超高强度马氏体时效钢在酸性环境中的腐蚀行为与机理研究

摘要

00Ni18Co12Mo5Ti马氏体时效钢是高合金超高强度钢的一个典型钢种，其性能特点是在具有超高强度的同时具有良好的韧性，并且热处理工艺简单。在实际应用中，更准确的了解和认识00Ni18Co12Mo5Ti马氏体时效钢的耐腐蚀性能，对充分发挥该钢的超高强度和高韧性具有重要的实际应用价值。本文通过化学浸泡法、电化学测试法、形貌观察法和成分分析法对超高强度马氏体时效钢在酸性FeCl3环境中的腐蚀行为与机理进行综合、深入研究，得到了00Ni18Co12Mo5Ti钢在强氧化性的HNO3溶液和还原性的H2S溶液两种预处理后的耐腐蚀性能差异，并将其与15-5PH马氏体不锈钢和40Cr低合金钢在FeCl3溶液中的耐腐蚀性能进行了对比。本文的研究结果对该钢种的使用寿命的估算具有参考价值，对钢铁企业节能减排也有重要的实践意义。
　　运用浸泡腐蚀失重法对比经HNO3钝化后与H2S预处理后三种材料的腐蚀速率、表面宏观、微观形貌等特性，研究结果显示00Ni18Co12Mo5Ti钢宏观腐蚀形貌为河流冲刷状，微观则显示蜂窝带孔状，耐腐蚀性能较为稳定;15-5PH不锈钢呈现典型点蚀形貌，经H2S预处理后，浸泡36h时点蚀孔直径达到了752.6μm，是HNO3钝化后点蚀孔直径76.1μm的10倍大小;40Cr低合金钢在两种环境下都表现出了严重的剥落腐蚀形貌。硝酸钝化浸泡腐蚀36h后00Ni18Co12Mo5Ti钢的腐蚀速度为9g/m2·h，比15-5PH不锈钢高了9倍，是40Cr低合金钢的0.4倍。氢硫酸处理后00Ni18Co12Mo5Ti钢在前期腐蚀速度比不锈钢稍快，而36h后的腐蚀速度为9.5g/m2·h，低于15-5PH不锈钢(11g/m2·h)，是40Cr低合金钢的0.2倍。三种试样在36h前的腐蚀速率很快，36h后腐蚀速率趋于稳定，表明对金属材料腐蚀的防护，前期是重点。Tafel极化曲线数据显示三种材料经预处理后都出现了较为明显的钝化现象，腐蚀电位和腐蚀电流变化趋势与浸泡腐蚀速率基本吻合。
　　运用电化学测试、腐蚀形貌观察和能谱分析等试验，对比分析了00Ni18Co12Mo5Ti钢极化曲线、交流阻抗谱图、表面微观腐蚀形貌和能谱等特性，本文研究得出经过预处理后的试样表面会形成良好的保护膜，HNO3钝化膜效果更好，预处理后的腐蚀性都具有较好的稳定性。金相显示00Ni18Co12Mo5Ti钢在腐蚀初期表现出了明显的晶间腐蚀倾向;SEM形貌显示，腐蚀36h后微孔直径稳定在40μm，试样在36h前表面为河流冲刷状形貌，没有产生明显的孔洞;36h开始产生蚀孔，随着周期的延长，蚀孔直径也不断增大，腐蚀后期在蚀孔内部又开始出现新的孔蚀现象。能谱结果显示00Ni18Co12Mo5Ti马氏体时效钢的主要腐蚀产物是稳定态的Fe2O3。
　　热处理后00Ni18Co12Mo5Ti钢的板条马氏体晶粒和组织得到细化，析出物分布更加弥散均匀。对九种热处理后试样进行腐蚀测试试验，其结果显示，固溶温度的增加会使试验材料腐蚀失重速率增大，腐蚀电位降低，Tafel极化曲线阴极区域减小，耐腐蚀性降低。时效温度相同时，随时间的延长腐蚀电位呈增加趋势，而且时间短的试样表现出的钝化效果更好。对比不同热处理后腐蚀电位、腐蚀电流密度与硬度、晶粒度的变化趋势，发现试样硬度高时腐蚀电流密度大，试样的耐腐蚀性差。表面钝化处理和化学镀均能在试验材料表面形成有效的保护膜，提高材料的耐腐蚀性能。

目录

摘要

符号说明

第一章 绪论

1．1 课题研究背景及意义

1．2 超高强度钢概况

1．3 超高强度马氏体时效钢简介

1．3．1 马氏体效钢的性能

1．3．2 马氏体时效钢中各成分的作用

1．3．3 马氏体时效钢的应用及发展趋势

1．4 国内外研究现状

1．5 本文研究的主要内容

第二章 金属腐蚀的基本理论与测试方法

2．1 腐蚀的基本概念

2．2 腐蚀的分类

2．3 金属腐蚀的测试方法

2．3．1 化学浸泡法介绍

2．3．2 形貌测试方法介绍

2．3．3 电化学测试技术介绍

第三章 试验条件与方案

3．1 试验材料、化学试剂及实验仪器

3．1．1 试验材料

3．1．2 化学试剂

3．1．3 主要试验仪器

3．2 化学浸泡测试试验方案

3．3 电化学测试试验方案

3．3．1 试样的制备

3．3．2 电化学测试试验内容

3．4 热处理试验方案

3．4．1 00Ni18Co12Mo5Ti马氏体时效钢热处理工艺

3．4．2 热处理工艺制度制定

3．5 表面处理方案

3．5．1 钝化处理方案

3．5．2 表面化学镀方案

第四章 化学浸泡试验结果及分析

4．1 FeCl3溶液化学浸泡试验结果及分析

4．1．1 浸泡腐蚀试验表面宏观形貌分析

4．1．2 浸泡腐蚀试样表面微观形貌分析

4．2 FeCl3溶液中腐蚀速率的对比分析

4．3 塔菲尔(Tafel)极化曲线对比分析

4．4 本章小结

第五章 电化学腐蚀试验与形貌测试结果及分析

5．1 电化学试验结果与分析

5．1．1 塔菲尔极化曲线结果与分析

5．1．2 交流阻抗结果与分析

5．2 00Ni18Co12Mo5Ti马氏体时效钢腐蚀形貌分析

5．2．1 腐蚀初期表面金相分析

5．2．2 腐蚀后表面SEM分析

5．3 腐蚀后表面能谱分析

5．4 本章小结

第六章 热处理工艺对耐腐蚀性能影响

6．1 热处理后金相组织

6．2 热处理后腐蚀试验结果与分析

6．2．1 腐蚀速率对比

6．2．2 极化曲线对比

6．2．3 综合对比

6．3 表面处理结果与分析

6．4 本章小结

结论

展望

参考文献

致谢

攻读硕士学位期间发表的论文和取得的科研成果

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