【正文】 Fe,γ Fe 鐵原子的半徑比率在間隙和置換兩個(gè)極限值之間，僅此判斷硼在鐵和鋼中即可形成間隙式 固溶體又可形成置換式固溶體。 硼在鋼中的存在形態(tài)可分為酸不溶硼和酸溶硼兩類。后者包括具有提高淬透性作用的固溶硼和 鐵、碳化合物 (如 Fe3(C、 B)、 Fe23(C、 B)6) 中的硼。對(duì) 50B 鋼的研究指出，在退火狀態(tài)的 50B 鋼中， 硼存在于固镕體 (鐵素體 )和碳硼化物Fe3(C， B)及 Fe23(B， C)6之中。當(dāng)然，并不排除征夾雜物中有硼的可能性，例如在實(shí)際生產(chǎn)中，硼的氮化物及氧化物的形成，也是難以避免的。已經(jīng)確定，隨 鋼 中硼含量不同，硼將在不同成份的析出物中出現(xiàn)。 M3B2及M2B 等類型析出物。 硼對(duì)鋼組織 的 影響 硼對(duì)鋼相變的影響 硼對(duì)鋼的相變的影響主要在于影響相變的孕育期，即“ C”曲線中，恒溫下開始蘭州理工大學(xué)本科生畢業(yè)論文 3 轉(zhuǎn)變前的時(shí)間，孕育期的物理本質(zhì)是新相形核的難易程度。鋼中加入硼后，由于硼是偏聚傾向較大的元素，能偏聚于晶界，降低了碳原子在晶界上的偏聚濃度，有效地抑制了先共析鐵素體的析出，并對(duì)貝氏體轉(zhuǎn)變推遲較少，從而形成自己獨(dú)特的“ C”曲線形 狀。硼減緩了合金元素沿晶界的擴(kuò)散過程 。 硼對(duì)晶粒尺寸的影響 在低碳鋼中隨硼的質(zhì)量分?jǐn)?shù)增加，奧氏體晶粒尺寸明顯增大。提高奧氏體化溫度， B 對(duì)奧氏體晶粒長大的作用會(huì)更加明顯。 為了保證 B 元素的有利作用，減少有害作用，須添加合金元素 Ti 來固定雜質(zhì)元素 O、N，從而使 B 處于固溶態(tài)，并偏聚于晶界以發(fā)揮其長處；并且形成的 TiN、 TiO 能有效的起到細(xì)化晶粒的作用；同時(shí) Ti 能抑制加熱時(shí)奧氏體晶粒的長大，并且微量的 Ti也有利于改善焊接熱影響區(qū)的韌性。因此，在結(jié)晶過程中凡是減小 N而增大 G，即：使 N/G減小的方法，都可以使晶粒變粗大。 蘭州理工大學(xué)本科生畢業(yè)論文 4 硼對(duì)鋼性能的影響 硼對(duì)鋼淬透 性的影響 硼對(duì)增加鋼的淬透性有重要意義，在鋼中加入主 ﹪～ ﹪的硼所達(dá)到的增加淬透性的作用，相當(dāng)于加入 ﹪的 Mn、 Cr 或 Mo。 根據(jù)相變理論，珠光體轉(zhuǎn)變屬于擴(kuò)散型轉(zhuǎn)變，新相的形核一般首先在母相奧氏體的晶界處形成，這是因?yàn)榫Ы缣幾钊菀诐M足三大起伏條件，即能量起伏、成分起伏和結(jié)構(gòu)起伏。 硼對(duì)鋼淬硬性的影響 微量硼能夠明顯提高不銹鋼的淬硬性，主要與不銹鋼的化學(xué)成分和夾雜物元素如氧、氮有關(guān)。微量的硼能夠明顯地提高不銹鋼的淬硬性，隨冷卻速度的加大，硬度逐漸提高。 由于硼的化學(xué)性質(zhì)極為活潑，很容易與鋼中的氧、氮結(jié)合，使硼失去作用，而且鋼中的硼含量又極少 ，所以在硼鋼的冶煉中如何保證穩(wěn)定地獲得適量的酸溶硼而且均勻地分布在鋼中是非常重要的。