典型不锈钢微观组织演变与腐蚀性能的研究

发布时间：2016-12-12 09:01

  本文关键词：2101双相不锈钢热变形过程微观组织与性能演变的研究，，由笔耕文化传播整理发布。

《复旦大学》 2011年

典型不锈钢微观组织演变与腐蚀性能的研究

龚佳  

【摘要】：本论文的工作主要分两大方面开展：铁素体不锈钢的高温氧化,以及奥氏体和双相不锈钢的局部腐蚀。 铁素体不锈钢具有优良的耐高温腐蚀和应力腐蚀性能、低的热膨胀系数、和优良的性价比,因此在高温环境下得到广泛应用。在高温环境下,铁素体不锈钢能在表面形成一层致密氧化膜而增加其抗高温氧化性能。然而,在高温水汽环境下使用会改变氧化膜的形成机制并且加速材料氧化速率,而最终导致保护性的氧化膜破裂而失效,因此有必要深入理解其水汽环境下的氧化机制。给实际应用和新型钢种开发提供理论支持。具体的研究内容及创新点如下：首次在国内成功建立水同位素示踪技术,并结合二次离子质谱(SIMS)深入研究铁素体在水汽环境下的氧化机制：氧化膜主要由金属元素向外扩散氧化形成,但还存在少量水分子扩散进入参与氧化；同时,进一步研究添加元素Nb和Ti对氧化的影响,得出结论：Nb元素的单独添加,会增加430SS的氧化速率,然而复合添加Nb和Ti则能有效降低氧化速率。 奥氏体和双相不锈钢在实际应用过程当中往往会因为不适当的热处理和焊接等导致二次相的析出,如：碳化物、氮化物、σ、χ和R等等,而导致腐蚀更容易发生,最终导致材料失效。因此,非常有必要研究合金成分与热处理制度(高温固溶和中温时效敏化)对双相不锈钢微观结构演变及其耐局部腐蚀能力的影响,得出典型双相不锈钢的合金设计与组织控制原则,为新型双相不锈钢的设计提供重要的科学依据。 双相不锈钢是较复杂的体系,它包含有铁素体和奥氏体两相。因此,首先从简单体系出发,研究理解单相奥氏体不锈钢的腐蚀发生机制。具体的研究内容及创新点如下：采用双环电化学动电位回扫方法(DL-EPR)研究理解单相奥氏体AISI 301B和301S在500-900℃温度区间时效处理不同时间的晶间腐蚀演变情况,并绘制出温度-时间-敏感性曲线。通过观察材料的微观结构,得到碳化物析出形态、位置以及与晶间腐蚀敏感程度之间的对应关系。最后根据碳化物的形核、长大和贫铬区的演变情况,提出AISI 301B和301S奥氏体不锈钢整个晶间腐蚀发生过程的理论模型和相应预防晶间腐蚀的措施。研究得出碳化物的析出导致周边形成贫Cr区是晶间腐蚀发生的根本原因；同时由于301B的含碳量低于301S,因此其抗晶间腐蚀性能也更优；301B和301S不锈钢的鼻尖温度都为800℃,在低温下析出碳化物占主导,高温下Cr元素在晶界处的重新分布(再愈合)占主导；最后提出三项预防晶间腐蚀措施,及降低体系含碳量、添加有益合金元素如：Nb, Ti等等和控制碳化物沉淀的部位和比例。 在理解单相奥氏体晶间腐蚀基础上,对复杂体系双相不锈钢开展研究。具体的研究内容及创新点如下：对DL-EPR方法进行优化,首次建立针对双相不锈钢的DL-EPR电化学方法；应用DL-EPR方法分析析出相动力学、贫铬区演变以及选择性腐蚀敏感性之间的内在联系；并且,首次采用微区电化学扫描(SECM)进一步研究双相不锈钢微观局部的电化学特性。研究得出DL-EPR的最优化条件是：溶液介质为2mol/L H2SO4+lmol/L HCl,扫描速率为1.66mV/s,溶液温度为30℃；双相不锈钢选择性腐蚀发生的根本原因是6相的析出,随着时效时间的延长,腐蚀敏感性增加直到24小时之后出现“再愈合”现象；最后,成功采用SECM电化学方法测得不同区域的微区电化学特性,表面活性区域奥氏体的K0为0.009cm s一,非活性区域铁素体和。的Ko为0.056 cm s-1。

