本文關(guān)鍵詞：2101雙相不銹鋼熱變形過程微觀組織與性能演變的研究，，由筆耕文化傳播整理發(fā)布。

《復(fù)旦大學(xué)》 2011年

典型不銹鋼微觀組織演變與腐蝕性能的研究

龔佳  

【摘要】：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)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、χ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AISI 301B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AISI 301B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)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+lmol/L HCl,掃描速率為1.66mV/s,溶液溫度為30℃；雙相不銹鋼選擇性腐蝕發(fā)生的根本原因是6相的析出,隨著時(shí)效時(shí)間的延長(zhǎng),腐蝕敏感性增加直到24小時(shí)之后出現(xiàn)“再愈合”現(xiàn)象；最后,成功采用SECM電化學(xué)方法測(cè)得不同區(qū)域的微區(qū)電化學(xué)特性,表面活性區(qū)域奧氏體的K0為0.009cm s一,非活性區(qū)域鐵素體和。的Ko為0.056 cm s-1。

【關(guān)鍵詞】：
【學(xué)位授予單位】：復(fù)旦大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：博士
【學(xué)位授予年份】：2011
【分類號(hào)】：TG142.71
【目錄】：

摘要6-8

ABSTRACT8-11

第一章 前言11-27

1.1 不銹鋼的發(fā)展歷史與現(xiàn)狀11-12

1.2 不銹鋼的分類12-15

1.2.1 鐵素體不銹鋼13-14

1.2.2 奧氏體不銹鋼14

1.2.3 馬氏體不銹鋼14

1.2.4 沉淀硬化不銹鋼14-15

1.2.5 雙相不銹鋼15

1.3 不銹鋼的腐蝕15-19

1.3.1 腐蝕的分類及影響15-19

1.4 研究問題的提出19-26

1.4.1 鐵素體高溫氧化19-21

1.4.2 奧氏體和雙相不銹鋼的局部腐蝕21-26

1.5 文章結(jié)構(gòu)26-27

第二章 實(shí)驗(yàn)材料及制備27-35

2.1 實(shí)驗(yàn)材料27

2.2 高溫氧化測(cè)試27-28

2.2.1 高溫氧化樣品準(zhǔn)備27

2.2.2 高溫氧化測(cè)試27-28

2.2.3 接續(xù)氧化測(cè)試28

2.3 電化學(xué)測(cè)試28-32

2.3.1 電化學(xué)測(cè)試的試樣處理28-30

2.3.2 臨界點(diǎn)蝕溫度(CPT)和再鈍化溫度(T_r)測(cè)量30

2.3.3 微工作電極恒電位亞穩(wěn)態(tài)和穩(wěn)態(tài)點(diǎn)蝕動(dòng)力學(xué)測(cè)量30-31

2.3.4 極化曲線測(cè)量(Tafel)31

2.3.5 雙環(huán)電化學(xué)動(dòng)電位再活化測(cè)量(DL-EPR)31

2.3.6 電化學(xué)阻抗譜(EIS)31-32

2.3.7 微區(qū)電化學(xué)掃描測(cè)量(SECM)32

2.4 實(shí)驗(yàn)分析表征32-35

2.4.1 微觀組織表征32

2.4.2 形貌和成分分析32-35

第三章 430系列鐵素體不銹鋼高溫氧化35-53

3.1 引言35-37

3.2 430 SS在水汽中的高溫氧化行為研究37-42

3.2.1 微觀結(jié)構(gòu)37-39

3.2.2 XRD分析39-40

3.2.3 SIMS分析40-42

3.3 Nb,Ti添加元素對(duì)430 SS高溫氧化性能影響42-47

3.3.1 氧化膜截面形貌42-43

3.3.2 XRD結(jié)果43-44

3.3.3 SIMS結(jié)果44-47

3.4 分析討論47-50

3.4.1 430SS水汽中氧化機(jī)制47-48

