双相不锈钢组织变化及腐蚀行为的研究

发布时间：2017-08-09 06:26

  本文关键词：双相不锈钢组织变化及腐蚀行为的研究

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【摘要】：双相不锈钢兼具奥氏体不锈钢与铁素体不锈钢的优点,因具有优良的力学性能和耐腐蚀性能而广泛应用于石油、化工、海洋等领域。双相不锈钢在300℃~1000℃温度范围内基体两相(α+γ)比例改变且会析出有害相(特别是σ相),显著影响双相不锈钢的性能。本课题选取00Cr21Ni2Mn5N、00Cr22Ni5Mo3N、00Cr25Ni7Mo3N和00Cr27Ni7Mo5N这四种最具代表性的双相不锈钢,采用金相、扫描电镜(SEM)、透射电镜(TEM)、电化学法、俄歇电子能谱(AES)、动电位电化学阻抗法(DEIS)、X射线光电子能谱(XPS)等方法对固溶及不同时效处理后的试验钢的组织、耐点蚀性能和表面钝化膜特性进行分析。研究结果表明:(1)完全固溶处理后的四种双相不锈钢中无σ相等有害相存在且α/γ比值接近1:1,此时耐点蚀性能很好;(2)不同时效条件下,00Cr21Ni2Mn5N钢析出相主要为Cr2N和σ相,00Cr22Ni5Mo3N、00Cr25Ni7Mo3N和00Cr27Ni7Mo5N钢主要析出相为σ相,也有μ相和Laves相析出;(3)时效后有害相析出量与温度符合倒“V”字型曲线关系,且随着合金元素含量的增加,σ相等有害相析出量越来越多,完全固溶温度越来越高;(4)时效后双相不锈钢的点蚀电位与温度呈正“V”字型曲线关系,点蚀电位随有害相析出量增加而减小,双相不锈钢合金元素含量越高,导致耐点蚀性能显著下降所对应的σ相含量越大;(5)四种双相不锈钢钝化膜主要为层状的Cr和Fe的氧化物与氢氧化物,具有双极性n-p型半导体特性。00Cr21Ni2Mn5N、00Cr22Ni5Mo3N和00Cr25Ni7Mo3N钢钝化膜最外层可能存在极少量三价Fe氧化物,向内为钝化膜主要成分Cr2O3和Cr O2,前两种双相不锈钢还有Fe O和Fe(OH)2存在;00Cr27Ni7Mo5N钢表面钝化膜以M-OH型化合物为主,外层为γ-Fe OOH,内层为Cr(OH)3和Cr OOH组成的钝化膜主体部分。直至到达基体时Cr、Fe、Ni、Mo等元素以金属态存在。随着双相不锈钢合金元素含量的增加,表面钝化膜钝化能力逐渐增强,因此耐点蚀性能越来越好。
【关键词】：双相不锈钢 时效处理 σ相 点蚀电位 钝化膜
【学位授予单位】：西安建筑科技大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2015
【分类号】：TG142.71
【目录】：

• 摘要3-5
• ABSTRACT5-10
• 1 绪论10-26
• 1.1 课题背景10-13
• 1.1.1 双相不锈钢的发展历史10-11
• 1.1.2 双相不锈钢的性能特点11
• 1.1.3 双相不锈钢的应用领域11-13
• 1.2 双相不锈钢的组织13-15
• 1.2.1 金属间化合物14
• 1.2.2 碳化物和氮化物14-15
• 1.2.3 二次奥氏体15
• 1.3 双相不锈钢中的合金元素15-17
• 1.3.1 合金元素与双相不锈钢组织与性能的关系15-16
• 1.3.2 合金元素与双相不锈钢相比例的关系16-17
• 1.4 双相不锈钢的腐蚀17-21
• 1.4.1 点蚀17-18
• 1.4.2 点蚀的影响因素18-19
• 1.4.3 点蚀的评价方法19-21
• 1.5 钝化膜21-25
• 1.5.1 金属钝化21
• 1.5.2 钝化膜的特性21-22
• 1.5.3 常见钝化处理方法22
• 1.5.4 钝化膜分析方法22-25
• 1.6 本课题的研究内容25-26
• 2 试验材料及研究方法26-33
• 2.1 Thermo-Calc热力学软件计算26-27
• 2.2 试验材料27-29
• 2.2.1 试验用钢27
• 2.2.2 热处理工艺27-28
• 2.2.3 实验试剂28-29
• 2.3 显微组织观察及分析29-30
• 2.3.1 析出相的标定29
• 2.3.2 组织及形貌分析29
• 2.3.3 相比例的测定29-30
• 2.4 耐点蚀性能测试30-31
• 2.4.1 设备及试样处理30
• 2.4.2 点蚀电位的测定30
• 2.4.3 背散射电子成像（BSE）30-31
• 2.5 钝化膜分析31-33
• 2.5.1 动电位电化学阻抗法（DEIS）31
• 2.5.2 Mott-Schottky曲线31
• 2.5.3 载波钝化31-32
• 2.5.4 俄歇电子能谱（AES）32
• 2.5.5 X射线光电子能谱（XPS）32-33
• 3 双相不锈钢的热力学计算33-36
• 3.1 引言33
• 3.2 双相不锈钢析出相的计算33-35
• 3.3 主要元素随基体两相比例的变化35
• 3.4 本章小结35-36
• 4 双相不锈钢组织演变规律的研究36-52
• 4.1 引言36
• 4.2 实验方法36-37
• 4.3 实验结果与讨论37-51
• 4.3.1 双相不锈钢析出相的TEM判定37-40
• 4.3.2 双相不锈钢中有害相的析出40-45
• 4.3.3 双相不锈钢中 σ 相成分分析45-49
• 4.3.4 双相不锈钢相比例演变49-51
• 4.4 本章小结51-52
• 5 双相不锈钢点蚀行为的研究52-68
• 5.1 引言52
• 5.2 实验方法52
• 5.3 实验结果与讨论52-67
• 5.3.1 点蚀电位的测定52-59
• 5.3.2 有害金属间相与点蚀电位的关系59-60
• 5.3.3 α/γ 与点蚀电位的关系60-61
• 5.3.4 点蚀坑形貌观察61-67
• 5.4 本章小结67-68
• 6 双相不锈钢钝化膜的研究68-81
• 6.1 引言68
• 6.2 实验方法68-70
• 6.2.1 钝化膜交流阻抗特性与M-S曲线测定68-69
• 6.2.2 载波钝化工艺参数的确定69
• 6.2.3 钝化膜成分、结构和各元素价态分析69-70
• 6.3 实验结果与讨论70-80
• 6.3.1 钝化膜交流阻抗特性70-72
• 6.2.2 钝化膜半导体性能分析72-73
• 6.3.3 钝化膜的成分分析73-76
• 6.3.4 钝化膜元素价态及结构分析76-80
• 6.4 本章小结80-81
• 7 结论81-83
• 参考文献83-90
• 附录 硕士研究生学习阶段发表论文90-91
• 致谢91

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