硝酸钝化对ZG06Cr13Ni4Mo低碳马氏体不锈钢耐蚀性能的影响
发布时间：2022-01-19 20:04
与传统马氏体不锈钢相比,低碳马氏体不锈钢通过降低碳和杂质元素的含量获得了良好的耐蚀性和可焊性,再通过加入合金元素并配合热处理工艺得到马氏体与奥氏体复相组织,具有了与高强度相匹配的韧性。另外,低碳马氏体不锈钢相比于奥氏体不锈钢具有更低的合金元素含量,有着显著的成本优势,在油气开发和海上设施领域具有巨大的应用前景。然而,由于马氏体不锈钢中的主要成分板条马氏体相比于铁素体和奥氏体具有更低的腐蚀电位,且晶界处产生的碳化物颗粒会导致周围区域贫Cr,通常仅具有中等的耐腐蚀性。当被应用于海洋大气等严苛腐蚀环境时,需要进一步提高其耐腐蚀性能以保证稳定服役。而硝酸钝化作为应用较广的不锈钢防护手段,具有成本低、工艺简单、适用范围广等优点。基于此,本论文使用XPS分析和电化学测试研究了硝酸钝化对低碳马氏体不锈钢的耐蚀性能的影响,同时利用盐雾/干燥循环试验模拟海洋大气环境研究了钝化不锈钢的长期腐蚀行为,并尝试通过改进的点缺陷模型解释钝化处理中发现的部分现象。研究发现,钝化后的低碳马氏体不锈钢具有远大于未处理样品的耐均匀腐蚀性,同时点蚀电位升高。钝化膜具有双层结构,包括以氢氧化物为主的覆盖层和以氧化物为主的内层...
【文章来源】：中国科学技术大学安徽省 211工程院校 985工程院校
【文章页数】：82 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
图１．２典型的不锈钢阳极极化曲线??Ｆｉｇ．?１．２?Ｔｙｐｉｃａｌ?ａｎｏｄｅ?ｐｏｌａｒｉｚａｔｉｏｎ?ｃｕｒｖｅ?ｏｆ?ｓｔａｉｎｌｅｓｓ?ｓｔｅｅｌ??
?第１章绪?论???面氧化皮和贫铬区，也能在一定程度上钝化金属，不过在操作时需要加入缓蚀剂??保护基体。硝酸－盐酸钝化液同样具备清除金属氧化皮的作用，但由于ｃｒ的存在，??钝化结束后清洗与中和工序需要严格把控，以免影响钝化膜质量。除了图１．３中??所列出的工艺，目前也有学者正在研究有机酸类钝化工艺，例如柠檬酸［５７］、植酸??［５８］等，这类钝化液相比于重金属盐和硝酸无疑更加环保，但实际钝化效果相较于??无机酸和金属盐并不理想。??直流电型钝化??电化学钝化??载波直流型钝化??湿法钝化?硝酸型钝化??硝酸型?硝酸－重铬酸盐钝化??硝酸－氢氟酸型钝化??化学钝化．?硝酸－盐酸型钝化??不锈钢钝化工艺分类?铬酸或铬酸盐型钝化??其他型－硫酸盐钝化??双氧水钝化??室温法钝化?碱液型纯化??干法纯化??髙温法钝化??图１．３不锈钢钝化工艺分类Ｍ??Ｆｉｇ．?１．３?Ｃｌａｓｓｉｆｉｃａｔｉｏｎ?ｏｆ?ｐａｓｓｉｖａｔｉｏｎ?ｔｒｅａｔｍｅｎｔ?ｆｏｒ?Ｓｔａｉｎｌｅｓｓ?ｓｔｅｅｌ１５９１??１．５．２硝酸钝化处理的工艺与国内外研究??１７９０年，美国学者Ｋｅｉｒ发现铁在浓硝酸中浸泡时溶解速率骤降，由此发现??了化学钝化现象［６＜）］。随后化学钝化技术作为一种有效的表面处理技术得到了广??泛应用，尤其是在腐蚀领域和生物材料领域。世界上许多国家和地区制定了自己??的硝酸钝化工艺，具体细节见表１．２。??在硝酸钝化作用被发现之后，许多学者对此现象进行了深入研究，其中最著??名的当属法拉第，他提出了“法拉第悖论”，即铁可以在稀硝酸中反应放出气体，??而在“更酸”（那时候没有ｐＨ的概念）的浓硝酸
