99国产欧美久久久精品1516|久久99精品成人网站|欧美freesex黑人又粗又大|午夜福利日本一区国产

<s id="7z8z4"><optgroup id="7z8z4"></optgroup></s>
  • <tbody id="7z8z4"></tbody>

      <bdo id="7z8z4"></bdo>
    1. <bdo id="7z8z4"></bdo>
      <bdo id="7z8z4"><optgroup id="7z8z4"></optgroup></bdo>

        <track id="7z8z4"><source id="7z8z4"></source></track>
        <tbody id="7z8z4"></tbody>
      1. <nobr id="7z8z4"></nobr>
        <bdo id="7z8z4"><optgroup id="7z8z4"></optgroup></bdo>
        <nobr id="7z8z4"><optgroup id="7z8z4"></optgroup></nobr>

        <bdo id="7z8z4"><dfn id="7z8z4"></dfn></bdo>
      2. <track id="7z8z4"><div id="7z8z4"></div></track>
        <track id="7z8z4"></track><bdo id="7z8z4"><dfn id="7z8z4"><thead id="7z8z4"></thead></dfn></bdo>

      3. <track id="7z8z4"><source id="7z8z4"></source></track>
      4. <tbody id="7z8z4"><div id="7z8z4"><td id="7z8z4"></td></div></tbody>
        <track id="7z8z4"></track>

            三種常用不銹鋼的耐局部腐蝕性能(321、304、316L)

            信息來源:材料研究學報


            摘要:

            研究了微量元素含量不同的1Cr18Ni9Ti(321)、304、316L三種奧氏體不銹鋼的耐局部腐蝕性能,包括晶間腐蝕、點蝕和應力腐蝕。結果表明,Ti元素的添加和較低的含C量都能改善抗晶間腐蝕性能;Cr和N含量最高的固溶態304不銹鋼最耐點蝕;Ni含量最高的固溶態316L在42%沸騰氯化鎂溶液中抗應力腐蝕性能最優。

            關鍵詞: 材料失效與保護 ; 局部腐蝕 ; 動電位法 ; 硫酸-硫酸銅腐蝕法 ; 慢應變速率法 ; 微量元素

            奧氏體不銹鋼具有良好的室溫和低溫韌性、焊接性、耐蝕性及耐熱性,得到了廣泛的應用。其中的1Cr18Ni9Ti、304、316L三種奧氏體不銹鋼,在合成纖維、紡織、石油、化工、原子能、航空航天等領域用于制造各種容器和耐腐蝕零部件。雖然1Cr18Ni9Ti、304、316L不銹鋼的全面腐蝕速率低,但是耐局部腐蝕性能較差。這些局部腐蝕,主要包括晶間腐蝕、點蝕和應力腐蝕。晶間腐蝕失效不易察覺,嚴重時失去金屬特性,輕敲即碎;嚴重的點蝕會穿透薄管、板等部件,發生泄漏。點蝕還是應力腐蝕斷裂和縫隙腐蝕的裂源;應力腐蝕快,破壞嚴重,且往往在沒有任何明顯的宏觀變形、不出現任何預兆的情況下突然發生脆性斷裂,危及人身安全或造成經濟損失。因此,深入認識局部耐腐蝕性能十分重要。上述三種不銹鋼的密度、熱導率、晶體結構等物理性能相似,但是其微量元素的含量不同。材料的成分影響其性能,不銹鋼的成分影響其表面鈍化膜的質量。但是關于微量元素含量不同對局部耐腐蝕的影響,缺乏系統的研究。本文研究微量元素的含量對1Cr18Ni9Ti、304、316L奧氏體不銹鋼局部耐腐蝕性能的影響。

            實驗方法

            實驗用三種冷軋鋼板的厚度為3 mm,化學成分列于表1。

            news17-1.jpg
            分別從三種不銹鋼板上沿軋板軋制方向切取晶間腐蝕、應力腐蝕、點蝕試樣,對其進行固溶處理,熱處理制度為在1050℃保溫20 min后水冷。