3.4.2 Nb,Ti的添加對(duì)氧化行為影響48-49

3.4.3 高溫氧化擴(kuò)散機(jī)制的理論分析49-50

3.5 小結(jié)50-53

第四章 單相奧氏體局部腐蝕性能研究53-73

4.1 引言53-54

4.2 實(shí)驗(yàn)結(jié)果54-62

4.2.1 微觀結(jié)構(gòu)分析54-58

4.2.2 雙環(huán)電化學(xué)動(dòng)電位再活化(DL-EPR)研究AISI 301B/S不銹鋼晶間腐蝕58-60

4.2.3 TTS曲線的繪制60-62

4.3 分析與討論62-70

4.3.1 熱處理制度對(duì)微觀結(jié)構(gòu)演變及其晶間腐蝕性能的影響62-63

4.3.2 元素含量對(duì)其晶間腐蝕性能影響63-65

4.3.3 晶間腐蝕貧鉻區(qū)成分演變的理論分析65-69

4.3.4 晶間腐蝕的控制69-70

4.4 小結(jié)70-73

第五章 雙相不銹鋼SAF 2205的局部腐蝕研究73-93

5.1 引言73-75

5.2 實(shí)驗(yàn)結(jié)果75-90

5.2.1 微觀結(jié)構(gòu)75-78

5.2.2 DL-EPR方法建立及測(cè)試結(jié)果78-85

5.2.3 SECM建立及測(cè)試結(jié)果85-90

5.3 分析與討論90-91

5.3.1 熱處理制度對(duì)微觀結(jié)構(gòu)演變及選擇性腐蝕影響90

5.3.2 微區(qū)電化分析各相電化學(xué)活性90-91

5.4 小結(jié)91-93

第六章 全文總結(jié)93-95

參考文獻(xiàn)95-111

攻讀博士期間發(fā)表的論文及成果111-113

致謝113-114

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3 薛飛;王兆希;束國(guó)剛;遆文新;余偉煒;蒙新明;;一回路主管道雙相不銹鋼熱老化機(jī)理研究[A];中國(guó)核科學(xué)技術(shù)進(jìn)展報(bào)告——中國(guó)核學(xué)會(huì)2009年學(xué)術(shù)年會(huì)論文集（第一卷·第3冊(cè)）[C];2009年

4 王耀明;崔麗娜;徐科;;學(xué)習(xí)新《容規(guī)》釋義探討雙相不銹鋼設(shè)備設(shè)計(jì)[A];壓力容器設(shè)計(jì)技術(shù)研究——第七屆全國(guó)壓力容器設(shè)計(jì)學(xué)術(shù)會(huì)議暨第七屆中國(guó)機(jī)械工程學(xué)會(huì)壓力容器分會(huì)設(shè)計(jì)委員會(huì)委員會(huì)議論文集[C];2010年

5 張子英;楊雁澤;蔣益明;李勁;;短時(shí)熱處理后的2205雙相不銹鋼焊材的點(diǎn)蝕行為研究[A];中國(guó)腐蝕電化學(xué)及測(cè)試方法專業(yè)委員會(huì)2012學(xué)術(shù)年會(huì)論文集[C];2012年

6 呂驥;;奧氏體/鐵素體雙相不銹鋼特性及應(yīng)用[A];壓力管道技術(shù)研究進(jìn)展精選集——第四屆全國(guó)管道技術(shù)學(xué)術(shù)會(huì)議[C];2010年

7 彭正海;馬勤;任娟紅;傅開武;;2205型雙相不銹鋼的熱壓縮行為及微結(jié)構(gòu)分析[A];第八屆全國(guó)工業(yè)爐學(xué)術(shù)年會(huì)論文集[C];2011年

8 陳文云;;雙相不銹鋼(00Cr22Ni5Mo3N)缸套制造工藝研究[A];2011年“天山重工杯”全國(guó)機(jī)電企業(yè)工藝年會(huì)暨第五屆機(jī)械工業(yè)節(jié)能減排工藝技術(shù)研討會(huì)論文集[C];2011年

9 李謀成;王大亮;鐘祥玉;伍玉琴;沈嘉年;;鐵素體不銹鋼的晶間腐蝕性能研究[A];2008年全國(guó)腐蝕電化學(xué)及測(cè)試方法學(xué)術(shù)交流會(huì)論文摘要集[C];2008年

10 付燕;林昌健;蔡文達(dá);;微電化學(xué)技術(shù)研究雙相不銹鋼優(yōu)選腐蝕行為[A];2004年腐蝕電化學(xué)及測(cè)試方法學(xué)術(shù)交流會(huì)論文集[C];2004年

