【摘 要】
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弹簧钢60Si2Mn在铁路行业的应用十分广泛。近年来,随着铁路行业的高速发展,对弹簧钢的耐腐蚀性能要求更高。本论文在弹簧钢60Si2Mn的化学成分基础上,进行合金成分设计。对新型耐蚀弹簧钢的奥氏体连续冷却相变行为,氧化脱碳行为,热处理工艺和模拟工业大气环境下的腐蚀行为进行了研究。主要工作内容和结论如下:（1）进行了耐蚀60Si2Mn的化学成分设计,在60Si2Mn成分基础上添加耐蚀性元素Cu、Ni
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弹簧钢60Si2Mn在铁路行业的应用十分广泛。近年来,随着铁路行业的高速发展,对弹簧钢的耐腐蚀性能要求更高。本论文在弹簧钢60Si2Mn的化学成分基础上,进行合金成分设计。对新型耐蚀弹簧钢的奥氏体连续冷却相变行为,氧化脱碳行为,热处理工艺和模拟工业大气环境下的腐蚀行为进行了研究。主要工作内容和结论如下:（1）进行了耐蚀60Si2Mn的化学成分设计,在60Si2Mn成分基础上添加耐蚀性元素Cu、Ni,提高Cr含量。测定了耐蚀60Si2Mn的临界相变点Ac1、Ac3、Ar1和Ar3。研究了奥氏体连续冷却相变行为,绘制了静态CCT曲线,为其热处理工艺提供参考。（2）研究了耐蚀60Si2Mn氧化脱碳行为。结果表明,加热温度为850℃～1100℃之间时,保温时间为30min～120min之间时,随着加热温度的升高和保温时间的延长,耐蚀60Si2Mn的氧化失重率提高,总脱碳层的厚度增厚。（3）研究了耐蚀60Si2Mn的热处理工艺,分析了淬火温度和回火温度变化对实验钢显微组织和力学性能的影响。结果表明,热处理后实验钢显微组织为回火屈氏体,回火温度的变化对显微组织和力学性能影响远大于淬火温度。耐蚀60Si2Mn最佳的热处理工艺为,870℃/45min淬火+440℃/60min回火,该工艺下实验钢的屈服强度为1606MPa,抗拉强度为1716MPa,断后延伸率为5.3%,洛氏硬度为50.22。（4）进行了360h模拟工业大气环境的周期浸润腐蚀试验,从腐蚀失重率、锈层形貌、锈层腐蚀产物和截面元素分布等分析了耐蚀60Si2Mn和60Si2Mn的腐蚀行为。发现弹簧钢锈层腐蚀产物的物相变化分为两个阶段,前期为Fe3O4和γ-FeOOH,后期转变为α-FeOOH和γ-FeOOH;耐蚀60Si2Mn的腐蚀产物尺寸比60Si2Mn细小;腐蚀前期Cr元素在60Si2Mn和耐蚀60Si2Mn的锈层内偏聚,腐蚀后期耐蚀60Si2Mn中Cu,Ni和Cr在靠近基体一侧锈层均有偏聚。耐蚀性元素的添加未改变锈层的物相种类,但可以细化腐蚀产物的尺寸,在腐蚀后期对形成致密锈层起到至关重要的作用。（5）通过电化学实验,研究了带锈实验钢模拟工业大气环境下的腐蚀机理。极化曲线结果表明,随着腐蚀周期延长,实验钢的自腐蚀电位上升,腐蚀电流密度下降。交流阻抗谱结果表明,带锈实验钢的腐蚀电化学反应受到双电层间电荷转移和反应物的扩散作用共同控制。根据Nyquist曲线作出等效电路,拟合结果显示,随着腐蚀周期延长,实验钢锈层阻抗增大,添加耐蚀合金元素能提升锈层阻抗。
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