400系铁素体不锈钢热轧板材耐蚀性能研究

论文摘要

由于奥氏体的价格昂贵和镍资源的匮乏,因此无镍和低镍的不锈钢就得到了很多国家的大力开发和应用研究。本文针对400系列不锈钢的代表钢种430、410S、409L,结合其微观组织和成分,重点研究了其热轧板材的耐蚀性能,并与奥氏体不锈钢304对比分析。耐蚀性能应是不锈钢第一位的使用性能,其测试和对比要尽量做到广泛且有代表性。因此本文即考察了400系列不锈钢的全面腐蚀（10种介质）,也考察了它的局部腐蚀（晶间腐蚀和点蚀）。为进一步提高三种不锈钢的产品质量、改良工艺参数提供理论依据,为开发铁素体不锈钢提供实验数据并指导生产。通过浸泡腐蚀的腐蚀速率的结果,得到三种铁素体不锈钢的耐蚀性要差于304不锈钢。这说明奥氏体的耐蚀性要优于铁素体,304中的高Cr和Ni能提高了材料的耐蚀性。这也就决定了铁素体使用范围的局限性,所以要提高铁素体不锈钢的耐蚀性,进而其才会有更大的应用空间。铁素体不锈钢在硫酸和盐酸溶液中的耐蚀性由强到弱的顺序是：430、409L、410S,在混合酸中的耐蚀性由强到弱的顺序是：409L、410S、430,在氢氧化钠中都是非常耐蚀的。说明Cr含量是影响铁素体不锈钢的主要元素,含量越高耐蚀能力越强,铁素体不锈钢中的杂质特别是碳会降低不锈钢的耐蚀性。由介质性质和溶液反应后的颜色得到：不锈钢在硫酸、盐酸溶液中主要是氢去极化腐蚀,反应过程中会有氢气放出,生成二价铁离子（Fe2+）；在氢氧化钠溶液中发生的主要是氧去极化腐蚀；在混合酸中发生的是阴极和阳极双加速腐蚀。在氢氧化钠和混合酸中生成了三价铁离子（Fe3+）。本试验结果表明：试验用钢的腐蚀失重曲线主要有四种类型：斜直线类型；抛物线；（几无腐蚀）接近横轴的水平线；近似平直线。不锈钢晶间腐蚀倾向由小到大：304、430、409L、410S。与奥氏体不锈钢相比,铁素体不锈钢晶间腐蚀倾向更大。较高的Cr含量和较低的碳含量可以提高不锈钢的耐晶间腐蚀能力,Ti元素的加入也可以提高不锈钢的耐晶间腐蚀能力。从点蚀宏观形貌和腐蚀速率综合分析：尽管奥氏体不锈钢304比铁素体不锈钢耐全面腐蚀,但铁素体不锈钢比奥氏体不锈钢304耐点蚀。铁素体耐点蚀能力由强到弱：410S、409L、410、430。410S中的马氏体提高了其耐点蚀能力,430中的过多的碳化物条带严重减低了其其耐点蚀能力。通过对浸泡腐蚀的宏观形貌、SEM和EPMA分析,铁素体在全部溶液中的腐蚀为全面腐蚀。不锈钢在热轧过程中形成的条带组织会在腐蚀的过程中使试样发生分层腐蚀,其分层腐蚀的片层宽度与其显微组织的条带宽度一致。410S和430在10%H2SO4和10%HCl溶液中横截面上易形成点蚀。430在混合酸溶液中的分层腐蚀明显和试样后期的开裂,这说明了混合酸对不锈钢有很大破坏性和高碳元素含量对不锈钢耐蚀性的不良影响。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第一章 绪论
• 1.1 选题背景
• 1.2 铁素体不锈钢
• 1.2.1 本课题所研究不锈钢的特点及应用
• 1.2.2 国内外铁素体不锈钢发展现状
• 1.3 不锈钢的腐蚀