?第１章绪?论???碳马氏体不锈钢（超级马氏体不锈钢）则未见报道。??Ｆｅ?（Ｉｍｍｕｎｉｔｙ）???｜?｜???０?５??ｐＨ??图１．４铁在硝酸溶液中的Ｐｏｕｒｂａｉｘ原理图。直线⑷、（ｂ）、（ｃ）分别对应平衡反应＃?＋?６－??ｂ｜ｈ２，?０２?＋?４Ｈ＋?＋?４ｅ－?？■＞?２Ｈ２０和ＮＯ?＋?３Ｈ＋?＋?２ｅ－?〇?ＨＮ０２?＋?Ｈ２〇??Ｆｉｇ．?１．４?Ｐｏｕｒｂａｉｘ?ｄｉａｇｒａｍ?ｏｆ?ｉｒｏｎ?ｉｎ?ｎｉｔｒｉｃ?ａｃｉｄ?ｓｏｌｕｔｉｏｎ．?Ｌｉｎｅｓ?（ａ），?（ｂ），?ａｎｄ?（ｃ）?ｃｏｒｒｅｓｐｏｎｄ?ｔｏ??ｔｈｅｓｅ?ｔｈｒｅｅ?ｅｑｕｉｌｉｂｒｉｕｍ?ｒｅａｃｔｉｏｎｓ，ｒｅｓｐｅｃｔｉｖｅｌｙ．?Ｈ＋?＋?ｅ＿?ｂ?｜Ｈ２，?０２?＋?４Ｈ＋?＋?４ｅ＿?ｂ?２Ｈ２０，??ａｎｄ?ＮＯ?＋?３Ｈ＋?＋?２ｅ－?ｂ?ＨＮ０２?＋?Ｈ２０??１．５．３不锈钢钝化膜??不锈钢属于含Ｃｒ合金钢，对于部分钢种，Ｎｉ也是主要合金元素之一。相比??于Ｆｅ，?Ｃｒ、Ｎｉ都属于易钝化元素，所以不锈钢钝化膜成分十分复杂。目前获得??学界广泛承认的结构是双层膜结构模型，包括外层的Ｆｅ（ＯＨ）３和ＦｅＯｘ，以及内??层的Ｃｒ（ＯＨ）３与Ｃｒ２０３。也有学者认为钝化膜外层为Ｆｅ２〇３，内层为Ｃｒ２〇３。而对??于含镍不锈钢，在双层模型的基础上还存在贴近金属基体的Ｎｉ富集最内层。总??而言之，在钝化膜深度上发生不同元素氧化物／氢氧化物的富集已经得到公认，??而且一般认为富Ｆｅ层在外，富Ｃｒ层在内。对于Ｆｅ－Ｃｒ合金而言，Ｃｒ相比于Ｆｅ??更容易被氧化，从而生成内层Ｃｒ氧化物。而Ｆｅ虽然与０
【参考文献】：
期刊论文
[1]海洋石油装备材料的应用现状及发展建议(上)[J]. 杜伟,李鹤林. 石油管材与仪器. 2015(05)
[2]海洋大气腐蚀的室内模拟加速试验方法研究[J]. 田玉琬,程学群,李晓刚. 腐蚀与防护. 2014(08)
[3]ZG06Cr13Ni4Mo不锈钢水轮机叶片失效分析[J]. 李琼,刘智勇,卢琳,杜翠薇,汪崧,李晓刚. 腐蚀科学与防护技术. 2014(03)
[4]海洋大气环境下17-7PH不锈钢的接触腐蚀研究[J]. 王晴晴,上官晓峰. 钢铁研究学报. 2013(03)
[5]316L不锈钢在西沙海洋大气环境下的腐蚀行为评估[J]. 董超芳,骆鸿,肖葵,李朴华,李晓刚. 四川大学学报(工程科学版). 2012(03)
[6]13Cr超级马氏体不锈钢的组织[J]. 刘玉荣,业冬,徐军,姜雯,周永恒,刘鑫,李俊,苏杰,雍歧龙,赵昆渝. 材料热处理学报. 2011(12)
[7]水电行业用超级马氏体不锈钢合金化特点[J]. 邢丽娜. 山西冶金. 2009(04)
[8]低加热速率下ZG06Cr13Ni4Mo低碳马氏体不锈钢回火过程的相变研究[J]. 王培,陆善平,李殿中,康秀红,李依依. 金属学报. 2008(06)
[9]TGOG13Cr-1超级马氏体不锈钢的组织和性能[J]. 方旭东,张寿禄,杨常春,夏焱,赵建伟. 钢铁. 2007(08)
[10]环保型钝化剂双氧水钝化工艺的研究[J]. 杜越,赵贵荣,姚卉芳. 陕西电力. 2007(06)
博士论文
[1]厚断面马氏体不锈钢焊接工艺优化及熔敷金属断裂机理[D]. 杜兵.哈尔滨理工大学 2014
硕士论文
[1]超级13Cr马氏体不锈钢的动态组织转变[D]. 钟裕国.安徽工业大学 2019
[2]13Cr超低碳马氏体不锈钢热处理工艺与激光表面强化技术研究[D]. 肖浩然.华中科技大学 2017
[3]不锈钢化学钝化及硅烷处理的耐蚀性研究[D]. 肖稳.机械科学研究总院 2017
[4]高氮超级马氏体不锈钢0Cr16Ni5Mo-0.12N的组织与性能研究[D]. 董飞.东北大学 2012
本文编号：3597476
【文章来源】：中国科学技术大学安徽省 211工程院校 985工程院校
【文章页数】：82 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
图１．２典型的不锈钢阳极极化曲线??Ｆｉｇ．?１．２?Ｔｙｐｉｃａｌ?ａｎｏｄｅ?ｐｏｌａｒｉｚａｔｉｏｎ?ｃｕｒｖｅ?ｏｆ?ｓｔａｉｎｌｅｓｓ?ｓｔｅｅｌ??
