Q235钢在熔融冰晶石中腐蚀行为研究

发布时间：2017-09-05 07:18

  本文关键词：Q235钢在熔融冰晶石中腐蚀行为研究

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【摘要】：Q235钢是一种在工业生产中最普遍的低碳钢之一，广泛地应用于化工、冶金、建筑、机械等领域。在电解铝行业中，Q235以其低廉的价格、优异的焊接性能、易于获取等特点，成为电解铝电解槽、打壳锤头、特殊工具等的首选材料。在电解槽中，工作环境温度大约100℃~500℃，熔融冰晶石电解质温度高达950℃，Q235容易受到高温冰晶石的腐蚀，从而使Q235材质的工作失效，降低并且制约了其服役寿命。 当今对于Q235的腐蚀机理已经做了大量的研究，但是在电解铝行业中，对在电解铝槽环境中Q235钢的腐蚀机理研究的很少。目前，电解铝行业产能严重过剩，研究冰晶石对Q235的腐蚀机理对于电解铝行业有着很重要的意义。可以为电解铝行业材料的选择、降低成本、提升铝液质量、减轻劳动强度作参考。本文通过对Q235钢进行预氧化处理，在Q235表面生成一层耐熔融冰晶石腐蚀的氧化层，提高Q235钢耐高温腐蚀性能。应用XRD、SEM、EDS对氧化层的物相组织、形貌特征及化学成分进行测试分析，并从热力学、动力学方面详细的研究其预氧化Q235钢氧化层耐腐蚀性能，得出结论如下： (1)Q235钢经550℃保温30分钟后，表面生成氧化层仅由Fe3O4和Fe2O3组成，不生成FeO。其氧化层的结构由外向内依次为Fe2O3、Fe3O4，，Fe2O3氧化层虽致密，但厚度较薄，与基体连接性能不好，易脱落。Fe3O4厚度均匀、分布规则、连续致密且与基体连接良好不易脱落。 (2) Q235钢容易与高温熔融冰晶石粘结，随着保温时间的延长，冰晶石粘着与钢表面厚度增加，且不易剥离，而经550℃预氧化处理Q235，很少粘电解质。 (3)经550℃预氧化处理Q235钢，随着保温时间的延长其表层的Fe2O3溶解于冰晶石中，Fe3O4具有反尖晶石结构，由于其属于立方晶系，具有出色的热稳定性。 (4) Q235钢与预氧化Q235钢在熔融冰晶石中保温3小时后，Q235裸钢的腐蚀失重率大于经550℃预氧化处理过的Q235钢。经热力学分析，Q235裸钢在熔融冰晶石中，Fe会与冰晶石中的AlF3结合氧气生成氟化盐FeF3，熔点低，在1000℃易挥发，促进了化学反应4Fe+4AlF3+3O2=4FeF3+2Al2O3向右进行，使得Q235裸钢在熔融冰晶石中连续不断被腐蚀。 (5)预氧化Q235钢表面生成的Fe3O4氧化膜对Q235钢在熔融冰晶石环境下的热腐蚀有一定的保护作用，可以降低腐蚀速率，减轻熔盐对基体的破坏并维持氧化膜的完整性。该方法可以为Q235钢在电解铝行业的应用提供一种经济、易行的方法。
【关键词】：电解铝 低碳钢 预氧化 热腐蚀 冰晶石
【学位授予单位】：太原理工大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2015
【分类号】：TG142.1
【目录】：

• 摘要3-5
• ABSTRACT5-10
• 第一章 文献综述10-26
• 1.1 引言10
• 1.2 Q235 钢在铝电解的应用10-18
• 1.2.1 打壳锤头11-13
• 1.2.2 阳极钢爪13-17
• 1.2.3 电解槽工具17-18
• 1.3 Q235 钢耐腐蚀性能的研究现状18-19
• 1.4 熔盐热腐蚀的研究19-24
• 1.4.1 熔盐热腐蚀过程20
• 1.4.2 熔盐热腐蚀测量方法20-21
• 1.4.3 抗熔盐腐蚀材料的研究进展21-22
• 1.4.4 尖晶石型氧化物简介及其研究进展22-24
• 1.5 本课题研究的目标和主要内容24-26
• 1.5.1 本课题研究意义和目的24-25
• 1.5.2 研究内容25-26
• 第二章 实验方法26-36
• 2.1 实验方案26-27
• 2.2 实验原料27
• 2.3 试样的制备27-28
• 2.3.1 Q235 裸钢试样的制备27-28
• 2.3.2 预氧化 Q235 试样的制备28
• 2.4 腐蚀实验方法28-29
• 2.5 实验设备29-32
• 2.5.1 马弗炉29-30
• 2.5.2 电子天平30-31
• 2.5.3 干燥设备31-32
• 2.6 实验检测方法32-36
• 2.6.1 金相分析32
• 2.6.2 X 射线衍射32-33
• 2.6.3 扫描电子显微镜33-36
• 第三章 Q235 钢预氧化层微观结构36-46
• 3.1 引言36
• 3.2 Q235 钢氧化条件的选择36-38
• 3.2.1 氧化温度的选择36-37
• 3.2.2 冷却条件的选择37-38
• 3.3 Q235 氧化过程及氧化层形貌观察38-43
• 3.3.1 Q235 金相显微观察38
• 3.3.2 Q235 钢氧化层形貌38-40
• 3.3.3 预氧化 Q235 钢氧化皮物相组成40-42
• 3.3.4 氧化层表面宏观照片42-43
• 3.4 讨论43-45
• 3.4.1 影响 Q235 氧化层成分的因素43-44
• 3.4.2 影响 Q235 钢氧化层抗腐蚀性能的因素44-45
• 3.5 本章小结45-46
• 第四章 预氧化 Q235 钢在熔融冰晶石中的腐蚀46-54
• 4.1 引言46
• 4.2 腐蚀表面扫描电镜形貌分析46-48
• 4.3 氧化皮对 Q235 钢与冰晶石腐蚀界面分析48-51
• 4.4 Q235 钢粘着冰晶石宏观照片分析51-53
• 4.5 本章小结53-54
• 第五章 预氧化 Q235 钢在熔融冰晶石腐蚀行为分析54-62
• 5.1 引言54
• 5.2 热力学分析54-58
• 5.2.1 热力学分析的理论基础54-55
• 5.2.2 含铁化合物反应热力学分析55-58
• 5.3 动力学分析58-60
• 5.4 本章小结60-62
• 第六章 结论62-64
• 参考文献64-68
• 致谢68-70
• 攻读硕士学位期间发表的学术论文70

【参考文献】

中国期刊全文数据库 前10条

1 曹红美;张国栋;徐锦飞;孙少波;韩红兵;;等离子堆焊Q235电解打壳锤头的组织和性能[J];中国表面工程;2012年03期

2 刘晓亮;马海涛;王来;林中楠;;Fe-Cr合金预氧化后涂覆KCl盐膜的热腐蚀行为[J];材料保护;2009年09期

3 李远士,牛焱,吴维_

本文编号：796586