Q235钢和不锈钢海水腐蚀机理研究

发布时间：2017-01-05 15:04

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《山东大学》 2010年

Q235钢和不锈钢海水腐蚀机理研究

苏璐璐  

【摘要】： 本文以天然海洋全浸区海水环境为基础,从材料性能、海洋环境两个角度,综合利用失重法、开路电位(OCP)、交流阻抗(EIS)、金相显微镜、扫描电镜(SEM)和能谱(EDS)等检测手段,着眼于钢基体与腐蚀产物界面的角度,考虑腐蚀类型和腐蚀诱发、扩散、以及产物的影响探讨了两种组织Q235钢海水腐蚀的动力学和机理；同时结合点蚀电位测量、微生物培养等方法研究了海洋天然生物膜对Q235钢和不锈钢304、316L腐蚀行为的影响和控制,讨论了海水全浸区钢铁腐蚀抑制的现象。 首次系统地将腐蚀界面与电化学测试相结合,研究了腐蚀扩散动力学。结果表明,按影响因素不同,腐蚀分为三个阶段,渗碳体与铁素体电偶作用为腐蚀过程最重要的推动力,由于杂散分布的球状渗碳体与铁素体的电偶作用更大,Q235钢正火组织抗腐蚀性能优于退火组织。两者第一阶段的驱动力还有晶界,第三阶段变成了铁锈的电偶作用。退火组织中,腐蚀扩散主要沿晶界进行,尤其是小晶粒和细长晶粒,腐蚀界面小波峰之间的跨度在30-40μm,表面形成20-30μm尺寸的凹坑,腐蚀沿小晶粒晶界扩散更快。 正火组织腐蚀除了沿晶界扩散,还沿珠光体扩散,界面形成长约60μm,深15-20μm的小圆弧,与珠光体团尺寸相符,产生更多的局部腐蚀。珠光体腐蚀区域氧含量明显高于其它区域,达到68%,珠光体更易被腐蚀。 通过系统观察和分析两种组织铁锈的形成和转化,发现铁锈加速了Q235钢腐蚀,尤其内锈层。完整除锈后表面铁素体增多,基体抗腐蚀性能增加。两种组织Q235钢锈层都是单独形核,退火组织6个小时形成1μm不致密独立球状体,与渗碳体的弥散分布相符,部分球状体10小时长大成10μm聚集体,45天后变成10μm致密的球状体,90天内锈层也是单独形核,裂纹围成40-50μm的单独体,其上有10-20μm的形核核心,由45天锈层中大球状体转变形成。正火组织6小时锈层有两种形貌：形成核心约为0.3μm,放射出约1μm的圆形和核心约0.5μm并呈扇形向外扩展2μm的团絮状,这与珠光体分布有关,45天出现均匀的内锈层,外锈层已完全变成致密的团絮状。 全面地将晶界、夹杂物、晶粒形态、渗碳体电偶作用与电化学试验结合,发现初期氧气充足时,晶界和渗碳体为主要的驱动力。Q235钢中硅酸盐夹杂物能引起明显的点蚀,初期15-20μm尺寸的夹杂物能引起50-60μm尺寸的点蚀坑,明显大于氧化铝、钙酸盐夹杂物引起的5μm尺寸点蚀坑,复合夹杂物影响更大。小晶粒和细长晶粒先被腐蚀,1个月后,氧气含量降低,晶界作用减弱,腐蚀的驱动力为夹杂物、渗碳体和铁锈,尤其是夹杂物。腐蚀趋向于大晶粒内扩散。 生物膜含有多种细菌(SOB、SRB)。通过比对试验发现Q235钢表面的天然生物膜抑制了Q235钢的好氧腐蚀速率,促进了厌氧腐蚀的产生。浸泡期间,天然海水试样的Rp(极化电阻)1-100天维持在1000-1100Ω·cm2,100天后急剧下降到600Ω·cm2,内锈层硫含量达到9.63%,出现厌氧腐蚀；而灭菌试样的Rp基本保持在600-700Ω·cm2,灭菌环境中Q235钢腐蚀速率明显高于天然海水,是天然海水的1.4倍,说明生物膜是海洋全浸区钢铁腐蚀抑制的一个重要原因。 青岛海域天然海水中,316L不锈钢点蚀电位为0.551V；304不锈钢为0.249V,两者差0.3V。浸泡后,316L不锈钢抗腐蚀性能增加,而304不锈钢下降,在阻抗高频区域,第三天,316L不锈钢的Z值大概是304的1.62倍,35天后扩大到4.25倍。304不锈钢氧化铝夹杂物诱发5μm的点蚀。浸泡6个月后,316L不锈钢基体铬、镍、钼／铁比上升,而锰元素消失,这些都提高了它的抗腐蚀性能。

【关键词】：
【学位授予单位】：山东大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2010
【分类号】：TG172.5
【目录】：

