【正文】 腐蝕形貌觀察 ................................................... 17 第三章 試驗數(shù)據(jù)分析 .................................................. 18 浸泡腐蝕 ....................................................... 18 宏觀腐蝕形貌分析 ......................................... 18 試驗數(shù)據(jù)分析 ............................................. 18 電化學(xué)腐蝕 ..................................................... 19 極化曲線法 ............................................... 19 循環(huán)陽極曲線法 ........................................... 22 組織的變化對點蝕的影響 ......................................... 23 第四章 實驗結(jié)論 ...................................................... 25 參考文獻 .............................................................. 26 外文翻譯 .............................................................. 27 致謝 .................................................................. 39 蘭州理工大學(xué)本科生畢業(yè)論文 1 第一章 文獻綜述 、鑄態(tài)組織及性能特點 FeCr二元相圖及 1Cr17 鐵素體不銹鋼鑄態(tài)組織特征 圖 鐵鉻二元相圖 鐵素體型不銹鋼是含鉻量 W(Cr)=%～ 30%、含碳量 W(C)≤ %、組織以鐵素體為主的鐵鉻合金。 鐵素體不銹鋼性能特點 在各類不銹鋼中，鐵素體型不銹鋼具有良好的強度及冷成形性能，但在室溫及低溫下的韌性差，塑 脆性轉(zhuǎn)變溫度高，并有缺口敏感性，與奧氏體型不銹鋼相比，其蘭州理工大學(xué)本科生畢業(yè)論文 2 高溫強度不良；在低溫和大截面尺寸條件下，其韌性較低。前者包括氧化硼、氮化硼中的硼，不具有提高淬透 性的作用 。主要是 M 23(B， C)6 、 V4(C， B)3。 硼能抑制晶界片層狀、胞狀析出相以及改善碳化物不均勻分布的狀態(tài)，改善了晶界狀態(tài)。硼鋼中固溶硼在降溫過程中能夠在奧氏體晶界偏聚，降低了晶界能，可以阻礙先共析鐵素體在奧氏體晶界形核，因而在奧氏體向鐵素體轉(zhuǎn)變時，形核率 N降低；而且，硼對晶粒的長大速度沒有影響，則平均長大速度 G不變，從而使 N/G變小，晶粒數(shù) Z 小，平均晶粒尺寸大。 硼對鋼生產(chǎn)工藝的影響 硼鋼的生產(chǎn)工藝具有一系列特點，必須對冶煉、加工及熱處理工藝給予注意，才能保證使硼鋼獲得理想的組織和性能。 蘭州理工大學(xué)本科生畢業(yè)論文 5 硼鋼以微量硼代替大量其他合金元素，故與淬透性相同的其他合金鋼相比合金含量大大降低，在高溫時的變形抗力減小，容易塑性變形，其氧化皮也較松散、易脫落，所以硼鋼易于鍛、軋熱加工，對加工設(shè)備、工具的磨損、破壞也較小。多量和大尺寸 的硼相會降低硼鋼的韌性，即所謂的 “硼脆 ”。