為了保護(hù)硼，在加硼前應(yīng)先行加入與氧、氮結(jié)合力比硼更強(qiáng)的鋁、鈦、鋯等，即先加鋁脫氧，再加鈦等定氮，最后向爐中或鋼包中加入硼，這就是所謂的經(jīng)典法。常用的一種復(fù)合合金的成分 (質(zhì)量分?jǐn)?shù) )是： 20 鈦、 13 鋁、 4 鋯、 8 錳、 5 硅、 硼，余為 Fe。而且 TiN很穩(wěn)定， 一旦形成就幾乎不再變化，難以進(jìn)一步起到平衡、穩(wěn)定酸溶硼含量的作用，所以日本的土生隆一、法國 Urgine 廠都研究了只用鋁不用鈦的保硼冶煉方法，實(shí)際應(yīng)用效果很好。但是硼鋼的熱加工工藝仍有認(rèn)真選擇和控制的必要。在較低溫度下變形，對(duì)硼鋼獲得較高淬透性和較小晶粒度是有幫助的。 硼鋼最適宜在淬火、回火后使用，而且必須淬透，否則不但不能發(fā)揮硼提高淬透性的作用，而且還因硼使未淬透的鋼材心部產(chǎn)生針狀鐵素體而惡化力學(xué)性能、所以硼鋼的熱處理亦是十分重要的。淬火溫度不宜過高，冷卻速度要足夠大，以盡量減少硼冶金金屬相的數(shù)量和粒度。硼對(duì)鋼的抗回火軟化能力無影響。另外，硼還使回火脆化傾向略有增加，對(duì)此也應(yīng)注意。硼不降低馬氏體轉(zhuǎn)變開始溫度 (Ms 點(diǎn) )，故相當(dāng)于低碳低合金鋼的硼鋼的慪比淬透性相當(dāng)?shù)你t鉬鋼高很多，淬火中首批形成的馬氏體在隨后的冷卻過程中即被回 火。這樣就大大簡化了熱處理工藝。這是因?yàn)榇慊鸬玫酵耆R氏體組織，回火馬氏體保證鋼有良好的強(qiáng)度和韌性。 硼鋼經(jīng)正火或退火后硬度較低，切削加工性能也較好。 硼對(duì)鋼耐蝕性能 的影響 高鉻鐵素體不銹鋼（ Cr17Mo2Ti）中加 %的硼，可使鋼在沸騰的 65%醋酸蘭州理工大學(xué)本科生畢業(yè)論文 6 中的耐腐蝕性能提高；奧氏體不銹鋼中加入微量（ ～ %）的硼，可使鋼的熱態(tài)塑性改善；硼對(duì)提高鋼的熱強(qiáng)性有良好的作用，可使不銹鋼的熱強(qiáng)性顯著提高；含硼的鉻鎳奧氏體不銹鋼在原子能工業(yè)中有著特殊的用途。點(diǎn)蝕一般在靜止的介質(zhì)中容易發(fā)生。蝕孔通常沿著重力方向或橫向方向發(fā)展 ,孔蝕一旦形成 ,具有深挖的動(dòng)力 ,即向深處自動(dòng)加速 。在外加陽極極化條件下 ,只要介質(zhì)中含有一定量的 氯離子 ,便可能使蝕核發(fā)展成蝕孔。氧化劑能促進(jìn)陽極極化過程 ,使金屬的 腐蝕 電位上升至孔蝕臨界電位以上?？變?nèi)主要發(fā)生陽極溶解 ， Fe →Fe 2+ + 2e ,Cr →Cr 3+ + 3e ,Ni →Ni 2+ + 2e； 介質(zhì)呈中性或弱堿性時(shí) ,孔外的主要反應(yīng)為 ， O2 + H2O + 2e →2OH ?？變?nèi)介質(zhì)相對(duì)于孔外介質(zhì)呈滯流狀態(tài) ,溶解的金屬陽離子不易往外擴(kuò)散 ,溶解氧也不易擴(kuò)散進(jìn)來。