中國(guó)重要報(bào)紙全文數(shù)據(jù)庫(kù) 前10條

1 張欣民;[N];中國(guó)冶金報(bào);2003年

2 劉翠珍;[N];世界金屬導(dǎo)報(bào);2002年

3 ;[N];世界金屬導(dǎo)報(bào);2003年

4 ;[N];世界金屬導(dǎo)報(bào);2009年

5 本報(bào)記者 智誼萍;[N];中國(guó)冶金報(bào);2001年

6 吳玖 韓懷月;[N];中國(guó)冶金報(bào);2003年

7 李淑萍;[N];中國(guó)冶金報(bào);2004年

8 劉公;[N];世界金屬導(dǎo)報(bào);2003年

9 記者汪濤;[N];中國(guó)冶金報(bào);2009年

10 吳玖 韓懷月;[N];世界金屬導(dǎo)報(bào);2003年

中國(guó)博士學(xué)位論文全文數(shù)據(jù)庫(kù) 前10條

1 鄧博;多相合金組織演變與電化學(xué)失效行為的研究[D];復(fù)旦大學(xué);2010年

2 龔佳;典型不銹鋼微觀組織演變與腐蝕性能的研究[D];復(fù)旦大學(xué);2011年

3 張麗華;經(jīng)濟(jì)型雙相不銹鋼2101的腐蝕行為研究[D];復(fù)旦大學(xué);2010年

4 譚華;雙相不銹鋼焊縫組織演變與腐蝕行為研究[D];復(fù)旦大學(xué);2012年

5 韓冬;雙相不銹鋼局部電化學(xué)失效行為與機(jī)理的研究[D];復(fù)旦大學(xué);2012年

6 李鈞;新型資源節(jié)約型高M(jìn)n-N雙相不銹鋼的制備、結(jié)構(gòu)及性能研究[D];上海大學(xué);2011年

7 賈楠;對(duì)雙相不銹鋼微觀形變行為的研究—原位實(shí)驗(yàn)與自洽模擬[D];東北大學(xué);2008年

8 高娟;經(jīng)濟(jì)節(jié)鎳型不銹鋼局部腐蝕行為研究[D];復(fù)旦大學(xué);2010年

9 譚舒平;成分和工藝對(duì)S30432鋼性能的影響及強(qiáng)化機(jī)理研究[D];哈爾濱工業(yè)大學(xué);2009年

10 金曉軍;雙相不銹鋼管道焊接質(zhì)量控制和安全評(píng)定的研究[D];天津大學(xué);2004年

中國(guó)碩士學(xué)位論文全文數(shù)據(jù)庫(kù) 前10條

1 李吉承;2205雙相不銹鋼焊接接頭組織與耐蝕性研究[D];遼寧石油化工大學(xué);2010年

2 趙科巍;2205雙相不銹鋼的高溫變形過程及其機(jī)理研究[D];蘭州理工大學(xué);2010年

3 漆俊俊;雙相不銹鋼塑性變形及熱處理的研究[D];江蘇科技大學(xué);2011年

4 孫玉芬;雙相不銹鋼光氣反應(yīng)器失效分析及其抗腐蝕性能研究[D];華東理工大學(xué);2012年

5 喬園園;2205雙相不銹鋼腐蝕性能的研究[D];西安建筑科技大學(xué);2011年

6 李燕;2205雙相不銹鋼連鑄板坯的高溫力學(xué)性能研究[D];西安建筑科技大學(xué);2012年

7 劉彥妍;2101雙相不銹鋼熱變形過程微觀組織與性能演變的研究[D];浙江大學(xué);2013年

8 王正倫;2205雙相不銹鋼焊接殘余應(yīng)力與收縮變形研究[D];重慶交通大學(xué);2010年

9 李樹健;成分對(duì)00Cr25Ni7Mo3N雙相不銹鋼組織及性能的影響[D];昆明理工大學(xué);2011年

10 陳治毓;2205雙相不銹鋼熱加工性能和不銹鋼復(fù)合板力學(xué)性能的研究及預(yù)測(cè)[D];西安建筑科技大學(xué);2011年

  本文關(guān)鍵詞：2101雙相不銹鋼熱變形過程微觀組織與性能演變的研究，由筆耕文化傳播整理發(fā)布。

本文編號(hào)：210284