只要硼鋼鋼材能被淬透，回火后即可得到較好的綜合力學(xué)性能，而且在整個截面上比較均勻。具有自 鈍化特性的金屬在含有氯離子的介質(zhì)中 ,經(jīng)常發(fā)生孔蝕。 由于陰、陽兩極彼此分離 ,二次 腐蝕 產(chǎn)物將在孔口形成 ,沒有多大的保護作用。 (1)介質(zhì)類型 某些材料易發(fā)生點蝕的介質(zhì)是特定的。 (5)介質(zhì)溫度的影響 溫度升高，對不銹鋼來說點蝕電位降低能提高氯離子擴散速度。陽極的溶解速度隨電位變正而逐漸增大，這是正常的陽極溶出，但當(dāng)陽極電勢正到某一數(shù)值時，其溶解速度達到最大值，此后陽極溶解速度隨電勢變正反而大幅度降低，這種現(xiàn)象稱為金屬的鈍化現(xiàn)象。對某些體系，達到穩(wěn)態(tài)可能需要很長時間，為節(jié)省時間，提高測量重現(xiàn)性，往往人們自行規(guī)定每次電勢恒定的時間。采用恒電流法測定極化曲線時，由于種種原因，給定電流后，電極電勢往往不能立即達到穩(wěn)態(tài)，不同的體系，電勢趨于穩(wěn)態(tài)所需要的蘭州理工大學(xué)本科生畢業(yè)論文 10 時間也不相同，因此在實際測量時一般電勢接近穩(wěn)定 (如 1min～ 3min 內(nèi)無大的變化 )即可讀值，或人為自行規(guī)定每次電流恒定的時間。采用能使試驗溶液保持在規(guī)定溫度的恒溫槽。該法控制電極電勢以不同的速率，隨時間以三角波一次或多次反復(fù)掃描，電勢范圍是使電極上能交替發(fā)生不同的氧化和還原反應(yīng)，并記錄電流 電勢曲線 。 硼是一種微合金化元素，其在鋼中的作用一直受到材料研究者的關(guān)注，但微量硼對鐵素 體不銹鋼的影響尚未有人研究過。 首先抽真空至 179。從上半部分切去鑄態(tài)金相、腐蝕、硬度試樣，下半部分（無缺陷部分）鍛后切取各種試樣化分樣從扒皮后的圓柱表面車取即可。 4的平衡樣；蘭州理工大學(xué)本科生畢業(yè)論文 15 電化學(xué)腐蝕試樣：每個相同樣上去 2 個Φ 10179。本實驗采用光學(xué)金相顯微鏡型號為 分析試樣的組織特點，以及碳化物的分布、數(shù)量、和形貌 。因為析出相成分不同，激發(fā)出的背散射電子數(shù)量也不同，致使掃描電子顯微圖像上出現(xiàn)亮度上的差別。樣品中重元素區(qū)域相對于圖像上是亮區(qū)，而氫元素區(qū)域則為暗區(qū)。支架用聚氯乙烯塑料管或玻璃管制成，試樣能水平的放置在 S、 T、 W三個頂端上。參比電極推薦用甘汞電極或氯化銀電極，輔助電極用鉑電極或石墨電極。 試驗數(shù)據(jù)分析 將鑄態(tài)試樣用線切割切成 20179。 106 由上表中數(shù)據(jù)可計算出自腐蝕電流密度 I′ 和極化電阻 R， I′ =I/10mm2， R= ba*bc/(ba+bc)*I，式中 ba、 bc 分別表示陰極極化曲線和陽極極化曲線 常用對數(shù) 的Tafel 斜率， I 為自腐蝕電流， 表 33 不同試樣的自腐蝕電流密度和極化電阻 硼含量 /ppm 自腐蝕電流密度 I′ /μ A/cm2 極化電阻 R/Ω178。而硼含量的增加使 擊穿電位降低、 自腐蝕電位降低、自腐蝕電流密度 加大、極化電阻減小，說明硼 含量的增加使不銹鋼更容易發(fā)生點蝕行為，即對點蝕的敏感性升高。 ％的氯化鈉介質(zhì)中，隨著硼元素含量的增加，自腐蝕電位降低，自腐蝕電流密度升高；說明硼元素含量的增加使鑄態(tài) 1Cr17 不銹鋼的點蝕敏感性升高。 Ⅰ .簡介 在傳統(tǒng)的金屬鑄造中，結(jié)晶通常開始于液態(tài)金屬和鑄造模具交界面的非均勻形核，結(jié)果形成了有許多各種不同的結(jié)晶方向的顆粒，也就是一種隨機的組織變 化。 