超低碳新型不锈钢的钝化及其再钝化行为研究

发布时间：2017-09-21 01:12

  本文关键词：超低碳新型不锈钢的钝化及其再钝化行为研究

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【摘要】：超低碳马氏体不锈钢(SMSS)作为油气输送管线的新材料具有优良的性能。研究和发展具有良好耐蚀性的超低碳新型马氏体不锈钢对我国不锈钢产业具有重要的意义。本文采用电化学、X射线光电子能谱(XPS)和浸泡等手段,研究了SMSS在不同溶液体系(纯酸碱溶液、NaCl盐溶液中、Na2S2O3盐溶液)、不同pH、不同钝化电位下的钝化性能、再钝化性能和半导体性质等。在纯酸碱溶液体系中：极化曲线表明,在H2S04溶液/NaOH溶液中,SMSS都有稳定的钝化区及二次钝化区,随着酸碱性的增强,活化电流密度、维钝电流密度都有所升高。但在NaOH溶液中的极化曲线上没出现活化峰,SMSS活化后直接进入了钝化状态,并且钝化区范围很大。在pH值为1的H2SO4溶液中测试的电化学实验表明：SMSS钝化膜生长速率随电位升高而升高,钝化膜形成时间越来越短；在钝化区内,两种SMSS的电流密度相差不大,长时间极化后仍稳定。但两种SMSS的阻抗在0.6 V较高钝化电位下,钝化膜表面阻抗较小,钝化膜稳定性下降；对SMSS的半导体特性分析得出,电容随频率增大而减小,稳定钝化区在不同的极化时间后均表现了明显的p型和n型半导体特征,SMSS随极化电位的提高表现出不同的半导体特性。此外,加入W元素可以降低受主NA和施主密度ND,提高钝化膜的稳定性和耐蚀性。在NaCl盐溶液体系中：电化学测试结果表明,与在酸性条件下相比,两种SMSS在碱性条件下形成的钝化区宽度都要更宽,维钝电流Ip更小,恒电位极化后的极化电阻(Rp)明显更大。说明SMSS在碱性NaCl盐溶液中的钝化能力要强于酸性NaCl盐溶液中的钝化能力,且SMSS 1的钝化膜具有更稳定的结构和更高的钝化能力；Mott-Schottky曲线分析表明,在pH 4/10下,SMSS1的斜率都要高于SMSS 2的,ND或NA的浓度也比SMSS 2低。在碱性溶液中,钝化膜表面主要构成是铁氧化物,氧化物的Fe/Cr比值比在酸性溶液中高,说明了含W的SMSS1的耐蚀性和钝化能力较好。在Na2S2O3盐溶液体系中：在不同浓度和pH条件下测试的电化学结果表明,溶液中产生的硫离子改变了不锈钢的钝化能力。在10-3 mol/L的溶液中,钝化区是最宽的,SMSS具有很好的钝化能力,抗应力腐蚀效果较好；在pH 4～5内,稳定钝化区内电流密度变化不大,钝化能力较好,钝化膜具有良好的稳定性和保护性。而在pH 3.5下的钝化能力很弱,阳极溶解更容易的发生,钝化膜内层Cr203量减少,使钝化膜的结构和性能发生变化。在不同氯离子浓度下测试的再钝化实验表明：氯离子浓度的提高不仅会降低再钝化速率,而且会使SMSS的应力腐蚀敏感性上升,使得材料在服役过程中更容易发生应力腐蚀；另外加入的W元素可以使SMSS的再钝化速率提高。此外,XPS测试结果除了确定合金元素W对钝化膜钝化能力的影响外,同时还确定了在酸性和碱性溶液中钝化膜成分都以Fe氧化物、Cr氧化物为主,结构为Fe氧化物和Cr氧化物的混合层,且Fe和Cr氧化产物可促进钝化膜形成地更加稳定和致密,有利于提高不锈钢钝化膜的保护性能。
【关键词】：超低碳马氏体不锈钢 极化曲线 电化学阻抗谱 Mott-Schottky曲线 XPS分析
【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】：TG142.71
【目录】：

