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1、毕业设计题 目 微量硼对1Cr17不锈钢在混合酸HHS介质中 腐蚀行为的影响 / 摘 要本课题利用真空感应炉冶炼了不含硼和硼质量分数分别为15ppm、21ppm、28ppm的四组1Cr17铁素体不锈钢,主要研究微量硼元素含量变化对铸态铁素体不锈钢1Cr17腐蚀行为的影响。本试验用10106mm的腐蚀试样,采用化学浸泡法和塔菲尔极化曲线法研究了三种试验不锈钢在3.2%HCl3.8%HNO3介质中的耐蚀性能。试验结果表明：铸态1Cr17铁素体不锈钢在混酸介质中的腐蚀形式为全面腐蚀加晶间腐蚀,不含硼材料主要发生了全面腐蚀;含硼材料主要发生了晶间腐蚀。且随着含硼量的增加,晶间腐蚀越严重,铁素体不锈钢钝
2、化能力增强。对于同一种介质,随着温度的升高,腐蚀速率增大,材料的耐腐蚀性下降。关键词：铁素体不锈钢,硼含量,耐蚀性ABSTRACTThe subject of the use of vacuum induction furnace smelting boron and boron mass fraction to 15ppm, 21ppm, 28ppm of four sets of the 1Cr17 ferritic stainless steel, the main trace element boron content on the corrosion behavior of cast
3、 ferritic stainless steel 1Cr17 . In this experiment, the corrosion specimens of 10 10 6mm, chemical immersion and Tafel polarization curves of three test the corrosion resistance of stainless steel media. The results show that: the cast state 1Cr17 iron pigment body of stainless steel in the mixed
4、acid media corrosion form of general corrosion plus intergranular corrosion of boron join to improve the 1Cr17 stainless steel resistant to intergranular corrosion can, and with increasing boron content, resistance to intergranular corrosion ability, resistance to full corrosion capacity.KEY WORDS:
5、stainless steel,boron content,corrosion resistance目录摘要IABSTRACTII第一章综述11.1 课题意义11.2 铁素体不锈钢组织特征及性能特点11.2.1 1Cr17铁素体不锈钢组织特征11.2.2 1Cr17铁素体不锈钢性能特点11.3 铁素体不锈钢腐蚀类型、腐蚀机理及影响因素21.3.1铁素体不锈钢腐蚀类型21.3.2铁素体不锈钢腐蚀机理21.3.3铁素体不锈钢腐蚀影响因素41.4 硼元素在钢中的作用51.4.1 硼在钢中的存在形式51.4.2硼对钢组织的影响61.4.3硼对钢性能的影响71.5铁素体不锈钢的极化曲线91.5.1极化曲
