毕业论文含硼铸态铁素体不锈钢1Cr17的点蚀行为研究

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1、兰州理工大学本科生毕业论文毕业设计（论文） 含硼铸态铁素体不锈钢1Cr17的点蚀行为研究 39毕业设计（论文）原创性声明和使用授权说明原创性声明本人郑重承诺：所呈交的毕业设计（论文），是我个人在指导教师的指导下进行的研究工作及取得的成果。尽我所知，除文中特别加以标注和致谢的地方外，不包含其他人或组织已经发表或公布过的研究成果，也不包含我为获得 及其它教育机构的学位或学历而使用过的材料。对本研究提供过帮助和做出过贡献的个人或集体，均已在文中作了明确的说明并表示了谢意。作 者 签 名： 日 期： 指导教师签名： 日期： 使用授权说明本人完全了解 大学关于收集、保存、使用毕业设计（论文）的规定，即：

2、按照学校要求提交毕业设计（论文）的印刷本和电子版本；学校有权保存毕业设计（论文）的印刷本和电子版，并提供目录检索与阅览服务；学校可以采用影印、缩印、数字化或其它复制手段保存论文；在不以赢利为目的前提下，学校可以公布论文的部分或全部内容。作者签名： 日 期： 学位论文原创性声明本人郑重声明：所呈交的论文是本人在导师的指导下独立进行研究所取得的研究成果。除了文中特别加以标注引用的内容外，本论文不包含任何其他个人或集体已经发表或撰写的成果作品。对本文的研究做出重要贡献的个人和集体，均已在文中以明确方式标明。本人完全意识到本声明的法律后果由本人承担。作者签名： 日期： 年 月 日学位论文版权使用授权书

3、本学位论文作者完全了解学校有关保留、使用学位论文的规定，同意学校保留并向国家有关部门或机构送交论文的复印件和电子版，允许论文被查阅和借阅。本人授权 大学可以将本学位论文的全部或部分内容编入有关数据库进行检索，可以采用影印、缩印或扫描等复制手段保存和汇编本学位论文。涉密论文按学校规定处理。作者签名：日期： 年 月 日导师签名： 日期： 年 月 日摘要本课题主要研究微量硼元素含量变化（0ppm 、16ppm、22ppm、28ppm）对铸态铁素体不锈钢1Cr17点蚀行为的影响。本试验用20204mm的腐蚀试样，一种方法是测硼含量不同的试样在6三氯化铁溶液中的腐蚀速率；另一种方法是电化学腐蚀方法，即测

4、试样在3.5的氯化钠介质中的极化曲线和循环阳极极化曲线，并从该曲线上读出和计算一些参数。通过这两种方法来表征硼含量对1Cr17点蚀行为的影响。试验结果表明，1Cr17中加入硼元素使其对点蚀的敏感性上升，耐点蚀性能下降。关键词：不锈钢，硼含量，点腐蚀ABSTRACTThis topic research trace boron content changes from16ppm to 33ppm of as-cast ferritic stainless steel 1Cr17 pitting the influence of behavior. This experiment with 20

5、x 20 x 4 mm of corrosion specimens, a method is to measure boron content in different samples in 6% chloride-ferric chloride solution of the corrosion rate; Another method is the electrochemical corrosion method, that is 3.5% of the sample test in sodium chloride medium polarization curves and circu

6、lation anode polarization curves, and from this curve read on the calculation and some parameters. Through these two methods to represent the content of boron 1Cr17 pitting the influence of behavior. The test results show that the 1Cr17 to the elements of boron pitting the sensitivity of the rise, t

7、he cavitation performance drop resistant materrial. KEY WORDS: stainless steel，boron content，pitting corrosion 目 录摘要IABSTRACTII第一章 文献综述11.1铁素体不锈钢相图、铸态组织及性能特点11.1.1 Fe-Cr二元相图及1Cr17铁素体不锈钢铸态组织特征11.1.2铁素体不锈钢性能特点11.2硼元素在钢中的作用21.2.1硼在钢中的存在形式21.2.2硼对钢组织的影响21.2.3硼对钢性能的影响31.3不锈钢点蚀机理和影响因素51.3.1点蚀机理51.3.2影响点蚀的

8、各种因素71.4铁素体不锈钢的极化曲线71.4.1极化曲线71.4.2极化曲线的测定81.5点蚀的评价方法91.5.1浸泡腐蚀91.5.2点蚀点位测量方法101.5.3阳极循环曲线法101.6本课题的意义及主要研究内容111.6.1本课题的意义111.6.2本课题主要研究内容11第二章 试验过程122.1试验方案（流程图）122.2真空冶炼及试验方法122.2.1冶炼工艺122.2.2化学成分分析132.3试样切取及制备132.3.1取样位置及尺寸132.3.2试样的制备142.4组织形貌及微区分析142.4.1金相分析142.4.2 SEM（扫描电镜）分析142.4.3 EDS（能谱仪）分析

9、152.5腐蚀试验方法及装置152.5.1 FeCl3浸泡腐蚀试验方法152.5.2循环阳极曲线法162.6腐蚀形貌观察16第三章 试验数据分析173.1浸泡腐蚀173.1.1宏观腐蚀形貌分析173.1.2试验数据分析173.2电化学腐蚀183.2.1极化曲线法183.2.2循环阳极曲线法213.3组织的变化对点蚀的影响23第四章 实验结论25参考文献26外文翻译27致谢39第一章 文献综述1.1铁素体不锈钢相图、铸态组织及性能特点1.1.1 Fe-Cr二元相图及1Cr17铁素体不锈钢铸态组织特征图1.1铁铬二元相图铁素体型不锈钢是含铬量W(Cr)=10.5%30%、含碳量W(C)0.20%、

