热处理工艺对管用304不锈钢组织与性能的影响

摘要

作为一种典型的18-8型奥氏体不锈钢，304不锈钢具有良好的耐蚀性、耐热性、塑性和成型性能，已广泛用于医疗器具、船舶、食品工业及石油化工厂的管道等。但由于304不锈钢的冷热加工工艺不当以及使用环境中广泛存在的氯离子等原因，管用304不锈钢的耐蚀性会明显降低，甚至直接导致304不锈钢管道失效而造成严重的安全事故的和经济损失。因此，研究提高304不锈钢的耐腐蚀性能具有重要的工程意义。目前，提高304不锈钢的耐腐蚀性能的方法主要有合金化和热处理等。其中，通过热处理来提高304不锈钢的耐腐蚀性能具有工艺设备简单、成本低和耗时短等特点，所以其应用越来越广泛。但固溶处理工艺如果不当会导致合金元素没有溶入基体，致使基体组织合金含量低，从而降低其硬度和抗蚀性能。因此，通过固溶处理工艺的优化研究，对优化管用304不锈钢的组织和耐蚀性、硬度等性能具有重要意义。
　　本论文在文献调研基础上，以管用304不锈钢为研究对象，综合考虑304不锈钢加工工艺设备的简便、易于操作和低成本等因素，选择固溶热处理作为提高304不锈钢的耐腐蚀性的技术手段，对304不锈钢进行了硫酸溶液腐蚀实验和氯化钠溶液电化学腐蚀试验，以及对304不锈钢进行了固溶温度和固溶时间的优化研究，利用金相分析、XRD、SEM、EDS、失重法、极化曲线分析和硬度分析等手段探讨了固溶温度和固溶时间对304不锈钢的金相组织、耐腐蚀性能和硬度的影响。本论文得到的主要结论如下:
　　(1)304不锈钢试样在经过990℃、1020℃、1050℃、1080℃、1110℃、1140℃固溶处理后，原始组织中的铁素体与合金碳化物较充分溶解，形成单相奥氏体组织。其中，经过990℃·55min固溶后试样的耐蚀性和硬度最佳，其腐蚀速率由原始试样的0.0263g/d下降到0.0045g/d，硬度由原始试样的69.3HV升高到160.4HV;经过1020℃·75min固溶后试样的耐蚀性和硬度最佳，其腐蚀速率由原始试样的0.0263g/d下降到0.0023g/d，硬度由原始试样的122.1HV升高到179.4HV;经过1050℃·55min固溶后试样的耐蚀性和硬度最佳，其腐蚀速率由原始试样的0.0263g/d下降到0.0020g/d，硬度由原始试样的63.2HV升高到267.5HV;经过1080℃·55min固溶后试样的耐蚀性和硬度最佳，其腐蚀速率由原始试样的0.0263g/d下降到0.0038g/d，硬度由原始试样的110.2HV升高到152.9HV;经过1110℃·55min固溶后试样的耐蚀性和硬度最佳，其腐蚀速率由原始试样的0.0263g/d下降到0.0064g/d，硬度由原始试样的90.7HV升高到114.2HV;经过1140℃·35min固溶后试样的耐蚀性和硬度最佳，其腐蚀速率由原始试样的0.0263g/d下降到0.0053g/d，硬度由原始试样的101.3HV升高到170.7HV。
　　(2)对已进行固溶处理的304不锈钢试样进行电化学腐蚀试验，电化学腐蚀介质NaCl溶液，其浓度分别为1.5 wt％、3.5 wt％（海水中的氯离子平均浓度为3.5 wt％）、5.5 wt％，试样的腐蚀电位Ecorr均为负值，经过1140℃·35min固溶处理的试样的腐蚀电流Icorr最低，其耐蚀性最好。
　　(3)通过金相组织、硬度、腐蚀速率和极化曲线分析研究可知，304不锈钢的最佳固溶热处理工艺为1140℃·35min，经过这样处理过的304不锈钢有良好的组织、硬度和耐腐蚀性能。本研究对改善304不锈钢材料的组织、硬度和耐腐蚀性能有一定的参考价值。