6、线91.5.2极化曲线的测定91.6本课题的意义及主要研究容111.6.1本课题的意义111.6.2本课题主要研究容11第二章实验方法122.1 实验方案流程图122.2实验材料122.3试样制备132.3.1取样位置及尺寸132.3.2试样的制备132.4 组织、形貌分析142.4.1 光学显微镜分析142.4.2 扫描电子显微镜分析142.5 X射线衍射分析142.6 浸泡腐蚀实验152.6.1实验设备152.6.2 实验参数及方法152.7 电化学腐蚀实验162.7.1 实验设备162.7.2 实验参数及方法16第三章实验结果与讨论183.1 浸泡腐蚀实验结果183.1.1 四种材料在混
7、合酸HHS3.2%HCl3.8%HNO3介质中的腐蚀动力学曲线183.1.2 四种材料在混合酸3.2%HCl3.8%HNO3介质中的腐蚀形貌223.1.3 四种材料在混合酸3.2%HCl3.8%HNO3介质中的腐蚀特点253.2 XRD衍射分析263.3电化学腐蚀实验结果263.3.1 四种试样的极化曲线及电化学特征值263.3.2 四种材料在混合酸3.2%HCl3.8%HNO3介质中的电化学腐蚀形貌283.4 分析与讨论29第四章结论30参考文献31翻译原文33中文翻译50致63第一章 综述1.1 课题意义随着我国国民经济持续快速发展和人民生活水平的提高,不锈钢的表观消费量急剧增长,在所消费
8、的钢种结构方面,铁素体不锈钢所占比例偏低,与国外尤其是一些发达国家相比存在很大差距,尚需不断优化,因此铁素体不锈钢拥有着广阔市场和开发前景。铁素体不锈钢以其优良的导热、高强度、耐蚀性能得到广泛地应用,合金元素对铁素体不锈钢的耐腐蚀性能有很大影响。但随着科学技术的发展,普通铁素体不锈钢的硬度、耐磨性、耐腐蚀性、屈强比等性能已无法满足使用要求,在应用方面受到很大限制。1Cr17本课题研究微量硼元素对1Cr17不锈钢在混合酸HHS3.2%HCl3.8%HNO3介质中腐蚀行为的影响,包括了微量硼元素对1Cr17不锈钢耐蚀性能的影响、介质中腐蚀类型的影响以及对腐蚀机理的影响。由于这方面的研究工作开始的较
9、迟,技术手段还不够成熟,所以此次研究不仅补充了微量元素硼对铁素体不锈钢影响的基础,同时为含硼1Cr17不锈钢的生产、使用和防护提供了实验依据。1.2 铁素体不锈钢组织特征及性能特点1.2.1 1Cr17铁素体不锈钢组织特征一般情况下,固态金属和合金都是由不规则排列的晶粒构成,不锈钢中的晶体结构有铁素体、奥氏体、马氏体或两种及多种晶体的混合体,不锈钢的许多特性都取决于它们晶体的晶格。铁素体不锈钢均为铁铬合金,它们都是铬含量在1130%的铁基合金,具有体心立方晶体结构,基本不含镍,是节镍钢种,有时含有少量的Mo、Ti、Nb等元素,在使用状态下组织结构以铁素体为主。当铬含量超过12%时,奥氏体完全消
10、失。也就是说,在铬含量超过12%后,合金将不会发生-相变,因而也不会发生晶粒细化和强硬度的变化。在整个合金围,铁素体都直接从液态中结晶出来。当铬含量大于16%时,铸态组织粗大,在400525及550700之间长期保温,会出现475脆性及相,使钢变脆。1.2.2 1Cr17铁素体不锈钢性能特点在各类不锈钢中,铁素体型不锈钢具有良好的强度及冷成形性能,但在室温及低温下的韧性差,塑-脆性转变温度高,并有缺口敏感性,与奥氏体型不锈钢相比,其高温强度不良；在低温和大截面尺寸条件下,其韧性较低。铁素体型不锈钢的组织结构为体心立方晶体,有磁性。这类钢既不能通过热处理进行强化,也不能通过冷加工进行强化。钢的热
