含铜钢在1150℃高温保温条件下的铜偏聚现象
发布时间：2021-10-29 12:56
研究了在1150℃高温条件下保温处理后含铜钢的铜偏聚现象。在空气中采用不同保温时间进行实验,保温时间不超过60 min。结果表明,由于Fe的氧化及脱碳引起的渗碳体转变数量的减少,共同促使更多的Cu析出并向钢/氧化皮界面附近晶界偏聚,导致在空气中经高温处理后,钢/氧化皮界面及其附近的晶界中都出现了Cu的富集;经过冷却相转变后,钢/氧化皮界面附近区域钢中的Cu含量低于高温处理前的Cu含量。
【文章来源】：中国腐蚀与防护学报. 2020,40(06)北大核心CSCD
【文章页数】：8 页
【部分图文】：
含铜钢光学显微组织
图4为试样在1150℃下空气中高温处理20 min后的EPMA测试结果。由图4a可以观察到，钢/氧化皮界面粗糙不平，出现了内氧化、晶界严重氧化现象。而且氧化首先沿晶界向钢的内部发展，再逐渐扩展到晶界两侧，最终整个晶粒被完全氧化。发生严重氧化的晶界局部区域，如图4a所示，部分氧化晶界上出现了颜色较暗的点，对应EPMA图，可见这些暗点处O,Si,Mn和S浓度较高，说明在这些区域Si和Mn氧化物比较集中。这是因为晶界要比原子内部结构疏松，晶界往往是原子快速扩散的通道，合金元素原子和氧化物夹杂也较易在晶界聚集，而且晶粒内的合金元素在高温下也有向晶界处扩散的趋势，并与高温下沿晶界扩散进来的氧原子结合发生氧化反应形成氧化物存在于晶界。所以不难推测，本次实验过程中，晶粒内的Si,Mn和S会很容易扩散到晶界，并与沿晶界扩散进入的O结合，发生氧化。所以在EPMA图中发生内氧化的部分晶界处，Si,Mn,S和P含量明显偏高。图3 含铜钢在1150℃还原气氛中不同时间处理后表层组织的光学显微照片
图3 含铜钢在1150℃还原气氛中不同时间处理后表层组织的光学显微照片EPMA测试结果还显示，在合金晶界和钢/氧化皮界面处出现了Cu的偏聚，在氧化皮中也存在一些富铜区。在晶界处出现Cu的偏聚，其原因主要是晶界处原子排列不规则，且存在很多缺陷，故晶界处的能级比晶粒内部高，使得晶界成为富铜相相变时先形核的区域。同时，晶粒内的铜原子仍不断向晶界扩散，最终导致晶界处形成富铜相聚集。钢/氧化皮界面处和氧化皮中的富铜区是因为Fe氧化后残留下来的。图中也显示氧化皮中出现了一些富硅区，在这些区域可能形成了铁橄榄石(Fe O-2Fe O·Si O2)11。有研究[22,23]表明，铁橄榄石可以将富铜液相包裹在氧化皮中，从而降低钢产生表面裂纹的倾向，因此Si是对抑制含铜钢表面热裂有益的合金元素。EPMA结果显示，在氧化皮中富硅区域，P的含量高于钢中平均含量。虽然实验用钢的P (0.019%)含量很低，但在富硅区仍然出现P的富集，原因有待进一步探讨。Mn也在一些富硅区域出现。Mn和S在钢/氧化皮界面附近发生内氧化区域的部分晶界处含量均较高，推测在这些地方生成了Mn S夹杂，Mn和S生成熔点较高的Mn S。Si,Mn S和P明显同时集中分布于一些发生氧化的晶界处，而在这些部位，均已出现Cu的富集。
【参考文献】：
期刊论文
[1]Corrosion Evolution of Low Alloy Steel in Deaerated Bicarbonate Solutions[J]. Yunfei Lu,Junhua Dong,Wei Ke. Journal of Materials Science & Technology. 2015(10)
[2]AH32耐蚀钢显微组织对其腐蚀行为的影响[J]. 郝雪卉,董俊华,魏洁,柯伟,王长罡,徐小连,叶其斌. 金属学报. 2012(05)
[3]Mn-Cu钢大气腐蚀锈层演化规律及其耐候性的研究[J]. 柯伟,董俊华. 金属学报. 2010(11)
[4]Mn-Cu低合金钢在模拟海岸大气条件下的锈蚀演化规律[J]. 董俊华. 腐蚀科学与防护技术. 2010(04)
[5]Mn-Cu耐候钢的表面龟裂[J]. 王雷,张思勋,董俊华,柯伟,刘春明. 金属学报. 2010(06)
[6]Fe-Cu合金体系中Cu析出规律[J]. 李岩,宋波,毛璟红,闫丽. 北京科技大学学报. 2009(05)
[7]Cu、Mn的协同作用对低合金钢在模拟海洋大气环境中腐蚀的影响[J]. 刘国超,董俊华,韩恩厚,柯伟. 腐蚀科学与防护技术. 2008(04)
[8]Effect of Cu on Microstructures of Manganese Steel by EDXA and SEM[J]. Xinhua CHEN, Junhua DONG, Enhou HAN and Wei KE Environmental Corrosion Center, Institute of Metal Research, Chinese Academy of Sciences, Shenyang 110016, China. Journal of Materials Science & Technology. 2007(03)