Bramfitt 研究在各種碳化物和氮化物附加物對 鐵素體在鐵水中形核的作用，并且發(fā)現(xiàn) TiN 和 TIC 是最有效的形核劑。這種技術(shù)能精確控制變量，諸如合金成分、爐體過熱、爐內(nèi)氣氛、鑄造速度、基體類型和組織，并且已被用于生產(chǎn)鑄鋼，用微觀結(jié)構(gòu)相似于 雙輥薄帶連鑄鑄造 生產(chǎn)的試樣。 蘭州理工大學(xué)本科生畢業(yè)論文 29 用于這項生產(chǎn)鑄造金屬試樣工作的熔體與基體接觸裝置如圖 1所示。 ，表面是用 1200的 SiC砂紙擦亮而且有非晶態(tài)鉻涂層，這就形成了一個光滑表面，經(jīng)過機加工和鉻覆蓋來產(chǎn)生有脊?fàn)罹€的表面，脊平行于浸入方向（圖 2）。 凝固微觀組織結(jié)構(gòu)由以下方法來確定，用一個全自動化的電子背散射衍射（ ESBD）設(shè)施并用萊卡 440相機拍攝記錄。 圖 6展出了極像圖，說明晶粒在冷硬鑄型表面的定向生長，并且在表面下 的距離。根據(jù)鑄樣表面距離，圖 7給出了所有鋼的組織晰度。由此可見， 98％的晶粒在與法線成 5176。 圖 7包含了由脊?fàn)罹€基體生產(chǎn)的各種鋼的組織數(shù)據(jù)。許多粒子經(jīng)能譜儀分析可能是氮化鈦（ TiN）。這些圖表和表 2說明基體的表面狀態(tài)不能單獨的對冷硬鑄型表面的形核密度有顯著的影響。 為了研究在集體和熔體的接觸面上的形核行為，冷硬鑄型表面的微觀結(jié)構(gòu)和組織的生長被研究出來。這項研究中，與發(fā)現(xiàn)方向成 15176。為了對所有鋼的學(xué)習(xí)，表面晶粒密度列于表ⅱ，這表明了鈦元素的添加對 形核效率的顯著影響。樣品被機械的打磨、電解拋光，并被夾雜在試劑中用以觀察鑄件形核地帶的微觀形貌，顯微偏析和顆粒結(jié)構(gòu)。基體塊是由 60179。表 1列出鋼中的合金元素說明鐵素體形成在凝固過程中。 Ⅱ .實驗過程 在薄不銹鋼帶中結(jié)晶晶粒的形核和長大行為，正在通過實驗室條件下的熔化物、基片接觸實驗來研究。 許多公司利用這個重要技術(shù)，使鑄件晶粒細化的接種物很早就已發(fā)現(xiàn)。鐵素體從一個光滑表面定向形核，提供了樹枝晶在垂直于基片＜ 001＞晶面方向上進一步生長的最適宜熱力學(xué)條件，從而在條狀鑄件中產(chǎn)生劇烈的纖維組織。因此， 鋼中加入微量的 B，使其耐點蝕性能降低。 擊穿電位大、 自腐蝕電位大、自腐蝕電流密度小，說明不銹鋼不容易發(fā)生點蝕；反之，則說明不銹鋼容易發(fā)生點蝕。 106 22 179。 1℃的 6%三氯化鐵 點蝕溶液中浸泡 24 h 后 ， 宏觀上試樣表面 看不到明顯的點蝕痕跡 。 試驗溶液為 ﹪氯化鈉溶液，用符合 GB/T1266規(guī)定的分析純氯化鈉 35g溶于965mL蒸餾水或去離子水中配制而成。 用符合 GB?T622 規(guī)定的優(yōu)級純鹽 酸和蒸餾水或去離子水配制成 ?L的鹽酸溶液，把符合 HG?T31085 規(guī)定的分析純?nèi)然F 100g 溶于 ?L 鹽酸溶液中，配制成 6％三氯化鐵溶液。在進行分析時，樣品上原子序數(shù)較高的區(qū)域由于收集到得背散射電子數(shù)量多，故熒光屏上的圖像較亮。樣品中重元素區(qū)域相對于圖像上是亮區(qū)，而氫元素區(qū)域則為暗區(qū)。 3 電化學(xué)腐蝕試樣的制備 首先將取好的試樣在金相實驗室依次用型號為 w50， w20， w7 的砂紙磨光，直到?jīng)]有較深的劃痕； 然后將試樣在拋光機上拋光，直到表面光亮有很好的鏡面效果 。 