又由于氯化物水解的結(jié)果 ,孔內(nèi)介質(zhì)酸度增加 ,使陽極溶解加快 ,蝕孔進(jìn)一步發(fā)展 ,孔口介質(zhì)的pH值逐漸升高 ,水中的可溶性 鹽將轉(zhuǎn)化為沉淀物 ,結(jié)果銹層、垢層一起在孔口沉積形成一個(gè)閉塞電池。這種由閉塞電路引起的孔內(nèi)酸化從而加速 腐蝕 的作用稱為自催化酸化作用。 這里是指材料所處的介質(zhì)特性，它對(duì)點(diǎn)蝕的形成 有重要的影響。如不銹鋼易在含鹵族元素陰離子 Cl、 Br、I中發(fā)生，而銅則對(duì) SO42更敏感。 (2)介質(zhì)濃度 以鹵族離子為例，一般認(rèn)為，只有當(dāng)鹵族離子達(dá)到一定濃度才發(fā)生點(diǎn)蝕。 (3)介質(zhì)中其它陰離子作用 介質(zhì)中如存在 OH， SO42等陰離子，對(duì)不銹鋼點(diǎn)蝕起緩蝕作用。 蘭州理工大學(xué)本科生畢業(yè)論文 8 (4)溶液 pH 值的影響 隨著 PH 值的升高，點(diǎn)蝕點(diǎn)位 也 明顯的 增高 。 極化曲線 極化曲線 表示電極電位與極化電流或極化電流密度之間的關(guān)系曲線。 極化曲線分為四個(gè)區(qū)，活性溶解區(qū)、過渡鈍化區(qū)、穩(wěn)定鈍化區(qū)、過鈍化區(qū)。分析研究極化曲線，是解釋金屬腐蝕的基本規(guī)律、揭示金屬腐 蝕機(jī)理和探討控制腐蝕途徑的基本方法之一。 此過程只有在電極電勢(shì)正于其熱力學(xué)電勢(shì)時(shí)才能發(fā)生。圖 15 中曲線表明，從 a點(diǎn)開始，隨著電位向正方向移動(dòng)，電流密度也隨之增加，電勢(shì)超過 c 點(diǎn)后，電流密度隨電勢(shì)增加迅速減至最小，這是因?yàn)樵诮饘俦砻嫔?產(chǎn)了一層電阻高，耐腐蝕的鈍化膜。電勢(shì)到達(dá) d 點(diǎn)以后，隨著電勢(shì)的繼續(xù)增加，電流卻保持在一個(gè)基本不變的很小的數(shù)值上，該電流稱為維鈍電流，直到電勢(shì)升到 e 點(diǎn)，電流才有隨著電勢(shì)的上升而增大，表示陽極又發(fā)生了氧化過程，可能是高價(jià)金屬離子產(chǎn)生也可能是水分子放電析出氧氣， de 段稱為過鈍化區(qū)。極化曲線的測量應(yīng)盡可能接近體系穩(wěn)態(tài)。在實(shí)際測量中，常蘭州理工大學(xué)本科生畢業(yè)論文 9 用的控制電位測量方法有以下兩種： 靜態(tài)法 ：將電極電勢(shì)恒定在某一數(shù)值，測定相應(yīng)的穩(wěn)定電流值，如此逐 圖 14 極化曲線 圖 15 鈍化曲線 點(diǎn)地測量一系列各個(gè)電極電勢(shì)下的穩(wěn)定電流值，以獲得完整的極化曲線。 動(dòng)態(tài)法 ：控制電極電勢(shì)以較慢的速度連續(xù)地改變 (掃描 )，并測量對(duì)應(yīng)電位下的瞬時(shí)電流值， 以瞬時(shí)電流與對(duì)應(yīng)的電極電勢(shì)作圖，獲得整個(gè)的極化曲線。因此對(duì)不同的電極體系，掃描速度也不相同。同樣，為節(jié)省時(shí)間，對(duì)于那些只是為了比較不同因素對(duì)電極過程影響的極化曲線，則選取適當(dāng)?shù)膾呙杷俣壤L制準(zhǔn)穩(wěn)態(tài)極化曲線就可以了。 (2)恒電流法 恒電流法就是控制研究電極上的電流密度依次恒定在不同的數(shù)值下，同時(shí)測定相應(yīng)的穩(wěn)定電極電勢(shì)值。 浸泡腐蝕 本試驗(yàn)方法 通過測量 不銹鋼在 6％三氯化鐵溶液中 點(diǎn)腐蝕速率，來評(píng)價(jià)其耐點(diǎn)蝕性能 。 使用玻璃制的燒杯等作為試驗(yàn)容器，推薦使用按圖 16 制作的實(shí)驗(yàn)支架。三個(gè)頂端要磨尖。支架側(cè)面鉆適當(dāng)大小的 q、 r 二孔使溶液能夠?qū)α鳌? 16實(shí)驗(yàn)支架 圖 17鈍化金屬典型的環(huán)形陽極極化曲線圖 點(diǎn)蝕點(diǎn)位測量方法 本試驗(yàn)方法適用于動(dòng)電位法測量不銹鋼在中性 ％氯化鈉溶液中的點(diǎn)蝕 電位。 由恒電位儀、電位掃描裝置、記錄儀、玻璃電解槽 (容積大于 300 ml)和恒溫 槽等組成。輔助電極的面積至少是工作電極而積的 2 倍。 陽極 循環(huán)曲線法 陽極 循環(huán)曲線法又稱循環(huán)伏安法，是一種常用的電化學(xué)研究方法。根據(jù)曲線形狀可以判斷電極反應(yīng)的可逆程度，中間體、相界吸附或新相形成的可能性，以及偶聯(lián)化學(xué)反應(yīng)的性質(zhì)等。為 了盡可能降低歐姆電阻，最好采用三電極系統(tǒng)。工作電極電位是以一個(gè)分開的參比電極（如飽和甘汞電極， SCE）為基準(zhǔn)的相對(duì)電位。 本課題的意義 1Cr17 不銹鋼是一種 耐蝕性良好的通用鋼種 。本試驗(yàn)用真空重熔的方法在 1Cr17 不銹鋼中加入不同比分的微量硼元素（加入量 0ppm、 16ppm、 22ppm、 28ppm） ,經(jīng)鑄造后，研究硼元素對(duì) 1Cr17 不銹鋼點(diǎn)蝕行蘭州理工大學(xué)本科生畢業(yè)論文 12 為的影響。 本課題主要研究內(nèi)容 ，掌握以下內(nèi)容： ① 鐵素體不銹鋼的組織、性能特點(diǎn)及熱處理；② 全面了解硼元素在鋼中的作用，尤其是對(duì)耐蝕性能的影響； ③ 全 面掌握不銹鋼點(diǎn)蝕的各種機(jī)理； ④ 全面掌握影響點(diǎn)蝕的各種因素； ⑤ 掌握不銹鋼的電化學(xué)腐蝕原理，掌握極化曲線，陽極極化曲線反應(yīng)的各參數(shù)的含義及點(diǎn)蝕電位的測量方法； ⑥ 掌握評(píng)價(jià)點(diǎn)蝕敏感性各種實(shí)驗(yàn)方法和相關(guān)指標(biāo)。 ，利用金相顯微鏡及 SEM 分析腐蝕形貌。 蘭州理工大學(xué)本科生畢業(yè)論文 13 第二章 試驗(yàn)過程 （流程圖） 冶煉工藝 四 種成分的不銹鋼要求采用同樣的冶煉工藝，即加熱時(shí)采用的功率、加熱時(shí)間、加入氬氣的時(shí)間及壓力、加入硼鐵后的均溫時(shí)間，澆注后到出爐的時(shí)間等保持相同。 