【关键词】：
【学位授予单位】：复旦大学
【学位级别】：博士
【学位授予年份】：2011
【分类号】：TG142.71
【目录】：

摘要6-8

ABSTRACT8-11

第一章 前言11-27

1.1 不锈钢的发展历史与现状11-12

1.2 不锈钢的分类12-15

1.2.1 铁素体不锈钢13-14

1.2.2 奥氏体不锈钢14

1.2.3 马氏体不锈钢14

1.2.4 沉淀硬化不锈钢14-15

1.2.5 双相不锈钢15

1.3 不锈钢的腐蚀15-19

1.3.1 腐蚀的分类及影响15-19

1.4 研究问题的提出19-26

1.4.1 铁素体高温氧化19-21

1.4.2 奥氏体和双相不锈钢的局部腐蚀21-26

1.5 文章结构26-27

第二章 实验材料及制备27-35

2.1 实验材料27

2.2 高温氧化测试27-28

2.2.1 高温氧化样品准备27

2.2.2 高温氧化测试27-28

2.2.3 接续氧化测试28

2.3 电化学测试28-32

2.3.1 电化学测试的试样处理28-30

2.3.2 临界点蚀温度(CPT)和再钝化温度(T_r)测量30

2.3.3 微工作电极恒电位亚稳态和稳态点蚀动力学测量30-31

2.3.4 极化曲线测量(Tafel)31

2.3.5 双环电化学动电位再活化测量(DL-EPR)31

2.3.6 电化学阻抗谱(EIS)31-32

2.3.7 微区电化学扫描测量(SECM)32

2.4 实验分析表征32-35

2.4.1 微观组织表征32

2.4.2 形貌和成分分析32-35

第三章 430系列铁素体不锈钢高温氧化35-53

3.1 引言35-37

3.2 430 SS在水汽中的高温氧化行为研究37-42

3.2.1 微观结构37-39

3.2.2 XRD分析39-40

3.2.3 SIMS分析40-42

3.3 Nb,Ti添加元素对430 SS高温氧化性能影响42-47

3.3.1 氧化膜截面形貌42-43

3.3.2 XRD结果43-44

3.3.3 SIMS结果44-47

3.4 分析讨论47-50

3.4.1 430SS水汽中氧化机制47-48

3.4.2 Nb,Ti的添加对氧化行为影响48-49

3.4.3 高温氧化扩散机制的理论分析49-50

3.5 小结50-53

第四章 单相奥氏体局部腐蚀性能研究53-73

4.1 引言53-54

4.2 实验结果54-62

4.2.1 微观结构分析54-58

4.2.2 双环电化学动电位再活化(DL-EPR)研究AISI 301B/S不锈钢晶间腐蚀58-60

4.2.3 TTS曲线的绘制60-62

4.3 分析与讨论62-70

4.3.1 热处理制度对微观结构演变及其晶间腐蚀性能的影响62-63

4.3.2 元素含量对其晶间腐蚀性能影响63-65

4.3.3 晶间腐蚀贫铬区成分演变的理论分析65-69

4.3.4 晶间腐蚀的控制69-70

4.4 小结70-73

第五章 双相不锈钢SAF 2205的局部腐蚀研究73-93

5.1 引言73-75

5.2 实验结果75-90

5.2.1 微观结构75-78

5.2.2 DL-EPR方法建立及测试结果78-85

5.2.3 SECM建立及测试结果85-90

5.3 分析与讨论90-91

5.3.1 热处理制度对微观结构演变及选择性腐蚀影响90

5.3.2 微区电化分析各相电化学活性90-91

5.4 小结91-93

第六章 全文总结93-95

参考文献95-111

攻读博士期间发表的论文及成果111-113

致谢113-114

下载全文 更多同类文献

CAJ全文下载

(如何获取全文？ 欢迎：购买知网充值卡、在线充值、在线咨询)