?第１章绪?论???面氧化皮和贫铬区，也能在一定程度上钝化金属，不过在操作时需要加入缓蚀剂??保护基体。硝酸－盐酸钝化液同样具备清除金属氧化皮的作用，但由于ｃｒ的存在，??钝化结束后清洗与中和工序需要严格把控，以免影响钝化膜质量。除了图１．３中??所列出的工艺，目前也有学者正在研究有机酸类钝化工艺，例如柠檬酸［５７］、植酸??［５８］等，这类钝化液相比于重金属盐和硝酸无疑更加环保，但实际钝化效果相较于??无机酸和金属盐并不理想。??直流电型钝化??电化学钝化??载波直流型钝化??湿法钝化?硝酸型钝化??硝酸型?硝酸－重铬酸盐钝化??硝酸－氢氟酸型钝化??化学钝化．?硝酸－盐酸型钝化??不锈钢钝化工艺分类?铬酸或铬酸盐型钝化??其他型－硫酸盐钝化??双氧水钝化??室温法钝化?碱液型纯化??干法纯化??髙温法钝化??图１．３不锈钢钝化工艺分类Ｍ??Ｆｉｇ．?１．３?Ｃｌａｓｓｉｆｉｃａｔｉｏｎ?ｏｆ?ｐａｓｓｉｖａｔｉｏｎ?ｔｒｅａｔｍｅｎｔ?ｆｏｒ?Ｓｔａｉｎｌｅｓｓ?ｓｔｅｅｌ１５９１??１．５．２硝酸钝化处理的工艺与国内外研究??１７９０年，美国学者Ｋｅｉｒ发现铁在浓硝酸中浸泡时溶解速率骤降，由此发现??了化学钝化现象［６＜）］。随后化学钝化技术作为一种有效的表面处理技术得到了广??泛应用，尤其是在腐蚀领域和生物材料领域。世界上许多国家和地区制定了自己??的硝酸钝化工艺，具体细节见表１．２。??在硝酸钝化作用被发现之后，许多学者对此现象进行了深入研究，其中最著??名的当属法拉第，他提出了“法拉第悖论”，即铁可以在稀硝酸中反应放出气体，??而在“更酸”（那时候没有ｐＨ的概念）的浓硝酸
?第１章绪?论???碳马氏体不锈钢（超级马氏体不锈钢）则未见报道。??Ｆｅ?（Ｉｍｍｕｎｉｔｙ）???｜?｜???０?５??ｐＨ??图１．４铁在硝酸溶液中的Ｐｏｕｒｂａｉｘ原理图。直线⑷、（ｂ）、（ｃ）分别对应平衡反应＃?＋?６－??ｂ｜ｈ２，?０２?＋?４Ｈ＋?＋?４ｅ－?？■＞?２Ｈ２０和ＮＯ?＋?３Ｈ＋?＋?２ｅ－?〇?ＨＮ０２?＋?Ｈ２〇??Ｆｉｇ．?１．４?Ｐｏｕｒｂａｉｘ?ｄｉａｇｒａｍ?ｏｆ?ｉｒｏｎ?ｉｎ?ｎｉｔｒｉｃ?ａｃｉｄ?ｓｏｌｕｔｉｏｎ．?Ｌｉｎｅｓ?（ａ），?（ｂ），?ａｎｄ?（ｃ）?ｃｏｒｒｅｓｐｏｎｄ?ｔｏ??ｔｈｅｓｅ?ｔｈｒｅｅ?ｅｑｕｉｌｉｂｒｉｕｍ?ｒｅａｃｔｉｏｎｓ，ｒｅｓｐｅｃｔｉｖｅｌｙ．?Ｈ＋?＋?ｅ＿?ｂ?｜Ｈ２，?０２?＋?４Ｈ＋?＋?４ｅ＿?ｂ?２Ｈ２０，??ａｎｄ?ＮＯ?＋?３Ｈ＋?＋?２ｅ－?ｂ?ＨＮ０２?＋?Ｈ２０??１．５．３不锈钢钝化膜??不锈钢属于含Ｃｒ合金钢，对于部分钢种，Ｎｉ也是主要合金元素之一。相比??于Ｆｅ，?Ｃｒ、Ｎｉ都属于易钝化元素，所以不锈钢钝化膜成分十分复杂。目前获得??