Cu-P-RE耐候鋼中稀土行為作用及機理的研究.pdf

1、本課題屬于“十五”國家科技攻關(guān)計劃“稀土應用工程”重大項目下的“稀土鋼新工藝新品種關(guān)鍵技術(shù)及產(chǎn)業(yè)化研究”課題的一部分，課題編號為2002BA315A05。 隨著國民經(jīng)濟建設的發(fā)展，鐵道車輛用鋼、集裝箱板、建筑塔架等除了要求鋼材有良好的耐腐蝕性能外，還同時要求有高的強度和韌性，對于綜合性能的提高稀土能起關(guān)鍵作用。以Cu、P為基的基礎(chǔ)上，利用我國豐富的稀土資源優(yōu)勢發(fā)展稀土耐候鋼是適合我國基本國情的，同時滿足了新一代高強耐大氣腐蝕鋼的

2、要求。但是由于稀土在耐候鋼中作用機理認識的不清楚，稀土耐候鋼耐蝕機理和腐蝕產(chǎn)物的組成研究尚不完全，對于稀土提高鋼的耐蝕性也只有一般性認識。從而導致在加入稀土工藝上及應用上存在很大程度上的盲目性，阻礙了稀土耐候鋼的應用和新鋼種的開發(fā)。隨著現(xiàn)代冶金新技術(shù)新工藝的發(fā)展，鋼的潔凈度逐漸提高，稀土在日益潔凈的鋼中的作用機制也勢必發(fā)生變化。為了更好地把具有中國資源特色的Cu-P-RE系耐候鋼發(fā)揚廣大，同時根據(jù)市場的需求不斷開發(fā)新型稀土耐候鋼，深入開

3、展稀土在耐候鋼中的作用及其機理、稀土加入工藝優(yōu)化研究是首要的和必須的。 本文以潔凈的10PCuRE鋼為出發(fā)點，深入系統(tǒng)地開展了稀土在鋼中的應用研究，包括稀土對耐候鋼中非金屬夾雜物、組織、機械性能、耐腐蝕性能等多方面的影響及其作用機理。 對于氧硫水平不同的試驗耐候鋼樣和上海寶鋼冶煉的現(xiàn)場耐候鋼樣，采用金相光學顯微鏡、圖像分析儀、掃描電鏡、電子探針等手段分析研究了稀土對不同潔凈度的耐候鋼中夾雜物的影響。得到了低氧硫組(O：～

4、0.0020wt％，S：～0.0040wt％)稀土耐候鋼，稀土含量在0.0065～0.01wt％的范圍內(nèi)，中氧硫組(O：0.004～0.007wt％，S：～0.008wt％)的稀土耐候鋼，稀土含量在0.012～0.023wt％的范圍內(nèi)，長條硫化錳夾雜完全消失，鋼中夾雜物基本上全部變性為細小彌散分布的球狀稀土氧硫化物，85％以上的夾雜物尺寸小于2μm，從而稀土改變了鋼中原有夾雜物的種類、形態(tài)、尺寸和分布，減少其對鋼材性能的危害作用，甚至如

5、此細小夾雜可以變?yōu)閷︿摬男阅苡欣囊蛩?，使得鋼的組織細化，并且有一定的固溶稀土含量，從而提高了鋼的綜合機械性能，即改善材料的塑韌性的同時也提高了強度。兩組試驗Cu-P系耐候鋼加入稀土后，提高了鋼的橫向沖擊韌性，尤其對低溫沖擊值提高明顯，促使鋼從解理斷裂向韌窩斷裂轉(zhuǎn)變。通過細化晶粒，稀土還可以降低材料的脆性轉(zhuǎn)化溫度。 通過實驗室加速腐蝕試驗、電化學試驗等腐蝕測試手段測量并計算了稀土耐候鋼腐蝕不同時期的腐蝕率，研究了稀土對耐候鋼耐蝕

6、性能的影響。得到加稀土的Cu-P系耐候鋼的耐蝕性要好于未加稀土的Cu-P系耐候鋼。通過極化曲線和交流阻抗譜的測定從電化學角度給出了試樣銹層保護性能的定量結(jié)果并揭示了稀土耐候鋼耐蝕性優(yōu)越的原因。稀土可以提高耐候鋼的自腐蝕電位、極化電阻，從而抑制了陽極反應，使整個電化學反應的阻力增大，使得鋼的腐蝕速率顯著降低。稀土還可以增加鋼的塔菲爾斜率，即陽極極化作用強，表面金屬離子化速率小，降低鋼的腐蝕速率。通過分析鋼的電化學交流阻抗譜，給出鋼在腐蝕液

7、中的電化學反應等效電路。描述了帶銹樣的腐蝕電化學和傳質(zhì)過程，測試的阻抗、電容等參數(shù)很好的表征了鋼樣表面銹層的結(jié)構(gòu)和性能特征。結(jié)果說明，稀土耐候鋼的銹層電阻大于普通耐候鋼的，電容比普通耐候鋼銹層的電容小，稀土耐候鋼保護性的內(nèi)銹層比普通耐候鋼的要厚、裂紋空洞要少。 通過掃描電鏡、電子探針、X射線衍射、紅外光譜等研究手段對稀土耐候鋼樣腐蝕不同時期的表面銹蝕相組成及合金元素的分布進行了研究，對稀土改善耐候鋼耐蝕性的機理做了深入探討，提出

8、了干濕周浸加速腐蝕實驗條件下耐候鋼表面銹層的生成過程模型。得到了耐候鋼加入稀土后，通過變質(zhì)長條硫化錳為球狀彌散分布的細小稀土氧硫化物，減弱了微區(qū)域電化學腐蝕，提高了鋼基體的電極電位及點蝕電位。同時分散分布的細小夾雜有利于促進鋼表面發(fā)生全面均勻腐蝕，可以作為腐蝕反應的活化點，對后期生成連續(xù)均勻致密的銹層是有利的。另一方面，稀土促進了合金元素Cu在銹層中的富集，有利于保護性內(nèi)銹層的生成。稀土使得不穩(wěn)定保護性差的銹蝕相如γ-FeOOH、Fe3