102Pa，開始通電升溫，采用功率 15KW， 4 分鐘后升到 30KW，鑄造 真空冶煉 化成分析 稱重 、 測量尺寸 配制電化學(xué)腐蝕液 稱 重 腐蝕式樣 測量尺寸 拍 照 切割、 磨制試樣 金相分析 電化學(xué)實(shí)驗(yàn) SEM、 EDS、 TEM 分析 數(shù)據(jù)分析 蘭州理工大學(xué)本科生畢業(yè)論文 14 再過 4 分鐘后升到 38KW，加熱到發(fā)紅時(shí)，真空度達(dá) 179。在爐中冷卻約 30 分鐘后出爐。 鑄模要求：用鋯英砂醇基快干涂料（已有）刷 23毫米厚，烘干即可。 110mm，扒皮后約為φ 95φ 92，上半部分有縮孔，切頭后約有 5560mm 長無缺陷。 化學(xué) 成分分析 本實(shí)驗(yàn)利用分光光度 法對(duì)加 B 的 1Cr17 不銹鋼進(jìn)行化學(xué)分析。 表 21 分光光度法測得的 1Cr17不銹鋼內(nèi)化學(xué)元素及含量 試樣編號(hào) C Si Mn P S Ni Cr 0PPM ZT01 ZT02 ZT03 試樣編號(hào) Cu Mo V Al Nb B N 0PPM 0ppm ZT01 16ppm ZT02 26ppm ZT03 28ppm 取樣位置及尺寸 對(duì)鍛造及熱處理后的式樣進(jìn)行扒皮切頭后，在半徑的 1/2 處取樣。 15179。 20179。 8 的平衡樣。最后用氯 化 高鐵溶液（濃度）腐蝕試樣，直到在光學(xué)顯微鏡 100 倍、 400 倍下能看清組織。 最后用濃度為 5%的硫酸溶液腐蝕試樣， 直到在光學(xué)顯微鏡 100 倍、 400 倍下能看清組織。 金相分析 光 學(xué)顯微鏡能夠在較低的放大倍數(shù)下比較清楚的看到腐蝕樣的組織特點(diǎn)，以及夾雜物的分布，且成本低廉。 SEM（掃描電鏡）分析 經(jīng)拋光腐蝕后金相樣品的二次電子相分辨率及立體感遠(yuǎn)好于光學(xué)金相照片。在原子序數(shù) Z 小于 40 的范圍內(nèi)，背散射電子的產(chǎn)額對(duì)原子序 數(shù)十分敏感。因此利用原子序數(shù)造成的襯度變化可以對(duì)各種金屬和合金進(jìn)行定性的成分分析。利用原子序數(shù)襯度來分析晶界上或晶粒內(nèi)部不同種類的析出相是十分有效的。從亮度上的差別，我們就可以根據(jù)樣品的原始資料定蘭州理工大學(xué)本科生畢業(yè)論文 16 性的判定析出物相的類型。 EDS（能譜儀）分析 經(jīng)拋光腐蝕后金相樣品的二次電子相分辨率及立體感遠(yuǎn)好于光學(xué)金相照片。在原子序數(shù) Z 小于 40 的范圍內(nèi)，背散射電子的產(chǎn)額對(duì)原子序數(shù)十分敏感。因此利用原子序數(shù)造成的襯度變化可以對(duì)各種金屬和合金進(jìn)行定性的成分分析。利用原子序數(shù)襯度來分析晶界上或 晶粒內(nèi)部不同種類的析出相是十分有效的。從亮度上的差別，我們就可以根據(jù)樣品的原始資料定性的判定析出物相的類型。 FeCl3 浸泡腐蝕試驗(yàn)方法 本試驗(yàn)方法適用于評(píng)價(jià)不銹鋼在 6％三氯化鐵溶液中的耐點(diǎn)蝕性能，測出不銹鋼在氯離子介質(zhì)中的腐蝕速率。 圖 21 實(shí)驗(yàn)支架