高能喷丸对低合金海洋用钢锈层致密化的影响研究

摘要

为了适应苛刻的海洋环境，要求海洋用钢在具备良好力学性能的同时，还应具有较强的耐腐蚀性能。低合金钢因其较低的成本和较好的耐蚀性能而在海洋环境中得到广泛应用。但是，低合金钢在自然环境中需要几年甚至十几年才能形成稳定致密的保护性锈层，导致其裸露使用时耐海洋环境腐蚀性能不理想，需要配套外部防腐技术使用。
　　为了缩短致密锈层形成时间，国内外学者相继提出多种人工加速锈层形成技术，其中较为常见的是锈层稳定化处理和去极化剂加速腐蚀。锈层的形成是材料表面复杂的化学反应过程，基于纳米晶材料特殊晶界结构具有高的化学反应活性，因此对钢进行表面纳米化加工有望提高钢表面反应活性而促进锈层形成。而高能喷丸利用大塑性变形细化晶粒的原理可以成功实现钢表面纳米晶化。因此，本文采用高能喷丸方法分别对Q235、Q345以及15 CrMo三种典型的低合金海洋用钢进行表面加工，选取三种人工加速腐蚀方法（双氧水加速腐蚀、PVB涂覆+飞溅加速腐蚀、PVB涂覆+盐雾加速腐蚀）分别在高能喷丸处理前后钢表面加速锈层的形成。在分析钢高能喷丸表面组织细化效果的基础上，研究高能喷丸处理前后钢表面锈层的特征，揭示高能喷丸对低合金钢加速腐蚀锈层的形成及性质的影响规律，为提高低合金海洋用钢的耐蚀性能提供有力理论指导与依据。主要研究结果如下:
　　(1) Q235、Q345以及15CrMo三种常见低合金海洋用钢通过高能喷丸处理后可以在表面获得一定厚度的变形层，表层晶粒与组织细化显著。Q345钢和15C rMo钢表层组织实现了纳米化，平均晶粒尺寸小于100nm，但在相同高能喷丸加工参数下，Q235钢的组织细化效果不如Q345钢和15CrMo钢。
　　(2)双氧水全浸、PVB涂覆+飞溅试验、PVB涂覆+盐雾试验三种加速腐蚀方式下，高能喷丸处理均有利于促进Q345钢表面锈层的形成，锈层致密性均得到提高，高能喷丸处理试样的加速腐蚀形成锈层耐蚀性提高。高能喷丸处理后，双氧水全浸、PVB涂覆+飞溅试验、PVB涂覆+盐雾试验三种加速腐蚀方式下形成锈层的自腐蚀电位分别提高80mV、100mV和280mV，自腐蚀电流密度分别减小34％、80％和68％。PVB涂覆+飞溅加速腐蚀条件下，高能喷丸对锈层致密性和耐蚀性提高效果最显著。
　　(3) PV涂覆+飞溅加速腐蚀方式下，高能喷丸处理有利于促进Q235钢和15CrMo钢表面锈层的形成，锈层致密性均得到提高，高能喷丸处理试样的加速腐蚀形成锈层的耐蚀性提高。高能喷丸处理后，Q235钢和15CrMo钢在PVB涂覆+飞溅加速腐蚀方式下形成锈层的自腐蚀电位分别提高280mV和500mV，自腐蚀电流密度分别减小24％和70％。高能喷丸对15CrMo钢锈层致密性和耐蚀性的提高效果比Q235钢显著。

目录

摘要

第一章 绪论

1．1 研究背景及意义

1．2 海洋用钢及方法技术研究现状

1．2．1 国内外海洋用钢现状

1．2．2 低合金海洋用钢研究概况

1．2．3 常见海洋防腐技术及展望

1．3 高能喷丸技术研究现状

1．3．1 高能喷丸技术简介

1．3．2 高能喷丸对材料组织与性能的影响

1．4 高能喷丸对腐蚀反应过程影响

1．4．1 对反应过程原子扩散影响

1．4．2 对锈层元素再分布影响

1．5 本课题的选题思路

1．6 本课题的主要研究内容及技术路线

第二章 试验方法与过程

2．1 引言

2．2 试验材料及喷丸加工

2．2．1 试验材料

2．2．2 高能喷丸加工

2．3 加速锈层形成方法

2．3．1 双氧水加速腐蚀

2．3．2 PVB涂覆+飞溅腐蚀

2．3．3 PVB涂覆+盐雾腐蚀

2．4 分析测试方法

2．4．1 喷丸组织结构与形貌分析

2．4．2 锈层形貌物相分析

2．4．3 电化学分析

第三章 高能喷丸对Q345钢加速锈层致密化的影响

3．1 引言

3．2 高能喷丸前后Q345钢的基体组织特征

3．2．1 高能喷丸前后表面金相组织

3．2．2 高能喷丸后横截面组织

3．2．3 高能喷丸前后表面SEM形貌

3．2．4 高能喷丸前后横截面SEM形貌

3．2．5 高能喷丸后TEM分析

3．2．6 高能喷丸前后XRD分析

3．3 双氧水加速腐蚀条件下高能喷丸对锈层的影响

3．3．1 锈层表面SEM形貌

3．3．2 锈层EDS分析

3．3．3 锈层电化学分析

3．4 PVB涂覆+飞溅腐蚀条件下高能喷丸对锈层的影响

3．4．1 锈层表面SEM形貌

3．4．2 锈层横截面SEM形貌

3．4．3 锈层的横截面能谱分析

3．4．4 锈层的XRD分析与极化曲线

3．5 PVB涂覆+盐雾腐蚀条件下高能喷丸对锈层的影响

3．5．1 锈层表面SEM形貌

3．5．2 锈层横截面SEM形貌

3．5．3 锈层横截面能谱分析

3．5．4 锈层的极化曲线分析

3．6 高能喷丸对Q345钢锈层致密化影响的结果讨论

3．6．1 Q345钢基体组织特点的结果讨论

3．6．2 Q345钢加速腐蚀锈层的结果讨论

3．6．3 对比三种加速腐蚀方法的结果讨论

3．7 本章小结

第四章 高能喷丸对其它钢加速锈层致密化的影响

4．1 引言

4．2 高能喷丸对Q235钢在PVB涂覆+飞溅腐蚀条件下锈层的影响

4．2．1 高能喷丸前后Q235钢的基体组织特征

4．2．2 高能喷丸前后Q235钢加速腐蚀锈层的特性

4．3 高能喷丸对15CrMo在PVB涂覆+飞溅腐蚀条件下锈层的影响

4．3．1 高能喷丸前后15CrMo钢的基体组织特征

4．3．2 高能喷丸前后15CrMo钢加速腐蚀锈层的特性

4．4 高能喷丸对三种不同钢锈层致密化的影响结果讨论

4．4．1 三种钢基体组织特点的结果讨论

4．4．2 三种钢加速腐蚀锈层的结果讨论

4．5 本章小结

结论

参考文献

攻读学位期间发表论文

声明

致谢