提高高铬铁素体不锈钢耐腐蚀性能的研究

摘要

本文研究开发的高铬铁素体不锈钢主要应用在化工领域中的低温热回收系统，该合金要求在硫酸、磷酸及氯离子环境下具有优良的耐腐蚀性能。合金元素铜、钛铌、稀土和热处理工艺都影响材料的耐腐性能，本文主要考察合金元素和热处理工艺对高铬铁素体不锈钢腐蚀性能的影响，希望通过这些研究来拓展其应用。
　　本文以高铬铁素体不锈钢为研究对象，采用真空中频感应冶炼工艺，熔炼了不同设计成分的高铬铁素体不锈钢，考察合金元素Cu、Ti+Nb、稀土和固溶处理对合金在H2SO4、H3PO4、NaCl及FeCl3溶液中耐蚀性能的影响。用浸泡实验测定合金的全面腐蚀速率；用电化学实验测定合金的极化曲线和阻抗谱，观察合金自腐蚀电流、自腐蚀电位、维钝电流和阻抗的变化；利用扫描电镜与莱卡光学显微镜分析了实验钢的组织、析出相变化及在晶界处的分布等特点；使用扫描电子显微镜观察浸泡腐蚀后合金表面腐蚀形貌，能谱仪分析腐蚀后的合金表面保护膜和组织析出相，观察合金元素的添加对钝化膜形貌和析出相及成分的影响。
　　结果表明：在90%H2SO4溶液、40%H3PO4溶液和3.5%NaCl溶液中，随着铜含量的增大，试样的腐蚀速度先变小后变大，在合金铜含量为1%时，高铬铁素体不锈钢的耐全面腐蚀性能最优。当合金中铜含量小于1%时，随着铜含量的增加不锈钢表面胞状的钝化膜逐渐变厚变大、蚀坑数减少和面积变小。当合金中铜含量大于1.0%时，合金钝化膜出现缺陷，蚀坑数量变多，面积增大。在FeCl3溶液中，随着氯离子含量增大不同成分的高铬铁素体不锈钢的平均腐蚀速度均增大，在相同浓度 FeCl3中，随着合金中铜的增加合金耐腐蚀性先增大后减小，在铜含量为1.5%时合金腐蚀速率最小。过量铜的添加使钢中过饱和的铜以富铜相ε-Cu相析出，他们多分布在晶界处又会降低合金的耐腐蚀性。在铜含量为1.0%的基础上，相继添加钛铌和稀土，在三种溶液中，合金钢耐腐蚀性均逐渐增强，对铜含量为1.0%含钛铌和稀土的高铬铁素体不锈钢在950℃、1000℃、1050℃和1100℃固溶处理。结果表明在三种溶液中，固溶温度在1050℃时，合金的耐腐蚀性能最强。实验研究发现向铁素体不锈钢中添加铜，析出物在晶界处的数量明显减少，并且析出相变小，铜的添加会使（Fe，Cr）23C6等析出相在晶间上的析出受到抑制。当引入钛铌和稀土后，钛铌可以生成很稳定的钛碳化物与铌碳化物从而抑制富铬析出相的生成，稀土的添加可以净化铁素体晶界，提高组织的均匀性，从而使其耐蚀性能显著增强。
　　本文的研究结果对高铬铁素体不锈钢的理论研究和实际应用的发展具有很好的促进作用，为设计开发出耐蚀性能优异的高铬铁素体不锈钢提供了理论参考，为进一步挖掘高铬铁素体不锈钢在化工生产中应用也具有十分重要的现实意义。

目录

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附表索引

第1章 绪 论

1.1 引言

1.2 冷凝器选材的现状及趋势

1.3 铁素体不锈钢的组织和特点

1.4 不锈钢的腐蚀

1.5 本文研究的目的和内容

第2章 实验材料及实验内容

2.1 试样制备

2.2 实验方法及实验设备

2.3 试样的腐蚀实验

第3章 理化检验分析结果

3.1 引言

3.2 理化检验分析

3.3 本章小结

第4章 铜对高铬铁素体不锈钢在酸中耐腐蚀的影响

4.1 在硫酸中的全面腐蚀试验分析讨论

4.2 在硫酸中的电化学腐蚀试验分析

4.3 在磷酸中的全面腐蚀试验分析讨论

4.4 在磷酸中的电化学腐蚀试验分析讨论

4.5 本章小结

第5章 铜对高铬铁素体不锈钢点腐蚀的影响

5.1 引言

5.2 全面腐蚀试验分析

5.3 电化学腐蚀试验分析讨论

5.4 本章小结

第6章 高铬铁素体不锈钢耐腐蚀改进探究

6.1 钛铌和稀土对高铬铁素体不锈钢耐腐蚀性能的影响

6.2 热处理工艺对高铬铁素体不锈钢耐腐蚀性能的影响

6.3 本章小结

结论及展望

参考文献

致谢