• 1.3.1 不锈钢为什么耐腐蚀
• 1.3.2 不锈钢的点蚀
• 1.3.3 不锈钢的晶间腐蚀
• 1.4 不锈钢主要元素对其性能和组织的影响与作用
• 1.5 课题来源及意义
• 1.6 课题研究内容、技术路线和拟解决的关键性问题
• 1.6.1 研究内容
• 1.6.2 技术路线
• 1.6.3 拟解决的关键性问题
• 1.7 本章小结
• 第二章 试验材料与试验方法
• 2.1 试验材料
• 2.2 腐蚀性能试验方法
• 2.2.1 全面腐蚀试验
• 2.2.2 局部腐蚀试验
• 2.3 仪器分析、表征方法
• 2.3.1 金相分析
• 2.3.2 SEM表征
• 2.3.3 EPMA表征
• 2.4 本章小结
• 第三章 全面腐蚀试验结果及其分析
• 3.1 不锈钢成分及其金相组织
• 3.1.1 成分及其分析
• 3.1.2 金相组织及其分析
• 3.2 电极电位与腐蚀倾向
• 3.3 腐蚀的极化与去极化
• 3.4 硫酸溶液中的浸泡腐蚀
• 3.4.1 腐蚀失重曲线
• 3.4.2 腐蚀速率
• 3.4.3 溶液浓度和试验温度对腐蚀速率的影响
• 3.5 盐酸溶液中的浸泡腐蚀
• 3.5.1 腐蚀失重曲线
• 3.5.2 腐蚀速率
• 3.5.3 溶液浓度和试验温度对腐蚀速率的影响
• 3.6 氢氧化钠溶液中的浸泡腐蚀
• 3.6.1 腐蚀失重曲线
• 3.6.2 腐蚀速率
• 3.7 混合酸溶液中的浸泡腐蚀
• 3.7.1 腐蚀失重曲线
• 3.7.2 溶液浓度和试验温度对腐蚀速率的影响
• 3.8 试验用不锈钢腐蚀失重曲线特征、类型与分析
• 3.9 本章小结
• 第四章 局部腐蚀试验结果及其分析
• 4.1 试验用不锈钢晶间腐蚀
• 4.1.1 晶间腐蚀结果（腐蚀速率）
• 4.1.2 腐蚀后的宏观形貌
• 4.1.3 晶间腐蚀的MeF3、SEM和EPMA对比与分析
• 4.2 试验用不锈钢点蚀
• 4.2.1 点蚀试验结果（腐蚀速率）
• 4.2.2 点蚀形貌
• 4.4 本章小结
• 第五章 浸泡腐蚀的材料学特征与分析
• 5.1 不锈钢在介质中反应后的溶液颜色变化
• 2SO₄中腐蚀的宏观、微观分析'>5.2 10%H₂SO₄中腐蚀的宏观、微观分析
• 5.2.1 不锈钢腐蚀试样的宏观形貌
• 5.2.2 不锈钢腐蚀试样的微观形貌（SEM分析）
• 5.2.3 不锈钢腐蚀试样的EPMA分析
• 2SO₄中腐蚀的宏观、微观分析'>5.3 80%H₂SO₄中腐蚀的宏观、微观分析
• 5.3.1 不锈钢腐蚀试样的宏观形貌
• 5.3.2 不锈钢腐蚀试样的微观形貌（SEM分析）
• 5.3.3 不锈钢腐蚀试样的EPMA分析
• 5.4 10%HCl中腐蚀的宏观、微观分析
• 5.4.1 不锈钢腐蚀试样的宏观形貌
• 5.4.2 不锈钢腐蚀试样的微观形貌（SEM分析）
• 5.5 混合酸中腐蚀的宏观、微观分析
• 5.5.1 不锈钢腐蚀试样的宏观形貌
• 5.5.2 不锈钢腐蚀试样的微观形貌（SEM分析）
• 5.6 本章小结
• 结论
• 参考文献
• 致谢
• 附录A 攻读学位期间所发表的学术论文目录