化学腐蚀下的反应机理及计算相关电化学参数。例如不锈钢表面钝化膜电阻、双层电阻等可以通过对腐蚀金属表面的电化学阻抗谱测量获得；不锈钢的电化学腐蚀机理可以由阻抗谱图的形状判断；腐蚀过程的动力学参数等可以通过对阻抗数据的拟合计算得出。通过测量不同材料经过不同时间浸泡后的阻抗图，可以判断不同材料的点蚀诱导期，从而可以进一步得出其耐点蚀性能的差异。张胜寒[36]等在研究304不锈钢点蚀行为时，通过原位上测量整个点蚀过程中的电化学阻抗，探讨了304不锈钢的点蚀机理及钝化膜结构。1.4.3影响点蚀的主要因素影响不锈钢点蚀的主要因素可分为环境因素和材料本身的特征两类。
【参考文献】：
期刊论文
[1]Cu含量对马氏体沉淀硬化不锈钢0Cr17Ni4Cu4Nb组织和性能的影响[J]. 王剑星,杨钢,张忠模,赵彦,唐光明,魏小明,申超,黄河. 特殊钢. 2017(03)
[2]不锈钢的点蚀机理及研究方法[J]. 石林,郑志军,高岩. 材料导报. 2015(23)
[3]热处理及Mo、Nb含量对00Cr22Mo2Nb铁素体不锈钢组织和性能的影响[J]. 屈华鹏,郎宇平,陈海涛. 金属热处理. 2015(08)
[4]时效温度对0Cr17Ni4Cu4Nb钢组织及力学性能的影响[J]. 胡春燕,刘新灵,陶春虎. 材料工程. 2014(11)
[5]汽车排气系统用铁素体不锈钢的服役性能[J]. 王堂伟,赵玉才,马建军,李博,邱群麟,刘鹏鹏. 上海金属. 2013(04)
[6]中高温时效处理对Cr21铁素体不锈钢组织和性能的影响[J]. 谌炎松,胡汪洋,李腾飞. 上海金属. 2012(02)
[7]超级双相不锈钢00Cr25Ni7Mo4N中χ相时效析出的研究[J]. 张寿禄,赵泳仙,宋丽强. 钢铁. 2012(02)
[8]Nb和Ti对超纯铁素体不锈钢凝固组织及表面起皱的影响[J]. 张驰,刘振宇,郑淮北,马力,王国栋. 材料热处理学报. 2011(09)
[9]日新制钢汽车排气系统用耐热铁素体不锈钢的开发[J]. Manabu Oku,李鑫. 世界钢铁. 2011(05)
[10]铜对铁素体抗菌不锈钢性能的影响[J]. 林刚,沈继程,王如萌. 功能材料. 2011(S3)
博士论文
[1]含铜不锈钢表面钝化膜的演变及其对抗菌性能的影响[D]. 赵金龙.中国科学技术大学 2019
[2]铁素体抗菌不锈钢的铜析出机理与性能控制[D]. 尹鸿祥.北京科技大学 2016
[3]汽车排气系统用铁素体不锈钢耐蚀性能和成形性能的研究[D]. 舒俊.上海交通大学 2013
[4]含铜（氮）抗菌不锈钢的组织与性能研究[D]. 张志霞.上海交通大学 2007
硕士论文
[1]Ti、Nb和W复合强化超纯铁素体不锈钢的时效析出行为研究[D]. 乔瑞芳.湖南大学 2015
[2]超级铁素体不锈钢时效析出行为研究[D]. 何明琳.天津大学 2014
[3]纳米晶304不锈钢腐蚀行为的研究[D]. 孙淼.沈阳工业大学 2010
本文编号：3137607
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