奥氏体不锈钢在含氯离子循环冷却水体系中的应用腐蚀研究

论文摘要

本论文采用慢应变速率法、恒变形原位电化学测试以及表面分析技术,对奥氏体不锈钢在含氯离子循环冷却水体系中的应力腐蚀进行了系统的研究。探讨了应变和氯离子浓度对应力腐蚀的影响,评价了三种水处理剂在模拟低、中、高硬度循环冷却水中对奥氏体不锈钢应力腐蚀的抑制作用。本研究可为工业污水回用技术的推广应用提供依据。采用慢应变速率法研究了奥氏体不锈钢在NaCl溶液,低、中、高硬度模拟循环冷却水中的应力腐蚀敏感性。应力应变曲线和断口形貌表明：304不锈钢在NaCl溶液中60℃C时发生应力腐蚀的临界氯离子浓度范围是60mg·L-1～90mg·L-1。当Cl-浓度大于90mg·L-1时,断口表面出现二次裂纹,发生应力腐蚀破裂；当Cl-浓度小于60mg·L-1时,断面没有出现二次裂纹,不发生应力腐蚀破裂；在60℃低硬度循环冷却水中,304奥氏体不锈钢发生应力腐蚀的临界氯离子浓度范围为300mg·L-1～600mg·L-1,大于600mg·L-1时304不锈钢在低硬模拟循环冷却水中存在发生应力腐蚀破裂的倾向；在60℃C中硬度循环冷却水中,304奥氏体不锈钢发生应力腐蚀的临界氯离子浓度范围是600mg·L-1～800mg·L-1,大于800mg·L-1时304不锈钢在中硬模拟循环冷却水中存在发生应力腐蚀破裂的倾向；在60℃高硬度循环冷却水中,304奥氏体不锈钢应力腐蚀敏感性显著增大的Cl-浓度约为710mg·L-1～1000mg·L-1,大于1000mg·L-1时304不锈钢在高硬模拟循环冷却水中存在应力腐蚀破裂倾向,可见模拟循环水的硬度对奥氏体不锈钢应力腐蚀临界氯离子浓度会产生明显的影响。采用自行设计的恒变形原位电化学测试装置,研究了应变和氯离子浓度对钝化膜破裂电位的影响。钝化膜破裂电位是研究不锈钢应力腐蚀的一个重要参数。本研究提出了应变对钝化膜破裂电位的影响因子fε,通过fε的变化可以定量研究应变对应力腐蚀钝化膜破裂电位的影响。通过与慢拉伸试验结果的对照,恒变形原位电化学测试是一种便捷、可靠的测试应力腐蚀临界条件的新方法。采用慢拉伸速率法和恒变形原位电化学测试以及表面分析技术,评价了Rp-98H、Rp-51、Rp-04L等三种水处理剂在低、中、高硬度循环冷却水中对奥氏体不锈钢应力腐蚀的抑制作用。结果表明：Rp-98H在低硬度循环冷却水中抑制应力腐蚀的作用不明显；Rp-51、Rp-04L在中、高硬度循环冷却水中起到了显著的抑制奥氏体发生氯离子应力腐蚀破裂的作用,使得奥氏体不锈钢发生应力腐蚀的临界氯离子浓度提高了近一倍采用模拟闭塞电池法研究了奥氏体不锈钢在含氯离子体系中局部腐蚀闭塞区内的离子迁移及化学状态,研究了闭塞区内溶液的pH值、氯离子迁移和富集等化学状态变化及氯离子的浓集及对应力腐蚀的影响。结果表明：由于局部腐蚀闭塞区内氯离子的浓集作用,环境中很低的氯离子浓度有可能导致304不锈钢的应力腐蚀破裂。