10、组织以铁素体为主的铁铬合金。在Fe-Cr二元合金中（见图1-1），当铬含量超过12%时，奥氏体完全消失。也就是说，在铬含量超过12%后，合金将不会发生-相变，因而也不会发生晶粒细化和强硬度的变化。在整个合金范围内，铁素体都直接从液态中结晶出来。当铬含量较高时，脆硬的相在约820从铁素体中开始析出。相是wCr45%的Fe-Cr金属间化合物，会使金属发生脆化。由于相是在晶界析出，消耗了大量的铬，使耐腐蚀性下降。载低于600时（）铁素体偏析形成低铬的铁素体和高铬的铁素体，这就是不锈钢的475脆性。1.1.2铁素体不锈钢性能特点在各类不锈钢中，铁素体型不锈钢具有良好的强度及冷成形性能，但在室温及低温下

11、的韧性差，塑-脆性转变温度高，并有缺口敏感性，与奥氏体型不锈钢相比，其高温强度不良；在低温和大截面尺寸条件下，其韧性较低。铁素体型不锈钢的组织结构为体心立方晶体，有磁性。这类钢既不能通过热处理进行强化，也不能通过冷加工进行强化。钢的热导率最高、线胀系数较小，导热性和膨胀特性与普通碳钢类似，耐蚀性随钢中含铬量的增加而提高。1.2硼元素在钢中的作用1.2.1硼在钢中的存在形式根据晶体学的尺寸因数判断，如果溶质对溶剂原子半径的比率小于0.59，形成间隙固溶体；若半径的比率在0.85和1.15之间，通常形成置换固溶体。通过计算可知，硼与-Fe,-Fe铁原子的半径比率在间隙和置换两个极限值之间，仅此判断

12、硼在铁和钢中即可形成间隙式固溶体又可形成置换式固溶体。根据x射线结构分析和最近的扩散数据以及滞弹性研究结果综合分析推断，硼在-Fe形成置换式固溶体，在-Fe中形成间隙和置换两种形式的固溶体。硼在钢中的存在形态可分为酸不溶硼和酸溶硼两类。前者包括氧化硼、氮化硼中的硼，不具有提高淬透 性的作用;后者包括具有提高淬透性作用的固溶硼和 铁、碳化合物(如Fe3(C、B)、Fe23(C、B)6) 中的硼。在热处理过程中这两种硼可相互转化。对50B钢的研究指出，在退火状态的50B钢中，硼存在于固镕体(铁素体)和碳硼化物Fe3(C，B)及Fe23(B，C)6之中。对于经过特殊等温处理并经淬火(具有马氏体和析出

13、相)的50B钢，硼存在于固镕体(马氏体)和碳硼化物Fe23(B，C)6之中。当然，并不排除征夹杂物中有硼的可能性，例如在实际生产中，硼的氮化物及氧化物的形成，也是难以避免的。对于高合金钢中硼的存在形式，目前也有不少的研究。已经确定，随钢中硼含量不同，硼将在不同成份的析出物中出现。主要是M 23(B，C)6 、V4(C，B)3。M3B2及M2B等类型析出物。尽管对不同类型的硼钢来说，硼会出现在不同类型的析出物之中，但是硼在固溶体里存在形式和在奥氏体晶界上的吸附效应，不论在低合金钢还是高合金钢中都没有本质的区别。1.2.2硼对钢组织的影响1.2.2.1硼对钢相变的影响硼对钢的相变的影响主要在于影响

14、相变的孕育期，即“C”曲线中，恒温下开始转变前的时间，孕育期的物理本质是新相形核的难易程度。微量的硼( 0.002%) 在奥氏体晶界上有偏聚作用，可有效地抑制先析铁素体析出。钢中加入硼后，由于硼是偏聚倾向较大的元素，能偏聚于晶界，降低了碳原子在晶界上的偏聚浓度，有效地抑制了先共析铁素体的析出，并对贝氏体转变推迟较少，从而形成自己独特的“C”曲线形状。1.2.2.2硼强化晶界的机理硼偏集于晶界上，使晶界区域的晶格缺位和空穴减少，晶界自由能降低。硼减缓了合金元素沿晶界的扩散过程。硼能抑制晶界片层状、胞状析出相以及改善碳化物不均匀分布的状态，改善了晶界状态。1.2.2.3硼对晶粒尺寸的影响在低碳钢中

15、随硼的质量分数增加，奥氏体晶粒尺寸明显增大。由于钢中B与N形成BN，减少了AlN的生成数量，在升温过程中，BN先溶解于奥氏体，而AlN数量很少，所以奥氏体晶粒长大不受阻碍。提高奥氏体化温度，B对奥氏体晶粒长大的作用会更加明显。在600900范围内，Fe23(B,C)6会在晶界析出，如奥氏体化温度较低时，Fe23(B,C)6没有完全溶解于奥氏体，残留的非连续的Fe23(B,C)6会阻碍晶粒长大；当提高奥氏体化温度时，Fe23(B,C)6会完全溶解，消除了其阻碍作用，使得晶粒迅速长大。为了保证B元素的有利作用，减少有害作用，须添加合金元素Ti来固定杂质元素O、N，从而使B处于固溶态，并偏聚于晶界以

16、发挥其长处；并且形成的TiN、TiO能有效的起到细化晶粒的作用；同时Ti能抑制加热时奥氏体晶粒的长大，并且微量的Ti也有利于改善焊接热影响区的韧性。单位体积内晶粒的平均数量用Z表示，则在均匀条件下形核和成长时，Z与N和G的关系为：Z=K(N/G)3/4，其中K为比例常数，约为0.9。因此，在结晶过程中凡是减小N而增大G，即：使N/G减小的方法，都可以使晶粒变粗大。硼钢中固溶硼在降温过程中能够在奥氏体晶界偏聚，降低了晶界能，可以阻碍先共析铁素体在奥氏体晶界形核，因而在奥氏体向铁素体转变时，形核率N降低；而且，硼对晶粒的长大速度没有影响，则平均长大速度G不变，从而使N/G变小，晶粒数Z小，平均晶粒