            在研究晶間腐蝕性能時,對固溶后的試樣進行敏化熱處理,其制度為在650℃保溫2h后空冷。根據GB/T4334-2008標準《金屬和合金的腐蝕—不銹鋼晶間腐蝕試驗方法》,用“不銹鋼硫酸-硫酸銅腐蝕試驗方法” 研究1Cr18Ni9Ti、304、316L三種奧氏體不銹鋼的晶間腐蝕傾向。實驗細節:將100g分析純硫酸銅溶解于700ml蒸餾水中,再加入100ml優級純硫酸,然后用蒸餾水稀釋至1000ml,配置成硫酸-硫酸銅溶液。將此溶液裝入帶回流冷凝器的磨口錐形燒瓶中,鋪上純度99.8%的銅屑,再放置尺寸為80mm×20mm×3mm的樣品。將燒瓶放在加熱裝置并通以冷卻水,加熱實驗溶液,保持微沸狀態,連續16 h后取出洗凈、干燥,將其彎曲180°后觀察。

            用動電位法測量固溶態的三種不銹鋼在3.5%NaCl溶液中的點蝕行為。電化學工作站中的參比電極為飽和甘汞電極(SCE),輔助電極為鉑片,工作電極為待測試樣,截面為6mm×6mm的方形面的面積為0.36cm2 。所有試樣都經過相同工序的砂紙打磨。電位掃描范圍設置:1Cr18Ni9Ti為-0.4V~1.5V,304為-0.6V~0.8V,316L為-0.4V~1.5V,實際終止電位隨點蝕擊穿電位不同而不同。試驗溫度為室溫,掃描速率為0.002V/s。 三種不銹鋼材料的成分不同,因此采用HB7235-1995《慢應變速率應力腐蝕試驗方法》評價其應力腐蝕敏感性,可以測出成分不同產生的不同應力腐蝕敏感性。實驗中分別測試樣品在腐蝕介質(42%濃度的沸騰氯化鎂溶液)和惰性介質(硅油保護)中慢應變拉伸速率條件下(10-6 s-1)的力學指標,計算應力腐蝕敏感系數。

            結果和討論

            三種不銹鋼的晶間腐蝕行為

            圖1給出了經固溶及敏化的三種不銹鋼在硫酸-硫酸銅溶液中連續16h煮沸并180°彎曲后的試樣照片。將其對比的結果表明:1Cr18Ni9Ti和316L試樣彎曲部位外表面和側面均相對光滑,在低放大倍數下未觀察到裂紋,而304不銹鋼彎曲部位外表面明顯粗糙,其側面出現明顯的開裂現象。這些結果表明,304不銹鋼在經固溶和敏化后有發生晶間腐蝕的可能。由于裂紋發生在彎曲部位棱角處,根據GB/T4334-2008要求,需要進一步檢驗其金相組織以確定是否發生了晶間腐蝕。

            news17-2.jpg
            圖1 敏化后的三種不銹鋼試樣晶間腐蝕彎曲后的照片

            圖2給出了三種材料晶間腐蝕實驗后彎曲試樣(圖1)上不同位置的金相照片。圖2a-c、圖2d-f、圖2g-i分別給出了三種不銹鋼的彎曲部位、平直部位、晶界處的典型特征組織。圖2b、2e中的黑色箭頭指出了304不銹鋼沿晶界開裂的位置。由圖2可知,對于304不銹鋼,無論在彎曲部位還是平直部位,都可以觀察到沿晶界的明顯開裂現象,表明確實發生了晶間腐蝕。對熱處理制度(固溶及敏化)相同但未經腐蝕試驗的另一304樣,只進行相同程度的彎曲,未發現有裂紋出現。這表明,圖2中304不銹鋼的裂紋不是彎曲引起的,而是晶間腐蝕造成的。圖2g-i顯示了三種試樣晶間腐蝕試驗后晶界處的特征。如圖中的黑色箭頭所指,固溶及敏化后的304不銹鋼晶界上有成斷續小點狀和連續狀分布的碳化物。而在1Cr18Ni9Ti和316L的晶界上未觀察到細小碳化物的析出,與低倍觀察下未發現開裂一致(圖1),說明未發生晶間腐蝕。這些結果表明,晶間腐蝕的發生與晶界附近碳化物析出有很大的關系。