摘要7-9

ABSTRACT9-12

第一章 绪论12-29

1.1 引言12-13

1.2 海水环境中钢铁的腐蚀规律13-15

1.3 钢铁海洋腐蚀的影响因素15-18

1.3.1 材料因素影响下钢铁海水腐蚀15-16

1.3.2 海洋环境影响下钢铁的腐蚀与微生物腐蚀16-18

1.4 钢铁海洋腐蚀的研究技术18-21

1.4.1 电化学分析技术18-19

1.4.2 表面分析技术(形貌和微观组织研究)19-21

1.4.3 现代生物学技术21

1.5 钢铁海洋腐蚀的防护21-25

1.5.1 材料的选择与改性21-24

1.5.2 涂料及电化学防护24-25

1.5.3 环境因子控制25

1.6 论文的研究背景和主要研究内容25-29

1.6.1 论文的研究背景和意义25-26

1.6.2 论文主要的研究内容26-29

第二章 试验材料与方法29-34

2.1 两种金相组织Q235钢海水腐蚀行为研究29-31

2.1.1 实验材料及制备29-30

2.1.2 试验介质30

2.1.3 测试及分析方法30-31

2.2 海洋全浸区生物膜影响下碳钢和不锈钢腐蚀研究31-34

2.2.1 试验材料31-32

2.2.2 天然/灭菌试验介质32

2.2.3 微生物培养及鉴定分析32

2.2.4 试验测试及分析方法32-34

第三章 两种金相组织Q235钢天然海水中腐蚀行为研究34-67

3.1 失重法对两种组织Q235钢腐蚀速度测试34-35

3.2 两种组织Q235钢电化学阻抗谱测试35-40

3.2.1 两种组织Q235钢电化学阻抗对比35-38

3.2.2 两种组织Q235钢锈层对腐蚀的影响38-40

3.3 两种组织Q235钢不同浸泡时期锈层和腐蚀形貌观察40-44

3.4 两种组织Q235钢不同腐蚀时期界面形貌与组织分析44-54

3.4.1 两种组织界面金相形貌与组织分析44-47

3.4.2 两种组织腐蚀界面扫描电镜形貌47-49

3.4.3 两种组织腐蚀界面成分分析49-53

3.4.4 腐蚀界面、腐蚀形貌与电化学综合分析53-54

3.5 退火状态Q235钢初期腐蚀扩散机理的研究54-66

3.5.1 Q235钢倾斜面金相观察结果54-57

3.5.2 Q235钢倾斜面点蚀检测结果与分析57-61

3.5.3 Q235钢腐蚀平面形貌观察61-63

3.5.4 Q235钢浸泡一个月内电化学测试63-64

3.5.5 综合讨论64-66

3.6 本章小结66-67

第四章 海洋全浸区生物膜影响下钢铁腐蚀行为研究67-98

4.1 失重法对天然/灭菌海水中Q235钢腐蚀速度测试67

4.2 天然和灭菌海水中Q235钢开路电位特征与分析67-68

4.3 天然和灭菌海水中Q235钢阻抗结果与分析68-76

4.3.1 天然海水中Q235钢阻抗68-71

4.3.2 灭菌海水中Q235钢阻抗71-73

4.3.4 综合讨论73-76

4.4 微生物培养结果与分析76-79

4.4.1 SOB培养结果及分析76-77

4.4.2 其它好氧细菌培养结果及分析77-78

4.4.3 SRB培养结果及分析78-79

4.5 天然海水浸泡不同时间Q235钢锈层观察与分析79-85

4.5.1 Q235钢锈层形貌观察79-82

4.5.2 Q235钢锈层成分分析82-85

4.6 海洋生物膜形貌观察和316L不锈钢耐蚀性研究85-89

4.6.1 316L不锈钢表面生物膜观察85-87

4.6.2 316L不锈钢耐蚀性研究87-89

4.7 海水中304不锈钢耐腐蚀性及合金元素对不锈钢耐腐蚀性的影响89-97

4.7.1 304不锈钢耐海水腐蚀性能研究89-93

4.7.2 碳、钼等元素对不锈钢耐腐蚀性的影响93-96

4.7.3 讨论与分析96-97

4.8 本章小结97-98

第五章 结论98-100

参考文献100-107

致谢107-108

学位论文评阅及答辩情祝表108

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3 刘兴玉;转子式动海水腐蚀试验装置设计研究[D];河南科技大学;2011年

4 肖斐;钛渣混凝土性能的研究[D];重庆大学;2004年

5 郭小强;基于人工神经网络的混凝土结构抗海水侵蚀性的试验研究[D];天津大学;2004年

6 黄丽娟;海水介质绿色铜缓蚀剂性能与机理的研究[D];中国海洋大学;2008年

7 熊奇;金属腐蚀电化学噪声检测电极系统及其应用[D];天津大学;2008年

8 石英;电镀Ni-P-Cr/TiO_2 ZrO_2双纳米复合镀层的研究[D];首都师范大学;2009年

9 孙兆栋;316L和410不锈钢在海水中阴极极化行为的研究[D];中国海洋大学;2009年

10 王斐斐;等离子束表面冶金涂层的耐腐蚀性研究[D];山东科技大学;2008年

  本文关键词：Q235钢和不锈钢海水腐蚀机理研究，由笔耕文化传播整理发布。

本文编号：235245