• 摘要5-7
• Abstract7-12
• 第一章 绪论12-32
• 1.1 超低碳马氏体不锈钢的简介12-14
• 1.1.1 超低碳马氏体不锈钢的发展概况12-13
• 1.1.2 超低碳马氏体不锈钢的概念及其组织性能特征13-14
• 1.2 合金元素在超低碳马氏体不锈钢中的作用14-20
• 1.3 超低碳马氏体不锈钢的腐蚀现象20-25
• 1.3.1 点腐蚀21-24
• 1.3.2 应力腐蚀24-25
• 1.4 不锈钢的钝化及钝化机理25-28
• 1.5 环境对不锈钢钝化膜的影响28-30
• 1.5.1 pH值对钝化膜的影响28
• 1.5.2 氯、硫等活性离子对钝化膜的破坏作用28-29
• 1.5.3 电位对钝化膜的影响29-30
• 1.6 本论文研究的意义及内容30-32
• 第二章 试验方法和装置设计32-40
• 2.1 试验材料和设备32-33
• 2.2 试验方法33-35
• 2.2.1 电化学测试方法33-35
• 2.2.2 XPS测试方法35
• 2.3 划擦试验装置设计35-40
• 2.3.1 制作要求和加工35-36
• 2.3.2 电解池装置设计36-38
• 2.3.3 装配与调试38-40
• 第三章 纯酸碱性溶液对超低碳马氏体不锈钢钝化行为的影响40-54
• 3.1 不锈钢在不同pH的纯酸碱性溶液中的极化曲线分析40-44
• 3.1.1 在H_2SO4酸性溶液中的极化曲线分析40-42
• 3.1.2 在NaOH碱性溶液中的极化曲线分析42-44
• 3.2 不锈钢在H_2SO_4溶液中钝化行为的EIS表征44-52
• 3.2.1 电流-时间曲线及交流阻抗分析44-47
• 3.2.2 半导体特性分析47-52
• 3.3 本章小结52-54
• 第四章 超低碳马氏体不锈钢在不同pH的盐溶液中的钝化和腐蚀行为54-66
• 4.1 不锈钢在NaCl溶液中的钝化和腐蚀行为分析54-59
• 4.1.1 极化曲线54-55
• 4.1.2 EIS及电路拟合55-58
• 4.1.3 M-S曲线及半导体特征分析58-59
• 4.2 不锈钢在Na_2S_2O_3溶液中的钝化和腐蚀行为分析59-63
• 4.2.1 不同浓度Na_2S_2O_3下对不锈钢极化曲线的影响60-61
• 4.2.2 不同pH下对不锈钢极化曲线的影响61-62
• 4.2.3 浸泡实验后的EIS及电路拟合分析62-63
• 4.3 本章小结63-66
• 第五章 对超低碳马氏体不锈钢的再钝化行为的分析66-74
• 5.1 再钝化性能的评价66-69
• 5.1.1 划擦后电流-时间关系66-67
• 5.1.2 合金元素的影响67
• 5.1.3 Cl~-的影响67-69
• 5.2 应力腐蚀敏感性分析69-72
• 5.2.1 氯离子浓度的影响71-72
• 5.2.2 电位的影响72
• 5.3 本章小结72-74
• 第六章 W元素对超低碳马氏体不锈钢钝化行为的影响74-82
• 6.1 H_2SO_4溶液中的XPS分析74-78
• 6.2 NaCl溶液中的XPS分析78-81
• 6.3 本章小结81-82
• 第七章 结论82-84
• 本文创新点84-85
• 致谢85-86
• 参考文献86-92
• 附录A 攻读硕士学位期间发表的论文92

【参考文献】

中国期刊全文数据库 前3条

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2 白鹤;王伯健;丰振军;沈志军;王平怀;;淬火温度对含钼马氏体不锈钢组织性能的影响[J];材料研究与应用;2010年02期

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本文编号：891494