CAJViewer阅读器支持CAJ、PDF文件格式

【参考文献】

中国期刊全文数据库 前3条

1 褚武扬，谷飚，高克玮;应力腐蚀机理研究的新进展[J];腐蚀科学与防护技术;1995年02期

2 张艳成,吴荫顺,张健;带锈铸铁与304不锈钢的电偶腐蚀[J];腐蚀科学与防护技术;2001年02期

3 秦丽雁;张寿禄;宋诗哲;;典型不锈钢晶间腐蚀敏化温度的研究[J];中国腐蚀与防护学报;2006年01期

【共引文献】

中国期刊全文数据库 前10条

1 王凯;丁厚福;杜晓东;吴凯;;以Mn代Ni对低碳高合金钢组织性能的影响[J];兵器材料科学与工程;2006年03期

2 陈颖,聂祚仁,周美玲,左铁镛;La对FeCrAl合金箔材抗高温氧化性能的影响[J];材料保护;2002年08期

3 张玉娟,孙晓峰,金涛,刘敏,管恒荣,胡壮麒;低压等离子喷涂NiCrAlY涂层的恒温氧化特征分析[J];材料保护;2003年01期

4 郝建民,陈宏,张荣军,蒋百灵;微弧氧化和阳极氧化处理镁合金的耐蚀性对比[J];材料保护;2003年01期

5 徐向荣,黄拿灿,杨少敏;表面改性中稀土提高材料抗高温氧化及耐蚀性能的作用[J];材料保护;2005年08期

6 李龙川,高家诚,王勇;医用镁合金的腐蚀行为与表面改性[J];材料导报;2003年10期

7 王雪敏;曾小勤;吴国松;姚寿山;;合金元素对镁合金氧化性能的影响[J];材料导报;2006年11期

8 赵斌;李爱菊;张继明;;铁铝金属间化合物高温硫化腐蚀研究进展[J];材料导报;2006年S1期

9 宋光雄,张晓庆,常彦衍,张峥,钟群鹏;压力设备腐蚀失效案例统计分析[J];材料工程;2004年02期

10 李辛庚,傅敏,何家文;喷丸对TP304H钢高温水蒸气氧化行为的作用[J];材料科学与工艺;2004年03期

中国重要会议论文全文数据库 前10条

1 张喜燕;石明华;李聪;刘年富;邱绍宇;张强;张鹏程;韦以明;;超细晶锆金属腐蚀速率-晶粒尺寸关系研究[A];2006全国核材料学术交流会论文集[C];2006年

2 艾俊哲;屈均娥;陈振宇;郭兴蓬;;阳离子缓蚀剂在电偶电极表面的吸附行为及抑制机理[A];2004年腐蚀电化学及测试方法学术交流会论文集[C];2004年

3 李明升;冯长杰;王福会;;钇元素的添加对电弧离子镀氮化钛铝涂层900℃氧化行为的影响[A];第六届中国功能材料及其应用学术会议论文集（7）[C];2007年

4 曾岗;李明伟;韩杰才;赫晓东;;EB-PVD制备微晶Ni-11．5Cr-4．5Co-0．5Al合金薄板800℃氧化行为研究[A];第六届中国功能材料及其应用学术会议论文集（10）[C];2007年

5 刘道新;;民机的腐蚀及其系统工程性控制技术[A];大型飞机关键技术高层论坛暨中国航空学会2007年学术年会论文集[C];2007年

6 车彦民;章华明;陈其安;朱涛;马玉平;王小燕;王莹;;CSP热轧SPHC板卷氧化皮研究[A];薄板坯连铸连轧技术交流与开发协会第三次技术交流会论文集[C];2005年

