含钴马氏体时效硬化不锈钢的电化学性能研究
发布时间：2022-01-10 11:00
含钴马氏体时效硬化不锈钢作为一种新型超高强度不锈钢,由于其优越的综合性能,在航空航天及其它领域得到了广泛的应用。合金元素钴（Co）在不锈钢中可以提高钢的强度和硬度,但是其对马氏体时效硬化不锈钢中的板条马氏体、逆变奥氏体组织的影响作用,以及对材料耐蚀性能的影响鲜有报道;针对含Co马氏体时效硬化不锈钢电化学腐蚀性行为及腐蚀机理方面的研究不够深入。本文以含Co和不含Co的马氏体沉淀时效硬化不锈钢为试验材料,采用金相显微镜（OM）、扫描电镜（SEM）、透射电镜（TEM）以及X射线衍射仪（XRD）等表征手段,探究Co元素对板条马氏体、逆变奥氏体、富铜沉淀相复相组织的影响作用;通过动电位极化曲线、交流阻抗谱和肖特基曲线的测试分析,掌握Co元素对马氏体时效硬化不锈钢耐蚀性能的作用规律,并对比研究了含钴钢在不同温度（30℃、40℃、50℃、60℃）的3.5%NaCl溶液、不同Cl-浓度（2%、3.5%、5%、7%）的氯化钠溶液、不同摩尔比的NaCl和Na2SO4混合溶液等环境中的电化学腐蚀行为及特性,得到的主要结果如下:（1）加入6wt...
【文章来源】：西安建筑科技大学陕西省
【文章页数】：76 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
三种强化机理对不锈钢的贡献Fig.1.1Contributionofthreestrengtheningmechanismstostainlesssteel
西安建筑科技大学硕士学位论文6马氏体时效硬化不锈钢兼具了马氏体时效钢和马氏体沉淀硬化不锈钢两者的优点，主要是由第二相析出强化和低碳马氏体位错强化叠加而强化的超高强度不锈钢。因此，马氏体时效硬化不锈钢逐步取代了马氏体沉淀硬化不锈钢和马氏体时效不锈钢，成为高强度不锈钢的一个重要发展趋势综合国内外研究现状，主要集中在对马氏体时效硬化不锈钢的组织和力学性能方面，以及钴元素对其他材料的影响作用研究；然而对含钴马氏体时效硬化不锈钢腐蚀性能和钝化膜的研究却鲜有报道。有研究表明马氏体沉淀硬化不锈钢时效处理后，晶界处碳化物析出造成的贫Cr区，会导致不锈钢腐蚀性能下降，因此研究钴元素的加入对该材料耐蚀性和后期腐蚀环境的影响作用规律，具有重要的学术意义和实用价值[30,31]。1.2不锈钢的点蚀1.2.1点蚀的定义美国材料试验协会对点蚀做了具体的定义，点蚀称为点腐蚀，发生在金属表面的个别点或微小区域，从表面深入内部的一种由大阴极小阳极腐蚀电池引起的阳极区高度集中的局部腐蚀形式，又可称为坑蚀或孔蚀[32]。表面的孔口直径一般为几十到几百微米，通常小于孔深，蚀坑表面被腐蚀产物覆盖，呈开口式蚀孔和闭口式蚀孔[32]。然而蚀孔的形状截然不同，其剖面展现出不同形状，如图1.2所示。点蚀是引起材料发生局部腐蚀的主要形式之一，点蚀坑的存在容易造成应力集中区，还会降低材料的整体强度，严重时会引起设备穿孔而降低使用寿命。因此，研究点蚀的存在和发生机理对预防腐蚀，减小因材料的失效引起的经济损失有着重要的现实意义。图1.2剖面展现出的不同形状Fig.1.2Differentprofileshapes
西安建筑科技大学硕士学位论文81.2.3点蚀的发展机理点蚀是由于蚀孔内发生的闭塞电池形成的自催化过程导致的一种腐蚀现象。点蚀萌发后，蚀孔不断向内部生长并抑制了再钝化过程的进行，使钝化膜底部的金属基体发生溶解，促进了点蚀的发展。点蚀发展过程中的推动力主要由小阳极-大阴极电池、蚀孔内外的氧浓差电池及闭塞电池自催化酸化作用产生的动力组成[32]。在含有侵蚀性离子（Cl-）的介质中，蚀孔内形成一个闭塞区，外表面的阳极为吸氧反应，导致孔内的含氧量远远低于孔外，从而形成了氧浓差电池（图1.3）。为了维持电荷中性，蚀孔外的Cl-需要不断进入孔内中和孔内增加的阳离子，孔内随着Cl-浓度的增大使得pH降低，金属离子更容易发生溶解反应（Fe2++2OH-→Fe(OH)2，4Fe(OH)2+2H2O+O2→4Fe(OH)3↓），使基体处于活化溶解状态[40]。孔内溶液的导电性能好，相当于内部电阻较低，同时浓盐溶液溶解氧的能力下降并且扩散困难，使金属的再钝化能力下降，导致腐蚀不断发展。腐蚀产物在蚀孔口的不断累积，使其与外界溶液交换困难，溶液无法进行稀释，因此造成上述闭塞电池效应。图1.3氧浓差电池Fig.1.3Oxygenconcentrationcell1.2.4点蚀的影响因素目前已有大量学者对点蚀的影响因素做了广泛研究，主要分为环境因素和材料因素两大类。1.环境因素对点蚀的影响腐蚀环境的温度、侵蚀性离子浓度、溶液中溶解的气体和pH值对点蚀行为