目录

声明

摘要

第1章 绪论

1．1 不锈钢概述

1．1．1 不锈钢的概念及分类

1．1．2 不锈钢主要化学成分与组织结构

1．1．3 不锈钢的性能及应用

1．2 奥氏体不锈钢概述

1．2．1 奥氏体不锈钢成分与组织结构

1．2．2 奥氏体不锈钢耐腐蚀性能

1．2．3 奥氏体不锈钢热处理、性能及应用

1．3 304不锈钢研究概述

1．3．1 304不锈钢的成分与组织结构

1．3．2 304不锈钢的性能与应用

1．4 管用304不锈钢耐蚀性影响的研究现状

1．4．1 热处理对管用304不锈钢耐蚀性影响的研究概述

1．4．2 合金化对管用304不锈钢耐蚀性影响的研究概述

1．4．3 针对304不锈钢耐腐蚀性能还需要进一步研究的问题

1．5 本论文研究的目的与意义

1．5．1 本论文研究的目的

1．5．2 本论文研究的意义

1．6 本论文研究内容与技术路线

1．6．1 本论文主要研究内容

1．6．2 本论文研究的技术路线

第2章 实验部分

2．1 实验原材料与化学试剂

2．1．1 实验原材料

2．1．2 化学试剂

2．2 实验仪器设备

2．3 304不锈钢的热处理实验

2．3．1 304不锈钢的热处理工艺设计

2．3．2 304不锈钢的热处理

2．4 304不锈钢的金相制备与组织结构分析

2．4．1 304不锈钢的金相制备

2．4．2 304不锈钢的金相组织结构分析

2．5 304不锈钢的耐腐蚀性能实验

2．5．1 304不锈钢的耐腐蚀性能实验方案设计

2．5．2 304不锈钢的耐腐蚀性能测试方法

2．6 304不锈钢的硬度测试

2．7 304不锈钢XRD的分析

2．8 304不锈钢SEM与EDS的分析

2．9 电化学方法

2．9．1 304不锈钢的电化学腐蚀实验方案设计

2．9．2 304不锈钢电化学测试试样的制备

2．9．3 304不锈钢动电位极化曲线的测试

第3章 固溶处理对304不锈钢组织性能的影响

3．1 引言

3．2 固溶时间对304不锈钢组织性能的影响

3．2．1 固溶时间对304不锈钢金相组织的影响

3．2．2 固溶时间对304不锈钢耐腐蚀性能的影响

3．2．3 固溶时间对304不锈钢硬度的影响

3．2．4 本节小结

3．3 固溶温度对304不锈钢组织性能的影响

3．3．1 固溶温度对304不锈钢金相组织的影响

3．3．2 固溶温度对304不锈钢耐腐蚀性能的影响

3．3．3 固溶温度对304不锈钢硬度的影响

3．4 扫描电镜对固溶处理后的304不锈钢的分析

3．5 本章小结

第4章 NaCl溶液浓度对304不锈钢点蚀的影响

4．1 引言

4．2 实验方法

4．3 304不锈钢在不同浓度NaCl溶液中的极化曲线研究

4．3．1 1．5 wt％NaCl溶液对304不锈钢的动电位极化曲线的影响

4．3．2 3．5 wt％NaCl溶液对304不锈钢的动电位极化曲线的影响

4．3．3 5．5 wt％NaCl溶液对304不锈钢的动电位极化曲线的影响

4．4 304不锈钢点蚀扫描电镜分析

4．4．1 1．5 wt％NaCl溶液对304不锈钢点蚀形貌的影响

4．4．2 3．5 wt％NaCl溶液对304不锈钢点蚀形貌的影响

4．4．3 5．5 wt％NaCl溶液对304不锈钢点蚀形貌的影晌

4．5 本章小结

结论

致谢

参考文献

攻读学位期间取得学术成果