17、尺寸大。1.2.3硼对钢性能的影响1.2.3.1硼对钢淬透性的影响 硼对增加钢的淬透性有重要意义，在钢中加入主0.0020.003的硼所达到的增加淬透性的作用，相当于加入0.5的Mn、Cr或Mo。硼对淬透性的贡献，主要在于硼在奥氏体晶界的偏聚，是奥氏体分解的新相在奥氏体晶界处形核困难，从而造成奥氏体分解的孕育期增长，使淬透性提高。根据相变理论，珠光体转变属于扩散型转变，新相的形核一般首先在母相奥氏体的晶界处形成，这是因为晶界处最容易满足三大起伏条件，即能量起伏、成分起伏和结构起伏。如果破坏了其中某些条件，都有可能使形核发生困难，从而造成奥氏体分解的孕育期增长。 1.2.3.2硼对钢淬硬性的影响

18、微量硼能够明显提高不锈钢的淬硬性，主要与不锈钢的化学成分和夹杂物元素如氧、氮有关。钢的化学成分一定时，淬硬性随着淬火温度的变化具有一个峰值特征。微量的硼能够明显地提高不锈钢的淬硬性，随冷却速度的加大，硬度逐渐提高。1.2.3.3硼对钢生产工艺的影响硼钢的生产工艺具有一系列特点，必须对冶炼、加工及热处理工艺给予注意，才能保证使硼钢获得理想的组织和性能。1.冶炼 由于硼的化学性质极为活泼，很容易与钢中的氧、氮结合，使硼失去作用，而且钢中的硼含量又极少，所以在硼钢的冶炼中如何保证稳定地获得适量的酸溶硼而且均匀地分布在钢中是非常重要的。硼钢可以用电炉、转炉冶炼。为了保护硼，在加硼前应先行加入与氧、氮结

19、合力比硼更强的铝、钛、锆等，即先加铝脱氧，再加钛等定氮，最后向炉中或钢包中加入硼，这就是所谓的经典法。也可将含有硼和铝、钛、锆、锰、硅等多种保护元素的复合硼铁合金一次加入。常用的一种复合合金的成分(质量分数)是：20钛、13铝、4锆、8锰、5硅、0.5硼，余为Fe。但是用钛定氮保护硼形成的TiN也很容易使钢的韧性、疲劳性能甚至机加工性能变坏。而且TiN很稳定，一旦形成就几乎不再变化，难以进一步起到平衡、稳定酸溶硼含量的作用，所以日本的土生隆一、法国Urgine厂都研究了只用铝不用钛的保硼冶炼方法，实际应用效果很好。2.压力加工 硼钢以微量硼代替大量其他合金元素，故与淬透性相同的其他合金钢相比合

20、金含量大大降低，在高温时的变形抗力减小，容易塑性变形，其氧化皮也较松散、易脱落，所以硼钢易于锻、轧热加工，对加工设备、工具的磨损、破坏也较小。但是硼钢的热加工工艺仍有认真选择和控制的必要。比如加热温度不宜过高，加热时间尽量缩短，以尽量减少脱硼，同时也是为了减小晶界硼相的析出浓度。在较低温度下变形，对硼钢获得较高淬透性和较小晶粒度是有帮助的。另外热加工变形量对硼钢冲击韧性有较大影响，变形程度越高，硼在钢中的分布越均匀，晶界硼相的链状分布容易被破坏，对钢的性能越有好处。3.热处理 硼钢最适宜在淬火、回火后使用，而且必须淬透，否则不但不能发挥硼提高淬透性的作用，而且还因硼使未淬透的钢材心部产生针状铁

21、素体而恶化力学性能、所以硼钢的热处理亦是十分重要的。淬火前最好预先正火以得到尽可能多的固溶硼。淬火温度不宜过高，冷却速度要足够大，以尽量减少硼冶金金属相的数量和粒度。多量和大尺寸的硼相会降低硼钢的韧性，即所谓的“硼脆”。硼对钢的抗回火软化能力无影响。与淬透性相当的其他合金钢相比，硼钢的抗回火软化能力较低，故为获得相同的强度，硼钢的回火温度应适当降低(与铬钼钢相比，可低2050)，回火时间也要短些。另外，硼还使回火脆化倾向略有增加，对此也应注意。硼钢属于细晶粒钢，如果热加工制度选择适当，亦可以利用锻后余热直接淬火，不会因晶粒粗化而出现问题。硼不降低马氏体转变开始温度(Ms点)，故相当于低碳低合金

22、钢的硼钢的怄比淬透性相当的铬钼钢高很多，淬火中首批形成的马氏体在随后的冷却过程中即被回火。所以一些硼钢淬火后并非必须回火，特别是碳含量低于0.25的硼钢。这样就大大简化了热处理工艺。只要硼钢钢材能被淬透，回火后即可得到较好的综合力学性能，而且在整个截面上比较均匀。这是因为淬火得到完全马氏体组织，回火马氏体保证钢有良好的强度和韧性。另外，硼能强烈抑制铁素体转变，因而可极大地提高贝氏体的淬透性，某些情况下可经空冷得到完全贝氏体组织。4.切削加工及焊接 硼钢经正火或退火后硬度较低，切削加工性能也较好。焊接性也因硼钢的碳当量比淬透性相当的其他合金钢低而有明显改善。1.2.3.4硼对钢耐蚀性能的影响高铬