7 谷春阳;时晓光;徐岩松;张紫茵;韩斌;;汽车大梁用热轧黑皮表面钢板355L的研制[A];2008年全国轧钢生产技术会议文集[C];2008年

8 刘江文;罗承萍;肖晓玲;陈和兴;;ZG35Cr25Ni12NNbRE钢中黑斑组织的成因探讨[A];全国材料理化测试与产品质量控制学术研讨会论文专辑（物理测试部分）[C];2002年

9 任瑞铭;陈春焕;栾卫志;杨德新;;表面纳米化对1Cr17不锈钢耐氧化性的影响[A];第九次全国热处理大会论文集（二）[C];2007年

10 李翀;任正义;佟永祥;李庆芬;朱春城;赫晓东;;热浸镀Al-Si-RE涂层的抗高温氧化性能[A];第十届全国青年材料科学技术研讨会论文集（C辑）[C];2005年

中国博士学位论文全文数据库 前10条

1 卢志明;典型压力容器用钢在湿硫化氢环境中的应力腐蚀开裂研究[D];浙江大学;2003年

2 范志超;压力容器用钢16MnR中温应力控制下的低周疲劳行为及寿命评估技术研究[D];浙江大学;2003年

3 任殿胜;砷化镓表面特性及紫外光激发下表面氧化反应研究[D];天津大学;2003年

4 贺定勇;电弧喷涂粉芯丝材及其涂层的磨损特性研究[D];北京工业大学;2004年

5 谢恒星;湿式磨矿中钢球磨损机理与磨损规律数学模型的研究[D];中南大学;2002年

6 陈学东;湿H_2S及硝酸盐环境中低合金高强度钢制压力容器应力腐蚀开裂敏感性条件分析与安全保障技术研究[D];浙江大学;2004年

7 张玮;金属腐蚀形貌特征提取用于腐蚀诊断的研究[D];大连理工大学;2004年

8 任鑫;几种高温防护涂层的高温氧化和热腐蚀行为研究[D];南京理工大学;2005年

9 李澄;有支撑高通量致密镧镍系透氧膜的制备与表征[D];南京工业大学;2005年

10 张平则;双层辉光等离子表面合金化阻燃钛合金研究[D];太原理工大学;2004年

中国硕士学位论文全文数据库 前10条

1 刘学庆;热海水中高效铝基牺牲阳极的研制[D];中国科学院海洋研究所;2001年

2 吴国锋;两种铸造温度对铸接式衔铁的影响比较[D];第四军医大学;2001年

3 郭敏;工业纯钛在海水中阴极极化条件下的氢脆研究[D];大连理工大学;2001年

4 詹旺滨;燃煤电站锅炉管道新型防护涂层系统研究与开发[D];武汉理工大学;2002年

5 姜志清;激光焊接不同牙科合金的机械性能及激光焊接式衔铁性能的比较研究[D];中国人民解放军第四军医大学;2003年

6 潘景光;铁铬钼软磁合金与口腔常用合金间电偶腐蚀的实验研究[D];中国人民解放军第四军医大学;2003年

7 刘小萍;表面沉淀硬化不锈钢的研究[D];太原理工大学;2001年

8 王群;燃煤电站锅炉水冷壁管防护涂层系统的开发与研究[D];武汉理工大学;2003年

9 巩伟杰;LC4铝合金应力腐蚀与腐蚀疲劳特性研究[D];中国人民解放军国防科学技术大学;2002年

10 陈宏;镁合金微弧氧化陶瓷层研究[D];长安大学;2002年

【同被引文献】

中国期刊全文数据库 前2条

1 李异,禤浩文,韦荣松;316L不锈钢晶间腐蚀机理的探讨[J];腐蚀科学与防护技术;1993年02期

2 袁志钟,戴起勋,程晓农,张成华;氮在奥氏体不锈钢中的作用[J];江苏大学学报(自然科学版);2002年03期

【二级参考文献】