6 的試樣；浸泡腐蝕試樣：每個相同樣上去 2個 20179。 扒皮切頭取化分樣： 每個 試樣出爐后尺寸 約 為φ 103179。 ，得出研究目標所要求的結(jié)論 。在循環(huán)伏安測試實驗中，工作電極的電位以 10 mV/s 到 200 mV/s 的掃描速度隨時間線性變化 (圖 18(a))，在此同時記錄在不同電位下的電流 (圖 18(b))。但是在對比 試驗中，每次試驗的參比電極和蘭州理工大學(xué)本科生畢業(yè)論文 11 輔助電極應(yīng)分別一致。以試樣能大致處在溶液中間部位來確定支架高度 h。 上述兩種方法都已經(jīng)獲得了廣泛應(yīng)用，尤其是動態(tài)法，由于可以自動測繪，掃描速度可控制一定，因而測 量結(jié)果重現(xiàn)性好，特別適用于對比實驗。穩(wěn)態(tài)體系指被研 究體系的極化電流、電極電勢、電極表面狀態(tài)等基本上不隨時間而改變。 金屬的陽極 極化 過程是指金屬作為陽極時在一定的外電勢下發(fā)生的陽極溶解過程，如下式所示： M→Mn +＋ ne。 SO42含量 足夠高時，能完全把氯離子從表面排擠掉 。 影響點蝕的各種因素 合金因素（內(nèi)因） 每種金屬或合金在某種介質(zhì)中耐點蝕的性能取決于它們在那種介質(zhì)中的點蝕電位（或擊穿電位）。蝕孔內(nèi)的金屬表面處于活化狀態(tài) ,電位較負 ,蝕孔外的金屬表面處于鈍化狀態(tài) ,電位較正 ,于是孔內(nèi)和孔外構(gòu)成一個活態(tài) 鈍態(tài)微電偶 腐蝕 電池 ,電池具有大陰極小陽極面積比結(jié)構(gòu) ,陽極電流密度很大 ,蝕孔加深很快 ,孔外金屬表面同時受蘭州理工大學(xué)本科生畢業(yè)論文 7 到陰極保護 ,可繼續(xù)維持鈍化狀態(tài)。 點蝕機理 在壓力容器表面的局部地區(qū) ,出現(xiàn)向深處 腐蝕 的小孔 ,其余地區(qū)不 腐蝕 或 腐蝕 輕微 ,這種 腐蝕 形態(tài)稱為小孔 腐蝕 (也稱點蝕 ) 。所以一些硼鋼淬火后并非必須回火，特別是碳含量低于 ％的硼鋼。淬火前最好預(yù)先正火以得到盡可能多的固溶硼。但是用鈦定氮保護硼形成的 TiN 也很容易使鋼的韌性、疲勞性能甚至機加工性能變壞。鋼的化學(xué)成分一定時，淬硬性隨著淬火溫度的變化具有一個峰值特征。 單 位體積內(nèi)晶粒的平均數(shù)量用 Z 表示，則在均勻條件下形核和成長時， Z 與 N和 G的關(guān)系為： Z=K(N/G)3/4，其中 K為比例常數(shù)，約為 。 硼強化晶界的機理 硼偏集于晶界上，使晶界區(qū)域的晶格缺位和空穴減少，晶界自由能降低。 對于高合金鋼中硼的存在形式，目前也有不少的研究。根據(jù) x 射線結(jié)構(gòu)分析和最近的擴散數(shù)據(jù)以及滯彈性研究結(jié)果綜合分析推斷，硼在 α Fe 形成置換式固溶體，在 γ Fe中形成間隙和置換兩種形式的固溶體。由于δ相是在晶界析出，消耗了大量的鉻，使耐腐蝕性下降。試驗結(jié)果表明， 1Cr17 中加入硼元素使其對點蝕的敏感性上升，耐點蝕性能下降。 作者簽名： 日期： 年 月 日 學(xué)位論文版權(quán)使用授 權(quán)書 本學(xué)位論文作者完全了解學(xué)校有關(guān)保留、使用學(xué)位論文的規(guī)定，同意學(xué)校保留并向國家有關(guān)部門或機構(gòu)送交論文的復(fù)印件和電子版，允許論文被查閱和借閱。蘭州理工大學(xué)本科生畢業(yè)論文 I 畢業(yè)設(shè)計（論文） 含硼鑄態(tài)鐵素體不銹鋼 1Cr17 的點蝕行為研究