23、铁素体不锈钢（Cr17Mo2Ti）中加0.005%的硼，可使钢在沸腾的65%醋酸中的耐腐蚀性能提高；奥氏体不锈钢中加入微量（0.00060.0007%）的硼，可使钢的热态塑性改善；硼对提高钢的热强性有良好的作用，可使不锈钢的热强性显著提高；含硼的铬镍奥氏体不锈钢在原子能工业中有着特殊的用途。1.3不锈钢点蚀机理和影响因素1.3.1点蚀机理在压力容器表面的局部地区,出现向深处腐蚀的小孔,其余地区不腐蚀或腐蚀轻微,这种腐蚀形态称为小孔腐蚀(也称点蚀) 。点蚀一般在静止的介质中容易发生。具有自钝化特性的金属在含有氯离子的介质中,经常发生孔蚀。蚀孔通常沿着重力方向或横向方向发展,孔蚀一旦形成,具有深挖

24、的动力,即向深处自动加速。图1-2各种点腐蚀形貌 图1-3不锈钢在氯离子介质中的点蚀示意图在含有氯离子的水溶液中,不锈钢表面的氧化膜便产生了溶解,其原因是由于氯离子能优先有选择地吸附在氧化膜上,把氧原子排掉,然后和氧化膜中的阳离子结合成可溶性氯化物,结果在基底金属上生成孔径为20m30m 小蚀坑,这些小蚀坑便是孔蚀核。在外加阳极极化条件下,只要介质中含有一定量的氯离子,便可能使蚀核发展成蚀孔。在自然条件下的腐蚀,含氯离子的介质中含有氧或阳离子氧或阳离子氧化剂时,能促使蚀核长大成蚀孔。氧化剂能促进阳极极化过程,使金属的腐蚀电位上升至孔蚀临界电位以上。蚀孔内的金属表面处于活化状态,电位较负,蚀孔外

25、的金属表面处于钝化状态,电位较正,于是孔内和孔外构成一个活态-钝态微电偶腐蚀电池,电池具有大阴极小阳极面积比结构,阳极电流密度很大,蚀孔加深很快,孔外金属表面同时受到阴极保护,可继续维持钝化状态。孔内主要发生阳极溶解，Fe Fe2+ + 2e ,Cr Cr3+ + 3e ,Ni Ni2+ + 2e；介质呈中性或弱碱性时,孔外的主要反应为，O2 + H2O + 2e 2OH-。由于阴、阳两极彼此分离,二次腐蚀产物将在孔口形成,没有多大的保护作用。孔内介质相对于孔外介质呈滞流状态,溶解的金属阳离子不易往外扩散,溶解氧也不易扩散进来。由于孔内金属阳离子浓度增加,氯离子迁入以维持电中性,这样就使孔内形

26、成金属氯化物的浓溶液,这种浓溶液可使孔内金属表面继续维持活化状态。又由于氯化物水解的结果,孔内介质酸度增加,使阳极溶解加快,蚀孔进一步发展,孔口介质的pH值逐渐升高,水中的可溶性盐将转化为沉淀物,结果锈层、垢层一起在孔口沉积形成一个闭塞电池。闭塞电池形成后,孔内、外物质交换更加困难,使孔内金属氯化物更加浓缩,氯化物水解使介质酸度进一步增加,酸度的增加将使阳极溶解速度进一步加快,蚀孔的高速度深化,可把金属断面蚀穿。这种由闭塞电路引起的孔内酸化从而加速腐蚀的作用称为自催化酸化作用。1.3.2影响点蚀的各种因素1.材料因素-合金因素（内因）每种金属或合金在某种介质中耐点蚀的性能取决于它们在那种介质中

27、的点蚀电位（或击穿电位）。2.环境因素这里是指材料所处的介质特性，它对点蚀的形成有重要的影响。(1)介质类型某些材料易发生点蚀的介质是特定的。如不锈钢易在含卤族元素阴离子Cl-、Br-、I-中发生，而铜则对SO42-更敏感。当溶液中含有FeCl3、CuCl2为代表的二价以上重金属氯化物时，由于金属离子强烈的氧化作用，将大大促进点蚀的形成和发展。(2)介质浓度以卤族离子为例，一般认为，只有当卤族离子达到一定浓度才发生点蚀。可以把产生点蚀的最小浓度作为评定点蚀趋势的一个参量。(3)介质中其它阴离子作用介质中如存在OH-，SO42-等阴离子，对不锈钢点蚀起缓蚀作用。SO42-含量足够高时，能完全把氯

28、离子从表面排挤掉。(4)溶液pH值的影响随着PH值的升高，点蚀点位也明显的增高。(5)介质温度的影响温度升高，对不锈钢来说点蚀电位降低能提高氯离子扩散速度。1.4铁素体不锈钢的极化曲线1.4.1极化曲线极化曲线表示电极电位与极化电流或极化电流密度之间的关系曲线。如电极分别是阳极或阴极，所得曲线分别称之为阳极极化曲线或阴极极化曲线。极化曲线分为四个区，活性溶解区、过渡钝化区、稳定钝化区、过钝化区。极化曲线可用实验方法测得。分析研究极化曲线，是解释金属腐蚀的基本规律、揭示金属腐蚀机理和探讨控制腐蚀途径的基本方法之一。金属的阳极极化过程是指金属作为阳极时在一定的外电势下发生的阳极溶解过程，如下式所示

29、：MMn+ne-。此过程只有在电极电势正于其热力学电势时才能发生。阳极的溶解速度随电位变正而逐渐增大，这是正常的阳极溶出，但当阳极电势正到某一数值时，其溶解速度达到最大值，此后阳极溶解速度随电势变正反而大幅度降低，这种现象称为金属的钝化现象。图1-5中曲线表明，从a点开始，随着电位向正方向移动，电流密度也随之增加，电势超过c点后，电流密度随电势增加迅速减至最小，这是因为在金属表面生产了一层电阻高，耐腐蚀的钝化膜。c点对应的电势称为临界钝化电势，对应的电流称为临界钝化电流。电势到达d点以后，随着电势的继续增加，电流却保持在一个基本不变的很小的数值上，该电流称为维钝电流，直到电势升到e点，电流才有