            news17-3.jpg
            圖2 三種不銹鋼晶間腐蝕彎曲實驗后的典型金相組織

            在室溫下C元素在奧氏體的溶解度很小,約0.02%-0.03%,在敏化溫度,如650℃的溫度保溫一定時間時,C不斷地向奧氏體晶粒邊界擴散,并且與Cr在晶界附近形成Cr23C6。這使得晶界附近形成貧Cr區,局部含Cr量低于11.7%時,耐腐蝕性能顯著降低,表現出晶間腐蝕敏感。Ti與C的結合能力比Cr更強,優先與C結合合成穩定的碳化物,可以避免在奧氏體中形成貧Cr區,減少晶間腐蝕的產生。當C含量<0.03%時,不銹鋼的晶間腐蝕性能顯著提高。根據表1中的數據,與1Cr18Ni9Ti和316L相比,304不銹鋼的含C量最高,約0.051%,而316L不銹鋼的C含量為0.019%,1Cr18Ni9Ti中C含量為0.023%,兩者都低于0.03%。因此316L抗晶間腐蝕能力優于304,而1Cr18Ni9Ti中穩定化元素Ti的加入更阻礙了Cr23C6的形成,大大減小貧Cr區,使1Cr18Ni9Ti比304不銹鋼更耐晶間腐蝕。

            試驗結果表明,比較低的C含量和穩定化元素Ti的加入有利于改善奧氏體不銹鋼的晶間腐蝕敏感性。

            三種不銹鋼的抗點蝕行為

            圖3中的黑、紅、藍線分別為304、316L、1Cr18Ni9Ti不銹鋼在3.5%NaCl溶液中的動電位極化曲線,其電化學參數列于表2。

            news17-4.jpg
            圖3 1Cr18Ni9Ti、304、316L三種不銹鋼在3.5%NaCl溶液中的動電位極化曲線
            news17-5.jpg
            表2 室溫下三種不銹鋼在3.5%NaCl溶液中的電化學參數

            在室溫下,三種材料在濃度(質量分數)為3.5%NaCl溶液中的自腐蝕電位(Ecorr)分別為-0.164 V、-0.215 V、-0.282 V,由高到低的排序為:316L、1Cr18Ni9Ti、304不銹鋼;自腐蝕電流密度(Icorr)分別為5.38×10-8 A/cm2、7.44×10-8 A/cm2、1.69×10-7 A/cm2,從低到高的排序為316L、1Cr18Ni9Ti、304不銹鋼;可見固溶態316L具有最高的自腐蝕電位和最小的自腐蝕電流密度。這些結果表明,在該環境的自然狀態下316L不銹鋼鈍化膜保護性能最好,耐腐蝕性最好,其次是1Cr18Ni9Ti,最差的是304不銹鋼。

            觀察圖3中三種材料的陽極極化曲線,鈍化區不適垂直上升狀,有一定角度傾斜。這表明,三種材料的鈍化過程均不顯著,有向活化轉變特征,鈍化膜的溶解速率比鈍化膜的生長速率稍快。陽極極化曲線上的電流密度,反映了鈍化膜的溶解速度。比較相同電位下的電流密度,可見316L鈍化膜溶解最慢,即鈍化膜穩定性最好,其次是1Cr18Ni9Ti,鈍化膜溶解最快的是304不銹鋼。比較三種材料的鈍化區間,304不銹鋼、316L不銹鋼、1Cr18Ni9Ti不銹鋼的鈍化區間依次降低,表明固溶1Cr18Ni9Ti不銹鋼的維鈍能力弱于固溶316L和固溶304不銹鋼。比較鈍化區間及維鈍電流密度的特征,可見雖然304的鈍化膜溶解快,但是鈍化膜的再生能力較強,因此其鈍化區間相對較大;而316L的鈍化膜雖然較穩定而溶解慢,但是其鈍化膜的再生能力略遜304;鈍化膜再生能力最差的是1Cr18Ni9Ti。