学界广泛承认的结构是双层膜结构模型，包括外层的Ｆｅ（ＯＨ）３和ＦｅＯｘ，以及内??层的Ｃｒ（ＯＨ）３与Ｃｒ２０３。也有学者认为钝化膜外层为Ｆｅ２〇３，内层为Ｃｒ２〇３。而对??于含镍不锈钢，在双层模型的基础上还存在贴近金属基体的Ｎｉ富集最内层。总??而言之，在钝化膜深度上发生不同元素氧化物／氢氧化物的富集已经得到公认，??而且一般认为富Ｆｅ层在外，富Ｃｒ层在内。对于Ｆｅ－Ｃｒ合金而言，Ｃｒ相比于Ｆｅ??更容易被氧化，从而生成内层Ｃｒ氧化物。而Ｆｅ虽然与０
【参考文献】：
期刊论文
[1]海洋石油装备材料的应用现状及发展建议(上)[J]. 杜伟,李鹤林. 石油管材与仪器. 2015(05)
[2]海洋大气腐蚀的室内模拟加速试验方法研究[J]. 田玉琬,程学群,李晓刚. 腐蚀与防护. 2014(08)
[3]ZG06Cr13Ni4Mo不锈钢水轮机叶片失效分析[J]. 李琼,刘智勇,卢琳,杜翠薇,汪崧,李晓刚. 腐蚀科学与防护技术. 2014(03)
[4]海洋大气环境下17-7PH不锈钢的接触腐蚀研究[J]. 王晴晴,上官晓峰. 钢铁研究学报. 2013(03)
[5]316L不锈钢在西沙海洋大气环境下的腐蚀行为评估[J]. 董超芳,骆鸿,肖葵,李朴华,李晓刚. 四川大学学报(工程科学版). 2012(03)
[6]13Cr超级马氏体不锈钢的组织[J]. 刘玉荣,业冬,徐军,姜雯,周永恒,刘鑫,李俊,苏杰,雍歧龙,赵昆渝. 材料热处理学报. 2011(12)
[7]水电行业用超级马氏体不锈钢合金化特点[J]. 邢丽娜. 山西冶金. 2009(04)
[8]低加热速率下ZG06Cr13Ni4Mo低碳马氏体不锈钢回火过程的相变研究[J]. 王培,陆善平,李殿中,康秀红,李依依. 金属学报. 2008(06)
[9]TGOG13Cr-1超级马氏体不锈钢的组织和性能[J]. 方旭东,张寿禄,杨常春,夏焱,赵建伟. 钢铁. 2007(08)
[10]环保型钝化剂双氧水钝化工艺的研究[J]. 杜越,赵贵荣,姚卉芳. 陕西电力. 2007(06)
博士论文
[1]厚断面马氏体不锈钢焊接工艺优化及熔敷金属断裂机理[D]. 杜兵.哈尔滨理工大学 2014
硕士论文
[1]超级13Cr马氏体不锈钢的动态组织转变[D]. 钟裕国.安徽工业大学 2019
[2]13Cr超低碳马氏体不锈钢热处理工艺与激光表面强化技术研究[D]. 肖浩然.华中科技大学 2017
[3]不锈钢化学钝化及硅烷处理的耐蚀性研究[D]. 肖稳.机械科学研究总院 2017
[4]高氮超级马氏体不锈钢0Cr16Ni5Mo-0.12N的组织与性能研究[D]. 董飞.东北大学 2012
本文编号：3597476
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