30、随着电势的上升而增大，表示阳极又发生了氧化过程，可能是高价金属离子产生也可能是水分子放电析出氧气，de段称为过钝化区。1.4.2极化曲线的测定 (1)恒电位法恒电位法就是将研究电极依次恒定在不同的数值上，然后测量对应于各电位下的电流。极化曲线的测量应尽可能接近体系稳态。稳态体系指被研究体系的极化电流、电极电势、电极表面状态等基本上不随时间而改变。在实际测量中，常用的控制电位测量方法有以下两种：静态法：将电极电势恒定在某一数值，测定相应的稳定电流值，如此逐 图1-4极化曲线 图1-5钝化曲线点地测量一系列各个电极电势下的稳定电流值，以获得完整的极化曲线。对某些体系，达到稳态可能需要很长时间，为节

31、省时间，提高测量重现性，往往人们自行规定每次电势恒定的时间。动态法：控制电极电势以较慢的速度连续地改变(扫描)，并测量对应电位下的瞬时电流值，以瞬时电流与对应的电极电势作图，获得整个的极化曲线。一般来说，电极表面建立稳态的速度愈慢，则电位扫描速度也应愈慢。因此对不同的电极体系，扫描速度也不相同。为测得稳态极化曲线，人们通常依次减小扫描速度测定若干条极化曲线，当测至极化曲线不再明显变化时，可确定此扫描速度下测得的极化曲线即为稳态极化曲线。同样，为节省时间，对于那些只是为了比较不同因素对电极过程影响的极化曲线，则选取适当的扫描速度绘制准稳态极化曲线就可以了。上述两种方法都已经获得了广泛应用，尤其是

32、动态法，由于可以自动测绘，扫描速度可控制一定，因而测量结果重现性好，特别适用于对比实验。(2)恒电流法恒电流法就是控制研究电极上的电流密度依次恒定在不同的数值下，同时测定相应的稳定电极电势值。采用恒电流法测定极化曲线时，由于种种原因，给定电流后，电极电势往往不能立即达到稳态，不同的体系，电势趋于稳态所需要的时间也不相同，因此在实际测量时一般电势接近稳定(如1min3min内无大的变化)即可读值，或人为自行规定每次电流恒定的时间。1.5点蚀的评价方法1.5.1浸泡腐蚀 本试验方法通过测量不锈钢在6三氯化铁溶液中点腐蚀速率，来评价其耐点蚀性能。用符合GB/T622规定的优级纯盐酸和蒸馏水或去离子水

33、配制成0.05mol/L的盐酸溶液，把符合HG/T3-1085规定的分析纯三氯化铁100g溶于900mL0.05mol/L盐酸溶液中，配制成6三氯化铁溶液。使用玻璃制的烧杯等作为试验容器，推荐使用按图1-6制作的实验支架。支架用聚氯乙烯塑料管或玻璃管制成，试样能水平的放置在S、T、W三个顶端上。三个顶端要磨尖。以试样能大致处在溶液中间部位来确定支架高度h。支架侧面钻适当大小的q、r二孔使溶液能够对流。采用能使试验溶液保持在规定温度的恒温槽。1-6实验支架 图1-7钝化金属典型的环形阳极极化曲线图1.5.2点蚀点位测量方法本试验方法适用于动电位法测量不锈钢在中性3.5氯化钠溶液中的点蚀电位。试验

34、溶液为3.5氯化钠溶液，用符合GB/T-1266规定的分析纯氯化钠35g溶于965mL蒸馏水或去离子水中配制而成。由恒电位仪、电位扫描装置、记录仪、玻璃电解槽(容积大于300 ml)和恒温槽等组成。参比电极推荐用甘汞电极或氯化银电极，辅助电极用铂电极或石墨电极。辅助电极的面积至少是工作电极而积的2倍。但是在对比试验中，每次试验的参比电极和辅助电极应分别一致。1.5.3阳极循环曲线法阳极循环曲线法又称循环伏安法，是一种常用的电化学研究方法。该法控制电极电势以不同的速率，随时间以三角波一次或多次反复扫描，电势范围是使电极上能交替发生不同的氧化和还原反应，并记录电流-电势曲线。根据曲线形状可以判断电

35、极反应的可逆程度，中间体、相界吸附或新相形成的可能性，以及偶联化学反应的性质等。图1-8循环伏安法原理：(a) 循环电位扫描 (b) 循环伏安谱在一个典型的循环伏安实验中，工作电极一般为浸在溶液中的固定电极。为了尽可能降低欧姆电阻，最好采用三电极系统。在三电极系统中，电流通过工作电极和对电极。工作电极电位是以一个分开的参比电极（如饱和甘汞电极，SCE）为基准的相对电位。在循环伏安测试实验中，工作电极的电位以10 mV/s 到 200 mV/s 的扫描速度随时间线性变化(图1-8(a)，在此同时记录在不同电位下的电流(图1-8(b)。1.6本课题的意义及主要研究内容1.6.1本课题的意义1Cr1

36、7不锈钢是一种耐蚀性良好的通用钢种。硼是一种微合金化元素，其在钢中的作用一直受到材料研究者的关注，但微量硼对铁素体不锈钢的影响尚未有人研究过。本试验用真空重熔的方法在1Cr17不锈钢中加入不同比分的微量硼元素（加入量0ppm、16ppm、22ppm、28ppm）,经铸造后，研究硼元素对1Cr17不锈钢点蚀行为的影响。这样就可以让人们更好的了解1Cr17不锈钢的耐蚀特性。1.6.2本课题主要研究内容1.查阅文献资料，掌握以下内容：铁素体不锈钢的组织、性能特点及热处理；全面了解硼元素在钢中的作用，尤其是对耐蚀性能的影响；全面掌握不锈钢点蚀的各种机理；全面掌握影响点蚀的各种因素；掌握不锈钢的电化学腐

