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        高耐候熱軋H型鋼耐候性能影響規(guī)律研究

        2019-12-03 08:39:14彥井成吳保橋潘紅波
        關鍵詞:銹層極化曲線珠光體

        彥井成,吳保橋, 張 建,程 鼎,潘紅波,汪 杰

        (1.馬鋼股份公司技術(shù)中心 安徽馬鞍山 243000;2.安徽工業(yè)大學工程研究院 安徽馬鞍山 243002)

        耐候鋼指的是耐大氣腐蝕鋼,其特點是在鋼中加入少量Cu、P、Cr、Ni等合金元素,使其在銹層與基體之間形成一層致密氧化物膜,減緩了銹蝕向內(nèi)部發(fā)展,從而大大提高了鋼材的耐大氣腐蝕能力。我國典型耐候鋼為09CuPTiRE 、09CuPCrNi 及在此基礎上開發(fā)的一些鋼種,強度級別多為295 MPa和345 MPa,近年開發(fā)的Q420NQR1、Q450NQR1耐候鋼,強度滿足要求,但耐候性能沒有提高。

        隨著鐵路高速、重載技術(shù)的快速發(fā)展,為了延長車體使用壽命,對車輛制造用鋼的耐候性能的要求不斷提高,因此對更高耐候性能熱軋H型鋼提出了開發(fā)要求。為了正確評價合金元素與組織狀態(tài)對高耐候熱軋結(jié)構(gòu)鋼耐候性能的影響規(guī)律,在實驗室采用電化學方法對不同材料的腐蝕熱力學與動力學參數(shù)進行檢測,對不同材料耐NaHSO3的腐蝕機理進行分析。

        1 實驗材料及方法

        實驗材料為熱軋H型鋼,其化學成分如表1所示。

        表1 熱軋H型鋼化學成分/(Wt:%)

        試驗用材料經(jīng)線切割加工為10×10×4 mm小試樣。

        動電位極化曲線采用經(jīng)典三電極體系,試驗溶液為0.01 mol/L的NaHSO3溶液;試驗用材料為工作電極,Pt電極為輔助電極,飽和甘汞電極(SCE)為參比電極,極化曲線測試前首先測試試樣的開路電位,以使電極表面穩(wěn)定,電極表面穩(wěn)定后以1.667 mv/s的掃描速率進行動電位極化實驗(在室溫下進行)。

        對不同浸泡時間的試樣進行電化學阻抗譜測量,電化學阻抗也采用經(jīng)典三電極體系,測試溶液為0.01 mol/L的NaHSO3溶液,電化學阻抗的測試頻率為100 KHz-10 MHz,施加的正弦波幅值為5 mv,利用ZView軟件對測量結(jié)果進行等效電路擬合。

        2 實驗結(jié)果及分析

        2.1 極化曲線的結(jié)果

        圖1為電化學試驗的金相組織照片,由圖1可看出,1號試驗鋼為鐵素體+貝氏體,鐵素體晶粒較粗大;2號試驗鋼為鐵素體+珠光體+貝氏體+島狀馬氏體復合組織,晶粒尺寸較粗大;3號試驗鋼為鐵素體+貝氏體組織;4號試驗鋼為細小的鐵素體+粒狀珠光體組織;5號試驗鋼為鐵素體+珠光體組織。

        圖1 電化學試驗金相照片

        2.2 試驗鋼的動電位極化曲線

        隨著腐蝕時間的延長,5種鋼的極化曲線腐蝕電流隨著腐蝕電壓的增加而增加,最終趨于穩(wěn)定,除4號試驗鋼有微弱鈍化之外,其余4種試驗鋼沒有出現(xiàn)明顯的極化特征,說明五種鋼在NaHSO3溶液中都呈現(xiàn)活性溶解狀態(tài),在腐蝕過程中受陽極電荷轉(zhuǎn)移受控制;而4號試驗鋼出現(xiàn)微弱鈍化主要是其晶粒細小,Cr含量高,在開始階段4號試驗鋼在晶界處先腐蝕,由于晶粒細小,腐蝕相對均勻,當腐蝕到一定程度時,表面形成一層致密的銹層起到一定的保護作用,阻礙電子運動,因此出現(xiàn)一個微弱鈍化現(xiàn)象;隨著電壓進一步加大,表面銹層被擊破,又開始出現(xiàn)腐蝕。

        從圖2可看出,5種試驗鋼的自腐蝕電位分別為:1號:-0.624V;2號:-0.624V;3號:-0.706V;4號:-0.73V;5號:-0.747V。即1號與2號試驗鋼的腐蝕傾向性最小,5號的腐蝕傾向性最大。這主要與試驗鋼的成分與組織有關,當鋼中珠光體含量與鐵素體含量相當以及晶粒較細時,試驗鋼更容易發(fā)生腐蝕,結(jié)合圖1試驗鋼的金相組織照片可看出,5號試驗鋼的組織為鐵素體+珠光體,珠光體含量較多,因此很容易發(fā)生腐蝕;而4號試驗鋼晶粒細小,在晶界以及細小碳化物處容易發(fā)生腐蝕現(xiàn)象;而1號試驗鋼組織為粗大的鐵素體與貝氏體組織,其形成腐蝕原電池的傾向性最小,因此其腐蝕傾向性最小。

        圖2 試驗鋼在0.01mol/L的NaHSO3溶液中的動電位極化曲線

        2.3.2 腐蝕后期

        3號、1號和4號試驗鋼耐腐蝕性較好,試樣表面的銹層均已達一定厚度,并且銹層之間的孔隙也基本已填充,由阻抗譜可看出,Cr含量高的此時阻抗譜較大,這是因為此時銹層均有一定厚度,Cr含量高,Cr在銹層與銹層孔隙處富集,增加銹層的致密性,阻礙電子的運動,從而增大其阻抗譜可形成穩(wěn)定的腐蝕銹層。

        圖3 腐蝕前期

        圖4 腐蝕后期

        3 小結(jié)

        通過電化學方法對5種不同材料的腐蝕熱力學與動力學參數(shù)進行檢測分析,得出以下結(jié)論:

        圖7 腐蝕速率

        試驗鋼初期腐蝕傾向性主要由其組織結(jié)構(gòu)所決定,也即晶粒粗大、碳化物含量越少的組織結(jié)構(gòu),對初期的耐蝕性越好。

        隨著浸泡時間的延長,Cr含量較高的試驗鋼的阻抗值整體上呈現(xiàn)逐漸增大趨勢,而Cr含量較低與無Cr的試驗鋼的阻抗值變化無明顯規(guī)律,說明隨著Cr含量的增加與浸泡時間的延長,其銹層的致密性與穩(wěn)定性逐漸增大。

        從不同合金試驗鋼在同一浸泡周期下的阻抗譜得出,在浸泡初期,Cr含量高有利于耐蝕性的改善;隨著浸泡時間的延長,到浸泡中期時,其耐蝕性主要受銹層厚度與保護性的影響,因此此時無Cr試驗鋼的耐蝕性稍優(yōu)于含Cr試驗鋼;當浸泡時間進一步延長時,到浸泡后期,由于此時表面銹層已達到一定厚度,并且銹層穩(wěn)定性較好,因此此時高Cr試驗鋼的耐蝕性優(yōu)于低Cr、無Cr試驗鋼的耐蝕性。

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