            三種不銹鋼的點蝕擊穿電位(Eb)高低的排序為:304 (0.413 V)>316L (0.268 V)>1Cr18Ni9Ti (0.092 V)。該電位表示形成穩定點蝕孔的電位,反映了材料耐點蝕性能。由此可知,在室溫下在3.5%的NaCl溶液中點蝕敏感性最小的是固溶態304,其次是316L,1Cr18Ni9Ti的耐點蝕性能最差。

            極化后工作電極表面蝕坑情況,如圖4所示。圖4a-b、4c-d、4e-f分別給出了低倍及高倍下1Cr18Ni9Ti、304、316L不銹鋼在3.5% NaCl溶液中極化后的表面形貌。304不銹鋼的點蝕坑主要沿著磨痕方向,蝕坑小且少(圖4c,d);316L點蝕坑分布較均勻,比304多且出現一些尺寸較大的點蝕坑(圖4e,f);相比于304和316L,1Cr18Ni9Ti的點蝕坑最密集且尺寸大(圖4a,b)。表面蝕坑密度高低的排序為304<316L<1Cr18Ni9Ti,與極化曲線得到的結論一致,即在3.5% NaCl溶液中304不銹鋼的耐點蝕性能最強,其次是316L,最差的是1Cr18Ni9Ti不銹鋼。

            news17-6.jpg
            圖4 三種不銹鋼在濃度為3.5%NaCl溶液中點蝕后的表面形貌

            材料的化學成分,是影響鈍化膜的溶解以及其修復能力和點蝕擊穿電位的大小的重要影響因素之一。大量研究表明,提高不銹鋼耐點蝕性能最有效的元素是Cr,Cr主要是提高鋼的鈍化膜的修復能力。Mo和N對提高耐點蝕性能有利,而Ti有害。發生腐蝕時生成的MoO42-溶解在溶液中,在Cl-存在環境中膜破裂露出活性金屬面時,Mo便以MoO42-的形式吸附在活性金屬面上,從而抑制金屬面的溶解,防止膜進一步破壞,因此可提高鈍化膜的穩定性。G.P. Halada等認為,N在金屬/鈍化膜界面處生成氮化物而阻止合金元素的溶解;M.B. Ives等認為,NH3或NH4+與自由Cl-離子結合成化合物,可阻止不銹鋼中元素的氧化,提高了抗局部腐蝕的能力。高C含量不利于抗晶間腐蝕性能,但作為間隙原子限制了位錯運動,對抗點蝕有利。試驗用的三種不銹鋼材料中,含Cr、N和C量最高的是304,使其有最高的點蝕電位,耐點蝕性相對最好。316L不銹鋼Cr的含量最小,但是添加了元素Mo和N,且其含Ni量最高。Mo元素的添加使316L有最低的維鈍電流密度和最高的自腐蝕電位即最高的鈍化膜穩定性。Ni不是鈍化膜的主要組成成分,Ni通過抑制鈍化膜最外層與基體金屬間的過渡層中Cr的貧化而改善再鈍化能力,從而提高材料的耐蝕性。元素的綜合作用使316L的耐點蝕性優于1Cr18Ni9Ti,但是稍弱于304。實驗結果也表明,含Cr、N對抗點蝕能力提高作用顯著。至于1Cr18Ni9Ti不銹鋼,Ti容易與C、N形成化化合物析出。析出相導致鈍化膜的不均勻,易成為活性離子的吸附和優先溶解的部位,促進產生點腐蝕。特別是1Cr18Ni9Ti不銹鋼中沒有添加對耐點蝕性能有力的N等元素,因此其耐點蝕性能最差。