11、导率最高、线胀系数较小,导热性和膨胀特性与普通碳钢类似,耐蚀性随钢中含铬量的增加而提高。 1.3 铁素体不锈钢腐蚀类型、腐蚀机理及影响因素1.3.1铁素体不锈钢腐蚀类型 铁素体不锈钢材料在工业生产中腐蚀形式主要有以下几类：晶间腐蚀：指沿晶界进行的腐蚀,使晶粒的连接遭到破坏。晶粒间界是结晶学取向不同的晶粒间紊乱错合的界城,因而,它们是钢中各种溶质元素偏析或金属化合物沉淀析出的有利区域。因此,在某些腐蚀介质中,晶粒间界可能先行被腐蚀乃是不足为奇的。大多数的金属和合金在特定的腐蚀介质中都可能呈现晶间腐蚀。晶间腐蚀为奥氏体不锈钢的主要腐蚀形式,只是由于晶界区域与晶成分或应力有差别,引起晶界区域电极电位
12、显著降低而造成的电极电位助差别所致。 点腐蚀：点腐蚀是发生在金属表面局部区域的一种腐蚀破坏形式、点腐蚀形成后能迅速地向深处发展,最后穿透金属。点腐蚀危害性很大,尤其是对各种容器是极为不利的。出现点腐蚀后应及时磨光或涂漆,以避免腐蚀加深。缝隙腐蚀：是局部腐蚀的一种形式,它可能发生于溶液停滞的缝隙中或屏蔽的表面。这样的缝隙可以在金属与金属或金属与非金属的接合处形成,例如,在与铆钉、螺栓、垫片、阀座、松动的表面沉积物以及海生物相接烛之处形成。应力腐蚀：不锈钢在特定的腐蚀性介质和拉应力 的同时作用时会出现低于强度极限的脆性开裂现象。这种腐蚀发生的时间短, 破坏性极大。先是由于腐蚀性介质的作用, 在不锈
13、钢的腐蚀敏感部位形成微小坑陷, 而后在残余应力的作用下产生微观裂纹, 且裂纹扩展很快, 最终腐蚀开裂。这种腐蚀性介质有硝酸、硝酸铵、溴化钙、盐酸、氢氟酸、氢氧化钾及含有氯离子溶液等; 腐蚀敏感部位是指活化- 钝化过渡区, 即钝化膜不完整的电位围。1.3.2铁素体不锈钢腐蚀机理晶间腐蚀产生的原因：一般认为是由于晶界合金元素的贫化。不锈钢中含有一定量的铬和钼等可钝化元素才具有耐腐蚀性, 如果在晶界有富铬和富钼相析出, 这些相的主要成分为M23C6,M7C3,析出相中铬含量高达95 %,则沿晶界就产生一个贫铬和贫钼区。当贫化区的铬和钼含量降至钝化所需的极限含量以下时, 在适合的腐蚀溶液中就形成! 碳
14、化铬- 贫铬区 电池,使晶界贫铬区产生腐蚀。另一种看法认为产生晶间腐蚀的原因是由于在晶界产生一些沉淀物,如相, 这些沉淀物在腐蚀介质中首先被腐蚀而引起晶间腐蚀。较为人们接受的是合金元素在晶界贫化的理论。点腐蚀产生的原因：由于钢中存在缺陷、杂质和溶质等的不均匀性, 当介质中含有某些活性阴离子 时, 首先被吸附在金属表面某些点上, 从而使不锈钢表面钝化膜发生破坏。由于钝化膜破坏处的基体金属显露出来使其呈活化状态, 而钝化膜处为钝态,这样就形成了活性- 钝性腐蚀电池。由于阳极面积比阴极面积小得多, 阳极电流密度大, 所以阳极金属很快腐蚀成小孔。产生点蚀有两个重要条件, 一是金属在介质中必须达到某一临
15、界电位,二是侵蚀性的卤化物阴离子达到某一浓度。孔主要发生阳极溶解反应为:Fe Fe2+ + 2e, Cr Cr3+ + 3e;孔外主要反应为:1/2 O2+ H2O+ 2e 2OH-;缝隙腐蚀产生原因：在电解液和结构缝隙存在的条件下,缝隙有关物质的移动受到了阻滞,形成浓差电池从而产生局部腐蚀;由于电解质中O2 的扩散,在汽液交界面上形成三相界面而产生强烈的水线腐蚀, 以及形成活化钝化电池的闭塞电池。因为缝隙是缺氧区,成为阳极,其后也产生自催化加速作用,一旦发生就迅速进展。缝隙腐蚀和孔蚀一样, 在含Cl- 离子的溶液中最容易发生。应力腐蚀产生原因：应力腐蚀发生的初期与点蚀和缝隙腐蚀相同,都是在一个对流不通畅的、闭塞的微区进行的,也称为闭塞电池腐蚀。微观裂纹一旦产生,在金属部就存在一条狭窄的活性通路,在拉应力的作
