论文部分内容阅读
随着海洋经济的高速发展,高强韧性低合金钢在海洋工程结构中的应用越来越广泛,低合金钢的耐点蚀性能急需进一步提高。本研究采用稀土处理来改性钢中夹杂物并微合金化,以降低夹杂物的点蚀敏感性,提高钢基体的耐腐蚀性能。在高频感应炉中冶炼了四组不同精炼工艺(Al脱氧、3组Al脱氧+Re处理)的试验钢,对轧制态钢中夹杂物特征及稀土夹杂物的析出行为进行了初步研究,探讨了试验钢在3.5%NaCl溶液中的抗点蚀性能差异及腐蚀行为,从微观层面分析了不同类型夹杂物(硫化物夹杂,氧化物夹杂)诱发点蚀的机理,从宏观层面探究了不同稀土含量的试验钢在模拟海水溶液中表面锈层的成分、形貌、均匀性及致密性。其主要结论如下:(1)稀土加入量不同,钢中夹杂物类型及硫化物析出行为不同,未加稀土的Al脱氧1#钢中主要为Al2O3+Mn S夹杂;加入稀土后,2#钢(0.011%Ce)中主要为CeAlO3+Ce2O2S+Mn S夹杂;3#钢(0.015%Ce)中夹杂物类型与2#钢相似,但未发现单独析出的MnS夹杂;当稀土加入量为0.02%时氧化物中Al元素逐步被Ce取代,4#钢中夹杂物以Ce2O3+CeAlO3+Ce2O2S为主。随着稀土加入量的增加,单独的长条形Mn S夹杂逐渐转变为近球形的稀土硫化物,能在一定程度上提高钢的耐点蚀性能。(2)稀土加入量不同,夹杂物的数量、尺寸和变形性存在差异,当稀土加入量为0.015%时,3#钢中夹杂物面积含量最小(0.067%),数量最少(215个/mm2),平均粒径最小(1.91μm),近87%的夹杂物尺寸小于2.5μm,夹杂物变形率<3的约92%,夹杂物的平均变形率为1.83,夹杂物的面积、数量、尺寸及变形性在一定程度上较1#、2#及4#钢更优,夹杂物更不易诱发点蚀,钢的抗点蚀性能较强。(3)热力学计算及夹杂物观测结果表明,在凝固过程中,稀土处理钢中生成的主要夹杂物为Ce AlO3及Ce2O2S,Ce AlO3在凝固前沿均质形核析出,Ce2O2S易在CeAlO3的表面析出,且其均在凝固前沿析出,有助于夹杂物的弥散分布。(4)极化曲线结果表明,腐蚀初期(0h),3#钢表面点蚀坑数量最少、分布较为弥散,点蚀诱发源较少,点蚀电位最高,其抗点蚀性能最强。交流阻抗谱结果表明在腐蚀末期(120h),随着稀土加入量的增多,钢的极化电阻升高,抗腐蚀性能增强,4#钢的耐腐蚀性能最佳,可见,稀土加入量增多有助于提高钢的耐腐蚀性能。(5)在Cl-介质溶液中,本试验钢中Mn S及Ce2O2S夹杂均会发生溶解。Mn S夹杂溶解后,S元素易聚集在夹杂物曲率半径小处,其诱发的点蚀易向轧制方向及纵深方向扩展,而Ce2O2S部分溶解后,S元素向基体表面扩散,其诱发的点蚀易向夹杂物周围扩展,降低了点蚀的危害性。(6)在腐蚀过程中,Al2O3、CeAlO3及Ce2O3夹杂化学性质较为稳定,其电极电位比基体稍高,氧化物夹杂不发生溶解,夹杂物与基体的结合紧密程度不同,点蚀一般在氧化物夹杂与基体之间界面的缝隙处萌生,当夹杂物脱落后,点蚀坑中侵蚀性阴离子不易富集,点蚀易向夹杂物周围扩展。稀土氧化物夹杂中心的硫含量较高,一定程度上抑制了硫化物的单独析出,减少了点蚀诱发源,提高了钢的抗点蚀性能。(7)全浸腐蚀试验结果表明,稀土处理后试验钢表面能形成更连续、更均匀、附着性更好的锈层。除锈后,4#试验钢基体表面的腐蚀更均匀,其耐腐蚀性能更强。锈层断面形貌观测及XRD图谱结果表明,随着稀土加入量的增加,锈层的致密性及稳定性得到提高,其中4#钢锈层中α-FeOOH的百分含量最高,最有利于形成致密、稳定的锈层。失重试验结果表明,随着稀土加入量的增加,试验钢的平均质量损失逐渐减小,试验钢的腐蚀速率逐渐降低,钢的抗腐蚀性能逐渐增强。加入0.02%Ce脱氧的4#钢在长期的浸泡腐蚀过程中展现出最佳的耐腐蚀性能。