37、蚀原理，掌握极化曲线，阳极极化曲线反应的各参数的含义及点蚀电位的测量方法；掌握评价点蚀敏感性各种实验方法和相关指标。2.查阅不锈钢点蚀实验的相关国家标准，参与确定技术路线，制定技术方案，完成该课题的试验。3.整理分析试验数据，利用金相显微镜及SEM分析腐蚀形貌。4.对实验结果进行理论分析，得出研究目标所要求的结论。第二章 试验过程2.1试验方案（流程图）铸造真空冶炼化成分析称重、测量尺寸配制电化学腐蚀液称 重腐蚀式样测量尺寸拍 照切割、磨制试样金相分析电化学实验SEM、EDS、TEM分析数据分析 2.2真空冶炼及试验方法2.2.1冶炼工艺四种成分的不锈钢要求采用同样的冶炼工艺，即加热时采用的功

38、率、加热时间、加入氩气的时间及压力、加入硼铁后的均温时间，浇注后到出炉的时间等保持相同。首先抽真空至3.510-2Pa，开始通电升温，采用功率15KW，4分钟后升到30KW，再过4分钟后升到38KW，加热到发红时，真空度达1.810-2Pa，停止抽真空通入氩气保护，氩气压力为0.4Mpa,等试样全部熔化后加入硼铁，经电磁搅拌8分钟使合金元素均匀化后，在真空下浇铸至铸模。在炉中冷却约30分钟后出炉。出炉后再冷却10分钟后倒出铸模。 铸模要求：用锆英砂醇基快干涂料（已有）刷2-3毫米厚，烘干即可。扒皮切头取化分样：每个试样出炉后尺寸约为103110mm，扒皮后约为95-92，上半部分有缩孔，切头后

39、约有55-60mm长无缺陷。从上半部分切去铸态金相、腐蚀、硬度试样，下半部分（无缺陷部分）锻后切取各种试样化分样从扒皮后的圆柱表面车取即可。2.2.2化学成分分析 本实验利用分光光度法对加B的1Cr17不锈钢进行化学分析。分光光度法是通过测定被测物质在特定波长处或一定波长范围内光的吸收度，对该物质进行定性和定量分析的方法。表2-1分光光度法测得的1Cr17不锈钢内化学元素及含量试样编号CSiMnPSNiCr0PPM0.04180.2450.240 0.01930.0060 0.100 16.205ZT010.04110.2460.240 0.01950.00610.10216.249ZT020

40、.04060.2470.245 0.01940.00620.10216.246ZT030.03840.3770.370.02180.00130.08915.922试样编号CuMoVAlNbBN0PPM0.0180.0120.04770.00910.00340ppm0.0306ZT010.0170.0090.04770.0040 0.003416ppm0.0266ZT020.0180.0090.04750.00340.003326ppm0.0271ZT030.020.0110.08950.00210.003728ppm0.01492.3试样切取及制备2.3.1取样位置及尺寸对锻造及热处理后的式样

41、进行扒皮切头后，在半径的1/2处取样。冲击试样尺寸:取一个15156的试样；浸泡腐蚀试样：每个相同样上去2个20204的平衡样；电化学腐蚀试样：每个相同样上去2个108的平衡样。2.3.2试样的制备1.金相试样的制备首先将取好的试样在金相实验室依次用型号为w50，w20，w7的砂纸磨光，直到没有较深的划痕；然后将试样在抛光机上抛光，直到表面光亮有很好的镜面效果。最后用氯化高铁溶液（浓度）腐蚀试样，直到在光学显微镜100倍、400倍下能看清组织。2浸泡腐蚀试样的制备首先将取好的试样在金相实验室依次用型号为w50，w20，w7的砂纸磨光，直到没有较深的划痕；然后将试样在抛光机上抛光，直到表面光亮有

42、很好的镜面效果。最后用浓度为5%的硫酸溶液腐蚀试样，直到在光学显微镜100倍、400倍下能看清组织。3电化学腐蚀试样的制备首先将取好的试样在金相实验室依次用型号为w50，w20，w7的砂纸磨光，直到没有较深的划痕；然后将试样在抛光机上抛光，直到表面光亮有很好的镜面效果。2.4组织形貌及微区分析2.4.1金相分析 光学显微镜能够在较低的放大倍数下比较清楚的看到腐蚀样的组织特点，以及夹杂物的分布，且成本低廉。本实验采用光学金相显微镜型号为MEF3.应用光学显微镜分析试样的组织特点，以及碳化物的分布、数量、和形貌。2.4.2 SEM（扫描电镜）分析 经抛光腐蚀后金相样品的二次电子相分辨率及立体感远好

43、于光学金相照片。原子序数对背散射电子产额比较敏感。在原子序数Z小于40的范围内，背散射电子的产额对原子序数十分敏感。在进行分析时，样品上原子序数较高的区域由于收集到得背散射电子数量多，故荧光屏上的图像较亮。因此利用原子序数造成的衬度变化可以对各种金属和合金进行定性的成分分析。样品中重元素区域相对于图像上是亮区，而氢元素区域则为暗区。利用原子序数衬度来分析晶界上或晶粒内部不同种类的析出相是十分有效的。因为析出相成分不同，激发出的背散射电子数量也不同，致使扫描电子显微图像上出现亮度上的差别。从亮度上的差别，我们就可以根据样品的原始资料定性的判定析出物相的类型。本实验采用（JSM-6700F）扫描电

44、镜，铸态试样中各相的形态数量和分布（铸态碳化物的位置、大小、数量）。2.4.3 EDS（能谱仪）分析 经抛光腐蚀后金相样品的二次电子相分辨率及立体感远好于光学金相照片。原子序数对背散射电子产额比较敏感。在原子序数Z小于40的范围内，背散射电子的产额对原子序数十分敏感。在进行分析时，样品上原子序数较高的区域由于收集到得背散射电子数量多，故荧光屏上的图像较亮。因此利用原子序数造成的衬度变化可以对各种金属和合金进行定性的成分分析。样品中重元素区域相对于图像上是亮区，而氢元素区域则为暗区。利用原子序数衬度来分析晶界上或晶粒内部不同种类的析出相是十分有效的。因为析出相成分不同，激发出的背散射电子数量也不