            三種不銹鋼抗應力腐蝕行為

            應力腐蝕敏感系數(ISSRT)反應材料對應力腐蝕的抵抗能力,ISSRT越小表示抗應力腐蝕性能越好。其計算方法為

            ISSRT=1?(R'm×(1+A'))(/Rm×(1+A))

            其中Rm、R'm分別表示惰性環境和腐蝕環境下材料的抗拉強度,A、A'分別表示惰性環境和腐蝕環境下材料斷后伸長率。試驗測得的參數見表3。

            news17-7.jpg
            表3 低應變速率應力腐蝕的試驗結果

            304、316L、1Cr18Ni9Ti三種材料的平均應力腐蝕敏感系數分別為0.35、0.266、0.366。結果表明,應力腐蝕敏感性從大到小的排序為1Cr18Ni9Ti>304>316L,1Cr18Ni9Ti最容易發生應力腐蝕,而316L最不容易發生應力腐蝕。前人的研究表明,Ni對奧氏體不銹鋼抗應力腐蝕的提高作用很大。應力腐蝕的斷裂源通常是點蝕,添加N、Mo可提高抗點蝕能力,因此N、Mo元素對抗應力腐蝕是有利的。比較三種材料的成分(表1)可知,由于316L含最多的Ni元素和添加了元素Mo和N,其抗應力腐蝕能力最強。1Cr18Ni9Ti的含Ni量低于316L、高于304,但是添加了元素Ti,對其在氯化物溶液中的抗應力腐蝕性能不利,因此1Cr18Ni9Ti不銹鋼應力腐蝕敏感性最大。結果表明,316L是應力腐蝕環境下材料的最佳選擇。

            結論

            (1) Ti的添加和低C含量有利于奧氏體不銹鋼抗晶間腐蝕。固溶和敏化的316L和1Cr18Ni9Ti不銹鋼沒有晶間腐蝕傾向,可以在敏化溫度區間使用,而304不銹鋼在敏化溫度下在晶界附近形成Cr的碳化物,形成貧Cr區,易產生晶間腐蝕失效。

            (2) Cr和N改善耐點蝕的作用顯著。Ti的加入導致鈍化膜不均勻,促使點蝕發生。微量元素的綜合作用使1Cr18Ni9Ti在濃度為3.5 %的NaCl溶液中的耐點蝕性能最差。

            (3) Ni含量最高的316L在濃度為42%的沸騰氯化鎂中抗應力腐蝕性能最優,1Cr18Ni9Ti的耐應力腐蝕性能最差。

            <s id="7z8z4"><optgroup id="7z8z4"></optgroup></s>
          1. <tbody id="7z8z4"></tbody>

              <bdo id="7z8z4"></bdo>
            1. <bdo id="7z8z4"></bdo>
              <bdo id="7z8z4"><optgroup id="7z8z4"></optgroup></bdo>

                <track id="7z8z4"><source id="7z8z4"></source></track>
                <tbody id="7z8z4"></tbody>
              1. <nobr id="7z8z4"></nobr>
                <bdo id="7z8z4"><optgroup id="7z8z4"></optgroup></bdo>
                <nobr id="7z8z4"><optgroup id="7z8z4"></optgroup></nobr>

                <bdo id="7z8z4"><dfn id="7z8z4"></dfn></bdo>
              2. <track id="7z8z4"><div id="7z8z4"></div></track>
                <track id="7z8z4"></track><bdo id="7z8z4"><dfn id="7z8z4"><thead id="7z8z4"></thead></dfn></bdo>

              3. <track id="7z8z4"><source id="7z8z4"></source></track>
              4. <tbody id="7z8z4"><div id="7z8z4"><td id="7z8z4"></td></div></tbody>
                <track id="7z8z4"></track>