典型不銹鋼微觀組織演變與腐蝕性能的研究.pdf

1、本論文的工作主要分兩大方面開展：鐵素體不銹鋼的高溫氧化，以及奧氏體和雙相不銹鋼的局部腐蝕。
　　鐵素體不銹鋼具有優(yōu)良的耐高溫腐蝕和應(yīng)力腐蝕性能、低的熱膨脹系數(shù)、和優(yōu)良的性價(jià)比，因此在高溫環(huán)境下得到廣泛應(yīng)用。在高溫環(huán)境下，鐵素體不銹鋼能在表面形成一層致密氧化膜而增加其抗高溫氧化性能。然而，在高溫水汽環(huán)境下使用會(huì)改變氧化膜的形成機(jī)制并且加速材料氧化速率，而最終導(dǎo)致保護(hù)性的氧化膜破裂而失效，因此有必要深入理解其水汽環(huán)境下的氧化機(jī)制。給實(shí)

2、際應(yīng)用和新型鋼種開發(fā)提供理論支持。具體的研究?jī)?nèi)容及創(chuàng)新點(diǎn)如下：首次在國(guó)內(nèi)成功建立水同位素示蹤技術(shù)，并結(jié)合二次離子質(zhì)譜(SIMS)深入研究鐵素體在水汽環(huán)境下的氧化機(jī)制：氧化膜主要由金屬元素向外擴(kuò)散氧化形成，但還存在少量水分子擴(kuò)散進(jìn)入?yún)⑴c氧化；同時(shí)，進(jìn)一步研究添加元素Nb和Ti對(duì)氧化的影響，得出結(jié)論：Nb元素的單獨(dú)添加，會(huì)增加430SS的氧化速率，然而復(fù)合添加Nb和Ti則能有效降低氧化速率。
　　奧氏體和雙相不銹鋼在實(shí)際應(yīng)用過程當(dāng)中往

3、往會(huì)因?yàn)椴贿m當(dāng)?shù)臒崽幚砗秃附拥葘?dǎo)致二次相的析出，如：碳化物、氮化物、σ、x和R等等，而導(dǎo)致腐蝕更容易發(fā)生，最終導(dǎo)致材料失效。因此，非常有必要研究合金成分與熱處理制度(高溫固溶和中溫時(shí)效敏化)對(duì)雙相不銹鋼微觀結(jié)構(gòu)演變及其耐局部腐蝕能力的影響，得出典型雙相不銹鋼的合金設(shè)計(jì)與組織控制原則，為新型雙相不銹鋼的設(shè)計(jì)提供重要的科學(xué)依據(jù)。
　　雙相不銹鋼是較復(fù)雜的體系，它包含有鐵素體和奧氏體兩相。因此，首先從簡(jiǎn)單體系出發(fā)，研究理解單相奧氏體不銹

4、鋼的腐蝕發(fā)生機(jī)制。具體的研究?jī)?nèi)容及創(chuàng)新點(diǎn)如下：采用雙環(huán)電化學(xué)動(dòng)電位回掃方法(DL-EPR)研究理解單相奧氏體AISI301B和301S在500-900℃溫度區(qū)間時(shí)效處理不同時(shí)間的晶間腐蝕演變情況，并繪制出溫度-時(shí)間-敏感性曲線。通過觀察材料的微觀結(jié)構(gòu)，得到碳化物析出形態(tài)、位置以及與晶間腐蝕敏感程度之間的對(duì)應(yīng)關(guān)系。最后根據(jù)碳化物的形核、長(zhǎng)大和貧鉻區(qū)的演變情況，提出AISI301B和301S奧氏體不銹鋼整個(gè)晶間腐蝕發(fā)生過程的理論模型和相應(yīng)預(yù)

5、防晶間腐蝕的措施。研究得出碳化物的析出導(dǎo)致周邊形成貧Cr區(qū)是晶間腐蝕發(fā)生的根本原因；同時(shí)由于301B的含碳量低于301S，因此其抗晶間腐蝕性能也更優(yōu)；301B和301S不銹鋼的鼻尖溫度都為800℃，在低溫下析出碳化物占主導(dǎo)，高溫下Cr元素在晶界處的重新分布(再愈合)占主導(dǎo)；最后提出三項(xiàng)預(yù)防晶間腐蝕措施，及降低體系含碳量、添加有益合金元素如：Nb，Ti等等和控制碳化物沉淀的部位和比例。
　　在理解單相奧氏體晶間腐蝕基礎(chǔ)上，對(duì)復(fù)雜體系

6、雙相不銹鋼開展研究。具體的研究?jī)?nèi)容及創(chuàng)新點(diǎn)如下：對(duì)DL-EPR方法進(jìn)行優(yōu)化，首次建立針對(duì)雙相不銹鋼的DL-EPR電化學(xué)方法；應(yīng)用DL-EPR方法分析析出相動(dòng)力學(xué)、貧鉻區(qū)演變以及選擇性腐蝕敏感性之間的內(nèi)在聯(lián)系；并且，首次采用微區(qū)電化學(xué)掃描(SECM)進(jìn)一步研究雙相不銹鋼微觀局部的電化學(xué)特性。研究得出DL-EPR的最優(yōu)化條件是：溶液介質(zhì)為2mol/L H2SO4+1mol/L HCl，掃描速率為1.66mV/s，溶液溫度為30℃；雙相不銹鋼