45、同，致使扫描电子显微图像上出现亮度上的差别。从亮度上的差别，我们就可以根据样品的原始资料定性的判定析出物相的类型。本实验采用（EPMA-1600）能谱仪，铸态试样中各相的形态数量和分布（铸态碳化物的位置、大小、数量）。2.5腐蚀试验方法及装置2.5.1 FeCl3浸泡腐蚀试验方法 本试验方法适用于评价不锈钢在6三氯化铁溶液中的耐点蚀性能，测出不锈钢在氯离子介质中的腐蚀速率。用符合GB/T622规定的优级纯盐酸和蒸馏水或去离子水配制成0.05mol/L的盐酸溶液，把符合HG/T3-1085规定的分析纯三氯化铁100g溶于900mL0.05mol/L盐酸溶液中，配制成6三氯化铁溶液。图2-1实验支

46、架使用玻璃制的烧杯等作为试验容器，推荐使用按图1制作的实验支架。支架用聚氯乙烯塑料管或玻璃管制成，试样能水平的放置在S、T、W三个顶端上。三个顶端要磨尖。以试样能大致处在溶液中间部位来确定支架高度h。支架侧面钻适当大小的q、r二孔使溶液能够对流。采用能使试验溶液保持在规定温度的恒温槽。2.5.2循环阳极曲线法本试验方法适用于动电位法测量不锈钢在中性3.5氯化钠溶液中的点蚀电位、保护电位及其差值。试验溶液为3.5氯化钠溶液，用符合GB/T-1266规定的分析纯氯化钠35g溶于965mL蒸馏水或去离子水中配制而成。由恒电位仪、电位扫描装置、记录仪、玻璃电解槽(容积大于300 ml)和恒温槽等组成。

47、参比电极推荐用甘汞电极或氯化银电极，辅助电极用铂电极或石墨电极。辅助电极的面积至少是工作电极而积的2倍。但是在对比试验中，每次试验的参比电极和辅助电极应分别一致。2.6腐蚀形貌观察 先对腐蚀过后的试样进行宏观形貌观察，将其放在低倍显微镜或直接用肉眼来观察，看其表面的点蚀坑数量及蚀坑深度，从而计算出点蚀因子。再对试样进行微观形貌观察，观察其微观组织的变化，分析变化原因及硼元素对组织变化的影响。第三章 试验数据分析3.1浸泡腐蚀3.1.1宏观腐蚀形貌分析 （a）0ppm （b） 16ppm （c）22ppm （d） 28ppm图3-1铸态点蚀宏观形貌试样在501的6%三氯化铁点蚀溶液中浸泡24 h

48、后，宏观上试样表面看不到明显的点蚀痕迹。但发现不含B和含B 16ppm的试样腐蚀面失去金属光泽，含B 22ppm和28ppm的试样仍有光泽，是因为前两者发生了全面腐蚀和点蚀，后两者则以点蚀和晶间腐蚀为主的缘故。3.1.2试验数据分析将铸态试样用线切割切成20204mm的腐蚀试样，每个样取两块，用金相砂纸从粗到细将六个面磨光后抛光，在6%三氯化铁水溶液中进行腐蚀试验，腐蚀速率如表3-1所示（表中数据均为两个试样的平均值），表3-1浸泡平均腐蚀速率（g/（hm3）硼含量/ppm腐蚀失重/g表面积/mm2厚度变换/mm平均腐蚀速率02.74001095.9540.38104.1627384163.0

49、9121111.6940.58115.8603209223.39241109.30440.39127.4557365283.11911120.00000.36116.0379464根据表中数据作出下图，图3-2硼与平均腐蚀速率点线图根据图3-2所示，说明随着B含量的增加，腐蚀速率不断加快，当B含量达到16ppm左右时腐蚀速率加快程度比之前明显加大，当B含量达到22ppm左右时腐蚀速率开始明显降低。腐蚀速率大说明不锈钢耐点蚀性能下降，则上图说明不锈钢中硼含量的增加，总的来说使其耐点蚀性能下降。3.2电化学腐蚀3.2.1极化曲线法 硼含量分别为0、16、22、28ppm的四个铸态试样在3.5的氯化

50、钠介质中的极化曲线如图3-2所示，（a）0ppm （b） 16ppm （c）22ppm （d） 28ppm图3-3四种试样的极化曲线从图3-2中，利用Origin 及电化学软件 Chi可测出不同硼含量的试样的自腐蚀电位及自腐蚀电流，表3-2不同试样的自腐蚀电流及电位硼含量/ppm击穿电位E/V自腐蚀电位E/V自腐蚀电流I/A0-0.0723-0.3968.41610-716-0.1406-0.3811.16510-622-0.1802-0.411.13810-628-0.1873-0.4181.15110-6由上表中数据可计算出自腐蚀电流密度I和极化电阻R，I=I/10mm2， R= ba*b

51、c/2.3(ba+bc)*I，式中ba、bc分别表示阴极极化曲线和阳极极化曲线常用对数的Tafel斜率，I为自腐蚀电流，表3-3不同试样的自腐蚀电流密度和极化电阻硼含量/ppm自腐蚀电流密度I/A/cm2极化电阻R/cm208.4162.0521061611.651.1901062211.381.7771062811.511.657106由表3-2及3-3中数据作出如下曲线， 图3-4硼含量与自腐蚀电位关系点线图 图3-5硼含量与自腐蚀电流密度关系点线图 从上图可以看出，随着硼含量的增加，自腐蚀电位与自腐蚀电流都呈上升趋势；当硼含量达到16ppm且继续增加时，自腐蚀电位与自腐蚀电流都开始下降，