论文目录

• 学位论文数据集
• 摘要
• ABSTRACT
• 符号说明
• 第一章 绪论
• 1.1 引言
• 1.1.1 工业污水回用的国内外现状及发展趋势
• 1.1.2 不锈钢的应力腐蚀破裂问题在污水回用中的主要危害及研究的必要性
• 1.2 应力腐蚀破裂及其机理
• 1.2.1 应力腐蚀破裂
• 1.2.2 应力腐蚀破裂的基本特征
• 1.2.3 应力腐蚀研究现状及主要机理
• 1.3 应力腐蚀破裂的影响因素
• 1.3.1 应力应变的影响
• 1.3.2 金属及冶金
• 1.3.3 影响应力腐蚀的环境因素
• -介质中应力腐蚀研究'>1.3.4 奥氏体不锈钢在Cl^-介质中应力腐蚀研究
• 1.4 应力腐蚀的试验方法
• 1.4.1 力学方法
• 1.4.2 物理方法
• 1.4.3 电化学方法
• 1.4.4 氯化物应力腐蚀破裂研究方法
• 1.5 本课题研究的主要内容
• 第二章 奥氏体不锈钢在含氯离子循环冷却水中的应力腐蚀敏感性
• 2.1 引言
• 2.2 实验方法
• 2.2.1 实验材料
• 2.2.2 实验溶液
• 2.2.3 慢应变速率拉伸实验
• 2.3 实验结果与讨论
• 2.3.1 NaCl水溶液中氯离子浓度对304奥氏体不锈钢应力腐蚀敏感性的影响
• 2.3.2 低硬度模拟循环冷却水中氯离子浓度对304奥氏体不锈钢应力腐蚀敏感性的影响
• 2.3.3 中硬度模拟循环冷却水中氯离子浓度对304奥氏体不锈钢应力腐蚀敏感性的影响
• 2.3.4 高硬度模拟循环冷却水中氯离子浓度对304奥氏体不锈钢应力腐蚀敏感性的影响
• 2.3.5 循环冷却水的硬度对304奥氏体不锈钢应力腐蚀敏感性的影响
• 2.4 本章结论
• 第三章 应变和氯离子浓度对奥氏体不锈钢应力腐蚀影响的电化学研究
• 3.1 引言
• 3.2 实验方法
• 3.2.1 实验材料和溶液
• 3.2.2 实验方法
• 3.3 实验结果与讨论
• 3.3.1 304不锈钢在低、高硬度模拟循环冷却水中的极化曲线
• 3.3.2 304不锈钢在低、高硬度循环冷却水中的交流阻抗测试
• 3.3.3 应变对304不锈钢应力腐蚀钝化膜破裂电位的影响
• 3.3.4 不同应变时钝化膜破裂电位与氯离子浓度的关系
• 3.3.5 在拐点D、E、F处钝化膜的耐蚀性研究
• -浓度下应变对钝化膜破裂电位的影响因子f_ε'>3.3.6 不同Cl^-浓度下应变对钝化膜破裂电位的影响因子f_ε
• 3.3.7 应变对交流阻抗谱特征的影响
• 3.3.8 应变量与马氏体相变量的关系
• 3.4 本章结论
• 第四章 水处理剂对不锈钢应力腐蚀的影响
• 4.1 引言
• 4.2 实验方法
• 4.3 实验结果与讨论
• 4.3.1 Rp-98h水处理剂的添加浓度及缓蚀机理
• 4.3.2 Rp-98H在低硬度模拟循环冷却水中对应力腐蚀的影响
• 4.3.3 Rp-04L在高硬度模拟循环冷却水中对应力腐蚀的影响
• 4.3.4 Rp-51在中硬度模拟循环冷却水中对应力腐蚀的影响
• 4.3.5 低礙度横拟循环冷却水中添加lOOm
• 水处理剂Rp"98H氣离子浓度对316L奥氏体不诱钢应力腐烛敏感性的影响
• 4.4 本章结论
• 第五章 304不锈钢闭塞区化学状态及对应力腐蚀的影响
• 5.1 引言
• 5.2 实验方法
• 5.2.1 试样制备
• 5.2.2 实验方法
• 5.3 结果与讨论
• 5.3.1 闭塞区溶液pH值的变化规律
• -浓集规律'>5.3.2 闭塞区溶液Cl^-浓集规律
• 5.3.3 闭塞区内试样SEM观察
• 5.3.4 塞区内氯离子浓集对304不锈钢应力腐蚀的影响
• 5.4 本章结论
• 全文总结
• 参考文献
• 致谢
• 攻读博士学位期间发表的论文目录
• 作者和导师简介