301L不锈钢点焊熔核腐蚀及检测技术关联性研究

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轻量化、高速化已成为轨道交通列车发展的必然趋势,301L不锈钢作为奥氏体不锈钢的一种,凭借其优良的防腐性能、良好的耐磨性、较高的抗拉强度、优异的塑性加工性能已成为了轨道交通列车车体材料的首选。车体的不锈钢板材之间多采用电阻点焊焊接,一辆不锈钢列车上有着上千个焊点,而点焊过程由于大量的热输入以及之后快速冷却导致了焊接区域的元素分布、组织形貌和力学性能与母材部分产生了巨大差异,也使得点焊熔核区的腐蚀敏感性增大,优先发生腐蚀,由此严重影响轨道交通列车的运行安全与服役寿命。针对轨道交通车辆制造中焊缝腐蚀现场检测、评价的迫切需求,发展一种能够在工业现场原位实时检测技术,对快速评价不锈钢点焊熔核腐蚀及焊接工艺的影响,保证不锈钢车体设备运行安全有重要意义。为了检验、评价本课题已发展的一种用于工业现场快速检测焊缝腐蚀的柔性阵列电极技术的可靠性和适用性,本文联合应用多种传统电化学方法、空间分辨电化学方法及工业盐雾试验等对不同点焊电流制备的301L不锈钢样品进行综合评价及各种测试技术的关联性研究,并应用各种表面分析仪器探讨不同电流点焊的301L不锈钢元素成分、组织结构和耐蚀性差异及选择性腐蚀的原因。主要取得如下进展:(1)利用电化学阻抗谱和动电位极化曲线对采用三种焊接电流的301L不锈钢的腐蚀行为进行测量。结果表明,在中性3.5%NaCl溶液中,高电流样品(WMH)的耐蚀性略优于中电流样品(WMN)和低电流样品(WML)的,随着点焊电流的增加,耐蚀性略微增加,三者的全面腐蚀差异并不明显。溶液pH对熔核腐蚀有明显影响:pH=7时样品耐蚀性较好,pH=3时电极表面的腐蚀更严重。盐雾试验结果发现,腐蚀均优先从熔核区域开始发生,说明熔核耐蚀性差于母材,对比三者表面腐蚀产物的堆积情况可发现,WMH的耐蚀性是优于WML和WMN样品的。(2)应用具有空间分辨能力的扫描微参比电极技术和扫描kelvin技术测量三种样品熔核区域局部腐蚀行为。测试结果表明,三种样品在12%FeCl3溶液中均可萌生点蚀,WMH的耐点蚀性最好,而WML最差。同样在大气环境下WML的耐腐蚀性最差,中高电流样品的均较好,其中WMH耐腐蚀性最好,最不容易发生腐蚀。(3)光学显微镜、扫描电子显微镜、共聚焦激光显微镜和电子探针技术的结果显示,不同点焊电流的样品的微观组织和元素成分与母材相比发生了较大变化,并且三者之间元素成分和组织结构也有差异。这种差异也造成了三者耐蚀性的不同。从而探究了微观组织与腐蚀行为之间的构性关系。(4)通过实验设计和各种常规腐蚀电化学检测方法的联合测试及结果比较,证明了我们课题组首创的柔性阵列电极技术,可用于工业快速测量不锈钢设备焊缝区表面电位,进而评价焊缝腐蚀的倾向性。测试结果与其他传统电化学方法和微区电化学技术检测结果一致,具有良好的关联性。但目前柔性阵列电极分辨率还较低,另外难以测试工业焊接件某些拐角隐蔽部位的电位分布,有待后续进一步改进。
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