52、但自腐蚀电位下降较为剧烈；当硼含量超过22ppm时，自腐蚀电流略有升高，但自腐蚀电位却呈下降趋势。击穿电位大、自腐蚀电位大、自腐蚀电流密度小，说明不锈钢不容易发生点蚀；反之，则说明不锈钢容易发生点蚀。极化电阻大说明不锈钢不容易发生点蚀；反之，则说明不锈钢容易发生点蚀。而硼含量的增加使击穿电位降低、自腐蚀电位降低、自腐蚀电流密度加大、极化电阻减小，说明硼含量的增加使不锈钢更容易发生点蚀行为，即对点蚀的敏感性升高。3.2.2循环阳极曲线法通过试验测得硼含量不同的各个试样在3.5的氯化钠介质中的循环阳极曲线如下图所示，图3-6四种试样的循环阳极曲线根据图3-6测得四种试样的点蚀电位、保护点位及其差值

53、列于下表中，表3-4四种试样的点蚀电位、保护点位及其差值硼含量/ppm点蚀电位Eb/V保护电位Ep/VEb-Ep0-0.1333-0.38990.256616-0.2202-0.37410.153922-0.1932-0.40290.2097280.1718-0.27530.4471根据表中数据作出硼元素含量关于点蚀电位、保护点位及其差值的点线图，图3-7硼含量关于点蚀电位、保护点位及其差值的点线图从图3-7可看出，随着硼含量的增加，点蚀电位有所下降，保护电位略有升高；当硼含量继续增加超过16ppm时，点蚀电位升高，保护电位降低；当硼含量达到22ppm且继续增加时，点蚀电位与保护电位都升高，但

54、点蚀电位升高较为明显。点蚀电位大说明不锈钢的耐点蚀性能好，反之则说明不锈钢的耐点蚀性能差。点蚀电位与保护电位的差值大，说明若发生点蚀则其容易发展；其差值越小，说明若发生点蚀其不容易发展。3.3组织的变化对点蚀的影响硼含量不同的四个铸态试样在33倍下的的SEM照片如下图3-8， （a）0ppm （b） 16ppm （c）22ppm （d） 28ppm图3-8不同硼含量试样的金相组织照片硼含量不同的四个铸态试样在100倍下的的金相照片如下图3-9，（a）0ppm （b） 16ppm （c）22ppm （d） 28ppm图3-9不同硼含量试样的金相组织照片图3-8和3-9表明，不含硼的试样中非铁素体

55、组织未出现片层状组织。加了硼的三组试样，在晶界处板条马氏体的边缘都出现了类似珠光体的片层状组织，沿着晶界向内生长，且随硼含量增加，非铁素体数量增加，片层状组织的数量增多，在氯离子介质中，马氏体等非铁素体组织更易受到腐蚀。因此，钢中加入微量的B，使其耐点蚀性能降低。第四章 实验结论试验采用真空冶炼炉冶炼硼质量分数为0、16ppm、22ppm、28ppm的1Cr17不锈钢，通过腐蚀浸泡实验、极化曲线法和循环伏安法，结合金相组织分析、SEM及能谱分析，研究了硼元素的加入对铸态1Cr17不锈钢耐点腐蚀性能的影响，得出了以下结论：1.在6%三氯化铁溶液介质中，随着硼元素含量的增加，铸态1Cr17不锈钢浸

56、泡腐蚀速率先增大后减小，但含B试样的腐蚀速率大于不含B的；说明随着B的加入，铸态1Cr17不锈钢的耐点蚀性能降低。2.在3.5的氯化钠介质中，随着硼元素含量的增加，自腐蚀电位降低，自腐蚀电流密度升高；说明硼元素含量的增加使铸态1Cr17不锈钢的点蚀敏感性升高。3.在3.5的氯化钠介质中，随着硼元素含量的增加，点蚀电位先降低后升高，点蚀电位与保护电位的差值也先降低后升高；说明铸态1Cr17不锈钢的耐点蚀能力先减弱后增强，点蚀形核后的发展倾向先减小后加大。参考文献1Laha K. Kyono J. Kishimoto S et al. Beneficial effect of B segregat

57、ion on creep cavitation in a type 347 austenitic stainless steel J . Scripta Materialia , 2005 , 52 (7) : 675-678.2Tabuchi M. Improvement of creep strength for 9Cr steel weldment boron addition J .Welding Research Abroad , 2004 , 50 (829) :128.3 M. Hashimoto, Y. Ishida, S. Wakayama, et al. Atomistic

58、 studies of grain boundary segregation in Fe-P and Fe-B alloys-II .Electronic structure and intergranular embrittlementJ.Acta Metall,1984,32:134肖纪美.不锈钢的金属学问题. 第2版.北京：冶金工业出版社，20065肖纪美，曹楚南.材料腐蚀学原理. 北京：化学工业出版社，20026曹楚南.腐蚀电化学原理.第2版.北京：化学工业出版社，20047冈毅民.中国不锈钢腐蚀手册. 北京：冶金工业出版社，8张宝宏，丛文博，杨萍.金属电化学腐蚀与防护. 北京：化学工

59、业出版社，20099王凤平，康万利，敬和民等.腐蚀电化学原理、方法及应用. 北京：化学工业出版社，200810刘宝俊.材料的腐蚀及其控制.北京：北京航空航天大学出版社，198911黄永昌.金属腐蚀与防护原理.上海：上海交通大学出版社，198912刘秀晨，安成墙.金属腐蚀学.北京:国防工业出版社，200213陈鸿海.金属腐蚀学.北京：北京工业大学出版社，199514宋诗哲.腐蚀电化学研究方法. 北京：化学工业出版社，198815蒋金勋等.金属腐蚀学. 北京:国防工业出版社，198616本溪钢铁公司第一炼钢厂.硼钢M.北京：冶金工业出版社，197717赵麦群等.金属的腐蚀与防护. 北京:国防工业出

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