【参考文献】：
期刊论文
[1]马氏体时效硬化不锈钢高温流变应力本构模型[J]. 邹德宁,韩彤,张威,刘星,韩英. 塑性工程学报. 2018(05)
[2]马氏体时效硬化不锈钢真空热处理的组织和性能[J]. 张忠和,蒋申柱,赵亮,王飞宇,王博,郭杨. 真空. 2018(04)
[3]304L不锈钢焊接接头表面状态对其在硼酸溶液中腐蚀行为的影响[J]. 徐为民,詹静,李成涛,陈建军,方可伟. 腐蚀与防护. 2018(06)
[4]AM355不锈钢在酸性溶液中的腐蚀电化学行为[J]. 范春华,李国祥,李雪莹,刘伯洋,吴钱林,尹衍升. 材料科学与工程学报. 2018(01)
[5]时效温度对Co-Cu合金化马氏体时效硬化不锈钢组织性能的影响[J]. 李科欣,邹德宁,张威,张英波. 金属热处理. 2017(11)
[6]电流密度对镀锡板钝化膜厚度、成分及膜中铬元素的影响[J]. 许斐范,生海,石云光,杨建炜. 冶金分析. 2017(10)
[7]pH值对马氏体沉淀硬化不锈钢PH13-8Mo腐蚀电化学行为的影响[J]. 李雪莹,范春华,吴钱林,钟宁,董丽华,尹衍升. 腐蚀科学与防护技术. 2017(04)
[8]合金元素对316LN不锈钢的力学性能和点蚀性能的影响[J]. 吴从风,王心禾,张海龙,王西涛. 工程科学学报. 2015(09)
[9]四种不锈钢在含不同浓度Cl-的高炉煤气管道冷凝模拟液中的腐蚀行为[J]. 金志浩,葛红花,林薇薇,孟新静,赵玉增. 腐蚀与防护. 2014(09)
[10]钴元素对304不锈钢电化学行为的影响[J]. 张岩,季长富. 天水师范学院学报. 2013(05)
硕士论文
[1]904L和254SMO超级奥氏体不锈钢在高氯酸性环境中的点蚀行为研究[D]. 刘欣芳.北京化工大学 2017
[2]马氏体时效不锈钢强韧化机理研究[D]. 周蓓蓓.哈尔滨理工大学 2012
[3]奥氏体不锈钢点蚀行为的研究[D]. 徐珊.南昌航空大学 2010
[4]Ti含量对00Cr12Ni9Mo4Cu马氏体时效不锈钢组织和硬度的影响[D]. 李蓉.浙江大学 2008
[5]304不锈钢钝化膜在海水介质中的半导体特性研究[D]. 杜建波.中国海洋大学 2007
[6]00Cr12Ni9Mo4Cu2马氏体时效不锈钢的时效硬化行为研究[D]. 李驹.浙江大学 2007
本文编号：3580595
【文章来源】：西安建筑科技大学陕西省
【文章页数】：76 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
三种强化机理对不锈钢的贡献Fig.1.1Contributionofthreestrengtheningmechanismstostainlesssteel
西安建筑科技大学硕士学位论文6马氏体时效硬化不锈钢兼具了马氏体时效钢和马氏体沉淀硬化不锈钢两者的优点，主要是由第二相析出强化和低碳马氏体位错强化叠加而强化的超高强度不锈钢。因此，马氏体时效硬化不锈钢逐步取代了马氏体沉淀硬化不锈钢和马氏体时效不锈钢，成为高强度不锈钢的一个重要发展趋势综合国内外研究现状，主要集中在对马氏体时效硬化不锈钢的组织和力学性能方面，以及钴元素对其他材料的影响作用研究；然而对含钴马氏体时效硬化不锈钢腐蚀性能和钝化膜的研究却鲜有报道。有研究表明马氏体沉淀硬化不锈钢时效处理后，晶界处碳化物析出造成的贫Cr区，会导致不锈钢腐蚀性能下降，因此研究钴元素的加入对该材料耐蚀性和后期腐蚀环境的影响作用规律，具有重要的学术意义和实用价值[30,31]。1.2不锈钢的点蚀1.2.1点蚀的定义美国材料试验协会对点蚀做了具体的定义，点蚀称为点腐蚀，发生在金属表面的个别点或微小区域，从表面深入内部的一种由大阴极小阳极腐蚀电池引起的阳极区高度集中的局部腐蚀形式，又可称为坑蚀或孔蚀[32]。表面的孔口直径一般为几十到几百微米，通常小于孔深，蚀坑表面被腐蚀产物覆盖，呈开口式蚀孔和闭口式蚀孔[32]。然而蚀孔的形状截然不同，其剖面展现出不同形状，如图1.2所示。点蚀是引起材料发生局部腐蚀的主要形式之一，点蚀坑的存在容易造成应力集中区，还会降低材料的整体强度，严重时会引起设备穿孔而降低使用寿命。因此，研究点蚀的存在和发生机理对预防腐蚀，减小因材料的失效引起的经济损失有着重要的现实意义。图1.2剖面展现出的不同形状Fig.1.2Differentprofileshapes