[9]CSP工艺热轧钢带中Cu的偏聚对裂纹的影响[J]. 邵伟然,王元立,陈南京,霍向东,柳得橹. 电子显微学报. 2002(05)
本文编号：3464702
【文章来源】：中国腐蚀与防护学报. 2020,40(06)北大核心CSCD
【文章页数】：8 页
【部分图文】：
含铜钢光学显微组织
图4为试样在1150℃下空气中高温处理20 min后的EPMA测试结果。由图4a可以观察到，钢/氧化皮界面粗糙不平，出现了内氧化、晶界严重氧化现象。而且氧化首先沿晶界向钢的内部发展，再逐渐扩展到晶界两侧，最终整个晶粒被完全氧化。发生严重氧化的晶界局部区域，如图4a所示，部分氧化晶界上出现了颜色较暗的点，对应EPMA图，可见这些暗点处O,Si,Mn和S浓度较高，说明在这些区域Si和Mn氧化物比较集中。这是因为晶界要比原子内部结构疏松，晶界往往是原子快速扩散的通道，合金元素原子和氧化物夹杂也较易在晶界聚集，而且晶粒内的合金元素在高温下也有向晶界处扩散的趋势，并与高温下沿晶界扩散进来的氧原子结合发生氧化反应形成氧化物存在于晶界。所以不难推测，本次实验过程中，晶粒内的Si,Mn和S会很容易扩散到晶界，并与沿晶界扩散进入的O结合，发生氧化。所以在EPMA图中发生内氧化的部分晶界处，Si,Mn,S和P含量明显偏高。图3 含铜钢在1150℃还原气氛中不同时间处理后表层组织的光学显微照片
图3 含铜钢在1150℃还原气氛中不同时间处理后表层组织的光学显微照片EPMA测试结果还显示，在合金晶界和钢/氧化皮界面处出现了Cu的偏聚，在氧化皮中也存在一些富铜区。在晶界处出现Cu的偏聚，其原因主要是晶界处原子排列不规则，且存在很多缺陷，故晶界处的能级比晶粒内部高，使得晶界成为富铜相相变时先形核的区域。同时，晶粒内的铜原子仍不断向晶界扩散，最终导致晶界处形成富铜相聚集。钢/氧化皮界面处和氧化皮中的富铜区是因为Fe氧化后残留下来的。图中也显示氧化皮中出现了一些富硅区，在这些区域可能形成了铁橄榄石(Fe O-2Fe O·Si O2)11。有研究[22,23]表明，铁橄榄石可以将富铜液相包裹在氧化皮中，从而降低钢产生表面裂纹的倾向，因此Si是对抑制含铜钢表面热裂有益的合金元素。EPMA结果显示，在氧化皮中富硅区域，P的含量高于钢中平均含量。虽然实验用钢的P (0.019%)含量很低，但在富硅区仍然出现P的富集，原因有待进一步探讨。Mn也在一些富硅区域出现。Mn和S在钢/氧化皮界面附近发生内氧化区域的部分晶界处含量均较高，推测在这些地方生成了Mn S夹杂，Mn和S生成熔点较高的Mn S。Si,Mn S和P明显同时集中分布于一些发生氧化的晶界处，而在这些部位，均已出现Cu的富集。
【参考文献】：
期刊论文
[1]Corrosion Evolution of Low Alloy Steel in Deaerated Bicarbonate Solutions[J]. Yunfei Lu,Junhua Dong,Wei Ke. Journal of Materials Science & Technology. 2015(10)
[2]AH32耐蚀钢显微组织对其腐蚀行为的影响[J]. 郝雪卉,董俊华,魏洁,柯伟,王长罡,徐小连,叶其斌. 金属学报. 2012(05)
[3]Mn-Cu钢大气腐蚀锈层演化规律及其耐候性的研究[J]. 柯伟,董俊华. 金属学报. 2010(11)
[4]Mn-Cu低合金钢在模拟海岸大气条件下的锈蚀演化规律[J]. 董俊华. 腐蚀科学与防护技术. 2010(04)
[5]Mn-Cu耐候钢的表面龟裂[J]. 王雷,张思勋,董俊华,柯伟,刘春明. 金属学报. 2010(06)
[6]Fe-Cu合金体系中Cu析出规律[J]. 李岩,宋波,毛璟红,闫丽. 北京科技大学学报. 2009(05)
[7]Cu、Mn的协同作用对低合金钢在模拟海洋大气环境中腐蚀的影响[J]. 刘国超,董俊华,韩恩厚,柯伟. 腐蚀科学与防护技术. 2008(04)
[8]Effect of Cu on Microstructures of Manganese Steel by EDXA and SEM[J]. Xinhua CHEN, Junhua DONG, Enhou HAN and Wei KE Environmental Corrosion Center, Institute of Metal Research, Chinese Academy of Sciences, Shenyang 110016, China. Journal of Materials Science & Technology. 2007(03)
[9]CSP工艺热轧钢带中Cu的偏聚对裂纹的影响[J]. 邵伟然,王元立,陈南京,霍向东,柳得橹. 电子显微学报. 2002(05)
本文编号：3464702
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