不同Ni含量的耐候钢在模拟高湿热海洋环境下的腐蚀行为研究

发布时间：2017-08-30 10:48

  本文关键词：不同Ni含量的耐候钢在模拟高湿热海洋环境下的腐蚀行为研究

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【摘要】：与乡村大气环境及工业大气环境相比,海洋大气环境更加复杂、恶劣、且氯离子浓度较高。南海的海洋大气环境不但氯离子浓度较高,而且还具有高湿、高热、强辐射等特点。因此,普通碳钢及低合金钢在海洋大气环境下并没有得到良好的使用。随着国家对海洋工程用钢的日益重视,对海洋大气环境下使用的低合金结构钢提出了更高的耐蚀要求。通过添加Ni、Cu、Cr等合金元素能够提高耐候钢的耐大气腐蚀性能,因此建立新型的耐候钢合金体系成为研究海洋工程用钢的方向。这对我国的海洋工程建设及国防科技事业都有着极其重要的意义。早期研究表明,在钢中添加合金元素Ni能使其自腐蚀电位正移,稳定性增加。Ni元素能够在锈层中富集,细化锈层晶粒并增加其致密性。同时Ni还能促进内锈层中纳米级、超顺磁性的α-FeOOH的形成,使锈层具有保护性从而阻挡氯离子的透过。因此在钢中添加Ni元素对改变耐候钢的耐海洋大气腐蚀性能具有重要的现实意义。但由于Ni元素的价格较为昂贵,前期的研究对不同Ni含量尤其是较高Ni含量耐候钢的耐蚀性缺乏比较和论述,因而开展Ni元素对耐候钢在海洋大气环境下耐蚀性影响的研究具有一定的价值。本文通过实验室周期浸润加速腐蚀试验模拟高湿热海洋大气环境,研究了Ni元素对低碳结构钢耐蚀性能的影响。并通过改变不同的试验条件,探究相关环境因子对不同Ni含量耐候钢耐蚀性能的影响。并借助扫描电子显微镜(SEM)、X射线衍射分析(XRD)及电化学方法探讨腐蚀机理及锈层形成及失效机制。周期浸润加速腐蚀试验结果表明,随着Ni含量的增加,试验钢的腐蚀速率呈逐渐降低趋势。经96h周浸实验,含Ni超过3%的试验钢耐蚀性较对比钢提高了一倍。锈层XRD及SEM分析结果表明,试验钢的锈层物相均由Fe3O4,γ-FeOOH和γ-FeOOH组成,Ni能够能使耐候钢锈层的致密性增加,随着钢中Ni含量的增加,锈层中稳定性保护锈层物相γ-FeOOH的比例增加且更为细化。电化学研究发现随着Ni含量的增加,试验钢裸钢的自腐蚀电位升高,带锈钢出现钝化区宽化,钝化电流密度减小,锈层电阻增大。不同C1-浓度环境模拟试验结果表明,随着C1-浓度的增大,试验钢的腐蚀程度增大,且不利于致密锈层的形成。不同辐照量模拟试验结果表明,辐照对耐候钢在海洋大气环境下耐蚀性的影响较大,在半天辐照的条件下,试验钢的腐蚀速率最大,且呈直线增大的趋势；在无辐照的情况下,试验钢腐蚀速率都呈现前期急剧增大后期趋于平缓的趋势；在全天辐照的情况下,含Ni0.19%对比钢的腐蚀速率仍呈直线增加的趋势,而含Ni3%试验钢的腐蚀速率呈现先急剧增大后趋于平缓的趋势。辐照有利于稳定物相α-FeOOH的形成。
【关键词】：高湿热海洋大气环境 耐候钢 Ni元素 锈层 电化学
【学位授予单位】：昆明理工大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2015
【分类号】：TG142.1
【目录】：

• 摘要5-7
• Abstract7-12
• 第一章 绪论12-34
• 1.1 研究背景12-13
• 1.2 碳钢及低合金钢的大气腐蚀机理13-18
• 1.2.1 大气腐蚀的概念和分类13
• 1.2.2 钢的大气腐蚀过程13-18
• 1.3 影响碳钢及低合金钢大气腐蚀的因素18-26
• 1.3.1 气象因素对钢铁耐大气腐蚀性能的影响18-19
• 1.3.2 环境因素对钢铁耐大气腐蚀性能的影响19
• 1.3.3 合金元素对钢铁耐大气腐蚀性能的影响19-23
• 1.3.4 锈层对钢铁耐大气腐蚀性能的影响23-26
• 1.4 耐候钢的特点及发展26-32
• 1.4.1 耐候钢的含义26
• 1.4.2 耐候钢的发展26-31
• 1.4.3 含Ni耐候钢的发展现状31-32
• 1.5 本课题的选题意义及研究内容32-34
• 1.5.1 选题意义32-33
• 1.5.2 研究内容33-34
• 第二章 试验材料与试验方法34-42
• 2.1 试验材料34-35
• 2.2 试验方法35-42
• 2.2.1 力学性能测试35
• 2.2.2 金相观察35-36
• 2.2.3 耐大气腐蚀性能试验36-38
• 2.2.4 腐蚀产物的观察与分析38
• 2.2.5 电化学测试38-42
• 第三章 试验钢的组织和性能42-50
• 3.1 试验钢微观组织分析42-43
• 3.2 试验钢中的夹杂物分析43-46
• 3.2.1 夹杂物评级43
• 3.2.2 夹杂物的形貌和成分分析43-46
• 3.3 试验钢的力学性能46-48
• 3.3.1 冲击韧性结果46-47
• 3.3.2 拉伸试验结果47-48
• 3.4 本章小结48-50
• 第四章 Ni元素对低碳结构钢耐高湿热海洋大气腐蚀性能的影响.50-80
• 4.1 周期浸泡试验腐蚀失重分析51-53
• 4.2 锈层分析53-60
• 4.2.1 锈层宏观形貌54-55
• 4.2.2 锈层截面形貌55-57
• 4.2.3 锈层微观形貌57-60
• 4.3 锈层物相分析60-62
• 4.4 电化学研究62-74
• 4.4.1 试验钢在0.05mol/L NaCl溶液中的极化曲线62-64
• 4.4.2 试验钢极化后的腐蚀形貌64-65
• 4.4.3 试验钢在0.05mol/L NaCl溶液中腐蚀过程的EIS表征65-74
• 4.5 探究较长时间周浸试验后含Ni耐候钢耐蚀性的变化规律74-78
• 4.5.1 周期浸泡试验腐蚀失重分析74
• 4.5.2 锈层分析74-78
• 4.6 本章小结78-80
• 第五章 环境因素对耐候钢耐蚀性能的影响80-98
• 5.1 Cl~-浓度对试验钢腐蚀行为的影响81-86
• 5.1.1 Cl~-浓度对腐蚀速率的影响81-82
• 5.1.2 C1~-浓度对锈层的影响82-85
• 5.1.3 Cl~-浓度对锈层物相的影响85-86
• 5.2 辐照对试验钢腐蚀行为的影响86-95
• 5.2.1 辐照对腐蚀速率的影响87-88
• 5.2.2 辐照对锈层的影响88-93
• 5.2.3 辐照对锈层物相的影响93-95
• 5.3 本章小结95-98
• 第六章 结论与展望98-100
• 6.1 结论98-99
• 6.2 展望99-100
• 致谢100-102
• 参考文献102-110
• 附录A：攻读学位期间发表论文目录110

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