西安建筑科技大学硕士学位论文81.2.3点蚀的发展机理点蚀是由于蚀孔内发生的闭塞电池形成的自催化过程导致的一种腐蚀现象。点蚀萌发后，蚀孔不断向内部生长并抑制了再钝化过程的进行，使钝化膜底部的金属基体发生溶解，促进了点蚀的发展。点蚀发展过程中的推动力主要由小阳极-大阴极电池、蚀孔内外的氧浓差电池及闭塞电池自催化酸化作用产生的动力组成[32]。在含有侵蚀性离子（Cl-）的介质中，蚀孔内形成一个闭塞区，外表面的阳极为吸氧反应，导致孔内的含氧量远远低于孔外，从而形成了氧浓差电池（图1.3）。为了维持电荷中性，蚀孔外的Cl-需要不断进入孔内中和孔内增加的阳离子，孔内随着Cl-浓度的增大使得pH降低，金属离子更容易发生溶解反应（Fe2++2OH-→Fe(OH)2，4Fe(OH)2+2H2O+O2→4Fe(OH)3↓），使基体处于活化溶解状态[40]。孔内溶液的导电性能好，相当于内部电阻较低，同时浓盐溶液溶解氧的能力下降并且扩散困难，使金属的再钝化能力下降，导致腐蚀不断发展。腐蚀产物在蚀孔口的不断累积，使其与外界溶液交换困难，溶液无法进行稀释，因此造成上述闭塞电池效应。图1.3氧浓差电池Fig.1.3Oxygenconcentrationcell1.2.4点蚀的影响因素目前已有大量学者对点蚀的影响因素做了广泛研究，主要分为环境因素和材料因素两大类。1.环境因素对点蚀的影响腐蚀环境的温度、侵蚀性离子浓度、溶液中溶解的气体和pH值对点蚀行为
【参考文献】：
期刊论文
[1]马氏体时效硬化不锈钢高温流变应力本构模型[J]. 邹德宁,韩彤,张威,刘星,韩英. 塑性工程学报. 2018(05)
[2]马氏体时效硬化不锈钢真空热处理的组织和性能[J]. 张忠和,蒋申柱,赵亮,王飞宇,王博,郭杨. 真空. 2018(04)
[3]304L不锈钢焊接接头表面状态对其在硼酸溶液中腐蚀行为的影响[J]. 徐为民,詹静,李成涛,陈建军,方可伟. 腐蚀与防护. 2018(06)
[4]AM355不锈钢在酸性溶液中的腐蚀电化学行为[J]. 范春华,李国祥,李雪莹,刘伯洋,吴钱林,尹衍升. 材料科学与工程学报. 2018(01)
[5]时效温度对Co-Cu合金化马氏体时效硬化不锈钢组织性能的影响[J]. 李科欣,邹德宁,张威,张英波. 金属热处理. 2017(11)
[6]电流密度对镀锡板钝化膜厚度、成分及膜中铬元素的影响[J]. 许斐范,生海,石云光,杨建炜. 冶金分析. 2017(10)
[7]pH值对马氏体沉淀硬化不锈钢PH13-8Mo腐蚀电化学行为的影响[J]. 李雪莹,范春华,吴钱林,钟宁,董丽华,尹衍升. 腐蚀科学与防护技术. 2017(04)
[8]合金元素对316LN不锈钢的力学性能和点蚀性能的影响[J]. 吴从风,王心禾,张海龙,王西涛. 工程科学学报. 2015(09)
[9]四种不锈钢在含不同浓度Cl-的高炉煤气管道冷凝模拟液中的腐蚀行为[J]. 金志浩,葛红花,林薇薇,孟新静,赵玉增. 腐蚀与防护. 2014(09)
[10]钴元素对304不锈钢电化学行为的影响[J]. 张岩,季长富. 天水师范学院学报. 2013(05)
硕士论文
[1]904L和254SMO超级奥氏体不锈钢在高氯酸性环境中的点蚀行为研究[D]. 刘欣芳.北京化工大学 2017
[2]马氏体时效不锈钢强韧化机理研究[D]. 周蓓蓓.哈尔滨理工大学 2012
[3]奥氏体不锈钢点蚀行为的研究[D]. 徐珊.南昌航空大学 2010
[4]Ti含量对00Cr12Ni9Mo4Cu马氏体时效不锈钢组织和硬度的影响[D]. 李蓉.浙江大学 2008
[5]304不锈钢钝化膜在海水介质中的半导体特性研究[D]. 杜建波.中国海洋大学 2007
[6]00Cr12Ni9Mo4Cu2马氏体时效不锈钢的时效硬化行为研究[D]. 李驹.浙江大学 2007
本文编号：3580595
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