中国期刊全文数据库 前4条

1 张艳成，何积铨，吴荫顺，韩汝玢，刘永生，杜水生;模拟文物铸铁的阴极保护[J];北京科技大学学报;1996年S2期

2 罗兆红,龙萍,杨世伟,李莉,王海江;扩散控制条件下电偶腐蚀效应的一种表达式[J];腐蚀与防护;1996年04期

3 黄彦良,曹楚南,林海潮,吕明;321不锈钢在酸性氯离子溶液中的应力腐蚀开裂机理[J];金属学报;1993年05期

4 谷飚,褚武扬,乔利杰,肖纪美;预蠕变对奥氏体不锈钢和黄铜应力腐蚀的影响[J];金属学报;1993年05期

【相似文献】

中国期刊全文数据库 前10条

1 高博金;;双相不锈钢在真空制盐系统中的应用[J];纯碱工业;1992年01期

2 秦紫瑞,李隆盛,贾克力,刘美云,郭珊;耐硫酸及其盐腐蚀的新型双相不锈钢的研究[J];硫酸工业;1996年04期

3 雷德江;关于双相不锈钢1Cr21 Ni5Ti试制中几个问题的探讨[J];特钢技术;2001年01期

4 秦紫瑞,王君涛,郭珊,高文华;耐海水泵用新型双相不锈钢的研究[J];化工机械;1996年06期

5 雷德江;关于双相不锈钢1Cr21Ni5Ti试制中几个问题的探讨[J];四川冶金;2001年03期

6 杨树彪;黄国岗;;浅论双相不锈钢的焊接技术[J];现代焊接;2007年01期

7 王明德;;奥氏体—铁素体双相不锈钢的性能、应用和发展[J];功能材料;1984年02期

8 薛立干;;1Cr_21Ni_5Ti双相不锈钢工艺因素的研究[J];特殊钢;1986年05期

9 秦紫瑞，吴晓光;0．03C－4．5Si－14Cr－8Ni双相铸造不锈钢的组织和耐蚀性[J];特殊钢;1996年02期

10 宋淑英，姜晓霞，肖跃天;IMRCW－2合金在磷酸料浆中的腐蚀行为[J];腐蚀科学与防护技术;1994年03期

中国重要会议论文全文数据库 前10条

1 宁丹枫;;阀门材料的选择与应用[A];2011年首届阀门技术研讨会资料汇编[C];2011年

2 张艳;王宗杰;国旭明;钱百年;李晶丽;;双相不锈钢模拟焊接HAZ组织与性能的研究[A];第十次全国焊接会议论文集（第1册）[C];2001年

3 薛飞;王兆希;束国刚;遆文新;余伟炜;蒙新明;;一回路主管道双相不锈钢热老化机理研究[A];中国核科学技术进展报告——中国核学会2009年学术年会论文集（第一卷·第3册）[C];2009年

4 王耀明;崔丽娜;徐科;;学习新《容规》释义探讨双相不锈钢设备设计[A];压力容器设计技术研究——第七届全国压力容器设计学术会议暨第七届中国机械工程学会压力容器分会设计委员会委员会议论文集[C];2010年

5 张子英;杨雁泽;蒋益明;李劲;;短时热处理后的2205双相不锈钢焊材的点蚀行为研究[A];中国腐蚀电化学及测试方法专业委员会2012学术年会论文集[C];2012年

6 吕骥;;奥氏体/铁素体双相不锈钢特性及应用[A];压力管道技术研究进展精选集——第四届全国管道技术学术会议[C];2010年

7 彭正海;马勤;任娟红;傅开武;;2205型双相不锈钢的热压缩行为及微结构分析[A];第八届全国工业炉学术年会论文集[C];2011年

8 陈文云;;双相不锈钢(00Cr22Ni5Mo3N)缸套制造工艺研究[A];2011年“天山重工杯”全国机电企业工艺年会暨第五届机械工业节能减排工艺技术研讨会论文集[C];2011年

