凝固冷却速率及Mo、Si含量对2507超级双相不锈钢电化学性能的影响研究

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煤化工设备系统中Cl-的来源主要有两方面:一是原煤本身含有大量的Cl元素,这些Cl元素最终会进入水中从而变成Cl-;二是煤化工行业所使用的原料水中含有一定的Cl-。当系统中Cl-含量过高时,设备和管道易发生腐蚀,因此针对煤化工特殊环境下的腐蚀问题开展深入研究十分必要。2507超级双相不锈钢由于具有超低碳,高镍、钼和氮等元素等特性,较普通双相不锈钢具有更高的强度、塑韧性,耐Cl-腐蚀、耐应力腐蚀、耐冲刷腐蚀性能优良,焊接性能好、易于加工且具明显的成本优势等特点,其应用领域不断扩大,尤其适用于各种苛刻腐蚀环境(如含Cl-的循环冷却水系统、废水储存排放系统等)。2507超级双相不锈钢的实际生产过程中,铸坯各处凝固冷却速率不同,会对材料的两相比例产生一定的影响;并且其高合金化的特点及各合金元素在两相中扩散速率不同等原因,会导致2507双相不锈钢在冷却过程中产生富Cr、富Mo的金属间析出相,引起材料内部出现贫Cr和贫Mo的局部区域,对材料的力学性能和耐蚀性能产生影响。本文针对不同Mo、Si含量的2507超级双相不锈钢,在连铸坯的不同部位选取试样作为研究对象,借助金相显微镜、扫描电镜、铁素体仪等设备,研究分析了铸坯凝固冷却速率及Mo、Si元素含量变化对双相不锈钢两相组织及析出相演变的影响作用规律;采用动电位极化法和交流阻抗谱分析方法结合金相组织观察,掌握了不同凝固冷却速率、不同Mo、Si元素含量对2507超级双相不锈钢电化学腐蚀行为、耐腐蚀性能的影响作用,明确了腐蚀机理;研究得到主要结果如下:(1)通过Thermo-Calc和JMat-Pro热力学软件,模拟计算预测出Mo、Si元素含量增大,会提高σ相的开始析出温度和最大析出量;当凝固冷却速率大于或100℃/min时,组织中不会有析出相产生;当凝固冷却速率小于100℃/min时,随着凝固冷速降低,组织中会逐渐出现σ相和CHI相。(2)微观组织观察发现,随着凝固冷却速率的增大,组织中σ析出相的含量减少;增加Mo、Si元素含量均会促进σ相的析出,且Mo、Si元素含量的变化并不改变冷速对σ相析出的影响规律。(3)2507超级双相不锈钢中,σ相先以点状沿着铁素体α和奥氏体γ晶界处形核析出,并朝着铁素体α的内部发展长大。通过对组织中各相的富集元素及相比例的变化分析,发现σ相的析出是按照α→σ+γ2共析反应方式进行的。(4)随着凝固冷却速率的增大,组织中σ相的含量减少,微观组织的均匀性变好。动电位极化曲线结果表明,随着凝固冷速的增大,试样的点蚀电位Eb增大,自腐蚀电流密度Icorr减小;交流阻抗测试表明,随着凝固冷速的增大,阻抗谱弧度增大,Bode图的log∣Z∣终点值也增大。即随着凝固冷速的增大,试样的耐蚀性增强。(5)在凝固冷速和组织中Si含量相同的情况下,随着Mo含量从3.4%增加到3.7%,动电位极化曲线的钝化区间变宽,试样的钝化能力增强,点蚀电位Eb增大,自腐蚀电流密度Icorr减小;交流阻抗谱的弧度增大,Bode图的log∣Z∣终点值也增大。即组织中Mo含量增加,试样的耐蚀性增强。(6)在凝固冷速和组织中Mo含量相同的情况下,随着Si含量从0.30%增加到0.46%,试样的极化曲线左移,维钝电流密度增大,点蚀电位Eb增大,自腐蚀电流密度Icorr减小;交流阻抗谱的弧度增大,Bode图的log∣Z∣终点值也增大。即组织中Si含量增加,试样的耐蚀性增强。
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