9 李谋成;王大亮;钟祥玉;伍玉琴;沈嘉年;;铁素体不锈钢的晶间腐蚀性能研究[A];2008年全国腐蚀电化学及测试方法学术交流会论文摘要集[C];2008年

10 付燕;林昌健;蔡文达;;微电化学技术研究双相不锈钢优选腐蚀行为[A];2004年腐蚀电化学及测试方法学术交流会论文集[C];2004年

中国重要报纸全文数据库 前10条

1 张欣民;[N];中国冶金报;2003年

2 刘翠珍;[N];世界金属导报;2002年

3 ;[N];世界金属导报;2003年

4 ;[N];世界金属导报;2009年

5 本报记者 智谊萍;[N];中国冶金报;2001年

6 吴玖 韩怀月;[N];中国冶金报;2003年

7 李淑萍;[N];中国冶金报;2004年

8 刘公;[N];世界金属导报;2003年

9 记者汪涛;[N];中国冶金报;2009年

10 吴玖 韩怀月;[N];世界金属导报;2003年

中国博士学位论文全文数据库 前10条

1 邓博;多相合金组织演变与电化学失效行为的研究[D];复旦大学;2010年

2 龚佳;典型不锈钢微观组织演变与腐蚀性能的研究[D];复旦大学;2011年

3 张丽华;经济型双相不锈钢2101的腐蚀行为研究[D];复旦大学;2010年

4 谭华;双相不锈钢焊缝组织演变与腐蚀行为研究[D];复旦大学;2012年

5 韩冬;双相不锈钢局部电化学失效行为与机理的研究[D];复旦大学;2012年

6 李钧;新型资源节约型高Mn-N双相不锈钢的制备、结构及性能研究[D];上海大学;2011年

7 贾楠;对双相不锈钢微观形变行为的研究—原位实验与自洽模拟[D];东北大学;2008年

8 高娟;经济节镍型不锈钢局部腐蚀行为研究[D];复旦大学;2010年

9 谭舒平;成分和工艺对S30432钢性能的影响及强化机理研究[D];哈尔滨工业大学;2009年

10 金晓军;双相不锈钢管道焊接质量控制和安全评定的研究[D];天津大学;2004年

中国硕士学位论文全文数据库 前10条

1 李吉承;2205双相不锈钢焊接接头组织与耐蚀性研究[D];辽宁石油化工大学;2010年

2 赵科巍;2205双相不锈钢的高温变形过程及其机理研究[D];兰州理工大学;2010年

3 漆俊俊;双相不锈钢塑性变形及热处理的研究[D];江苏科技大学;2011年

4 孙玉芬;双相不锈钢光气反应器失效分析及其抗腐蚀性能研究[D];华东理工大学;2012年

5 乔园园;2205双相不锈钢腐蚀性能的研究[D];西安建筑科技大学;2011年

6 李燕;2205双相不锈钢连铸板坯的高温力学性能研究[D];西安建筑科技大学;2012年

7 刘彦妍;2101双相不锈钢热变形过程微观组织与性能演变的研究[D];浙江大学;2013年

8 王正伦;2205双相不锈钢焊接残余应力与收缩变形研究[D];重庆交通大学;2010年

9 李树健;成分对00Cr25Ni7Mo3N双相不锈钢组织及性能的影响[D];昆明理工大学;2011年

10 陈治毓;2205双相不锈钢热加工性能和不锈钢复合板力学性能的研究及预测[D];西安建筑科技大学;2011年

  本文关键词：2101双相不锈钢热变形过程微观组织与性能演变的研究，由笔耕文化传播整理发布。

本文编号：210284