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  2. 鉻含量對低合金鋼耐氯離子腐蝕的影響規律和機制
    2018-03-20 10:55:21 作者:程雪群 來源:南京鋼鐵股份有限公司 分享至:

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     原油經濟是國民經濟的重要組成部分,在原油資源的使用分配中,海上油輪運輸是很重要的途徑。研究發現鉻作為一種能有效提高鋼的耐蝕性能的元素,被廣泛應用到耐候鋼、石油鉆井鋼、不銹鋼等耐蝕鋼中。

      目前對于含鉻油船鋼在模擬油輪貨油艙底板腐蝕環境的溶液中腐蝕規律的研究還很少。而本文就將帶領大家來探討一番。

     

    試驗

     

    1、試驗材料

     

      本文試制了4種不同含鉻量的油船鋼作為實驗材料,其成分如表1所示。四種鋼均用20Kg真空冶煉爐冶煉。每根鋼錠鍛造為100mm×100mm×110mm的軋制用坯,后采用控軋控冷工藝將試制的油船鋼軋制為16mm厚的鋼板。控軋控冷用軋制規程如表2所示。

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    2、試驗方法

     

    根據IMO Resolution 289(87)《Performance standard for alternative means of corrosion protection for cargo oil tanks of crude oil tankers》標準要求制備腐蝕實驗試樣,浸泡試驗的實驗裝置見圖1。

     

    采用體式顯微鏡觀察四種試制油船鋼的顯微組織;通過Quanta 250掃描電鏡和能譜儀檢測浸泡3d后四種試樣的表面形貌特征和銹層成分。

     

    試驗結束后,根據國標GB/T 19746-2005 《金屬和合金的腐蝕 腐蝕試樣上腐蝕產物的清除》,選用除銹液對試樣表面的腐蝕產物進行清洗。

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    圖1 室內模擬腐蝕實驗裝置圖

     

    結果與討論

     

    1、顯微組織

     

    四種不同含鉻量的試驗鋼的金相組織照片如圖2所示,其中,圖中白色區域為鐵素體組織,黑色區域是珠光體組織。由圖2可知,Cr元素的加入改變了試驗鋼中的珠光體的含量,進而影響了金屬基體的耐蝕性。

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    圖2 4種試驗鋼的顯微組織

     

    2、腐蝕性能測試
     
      四種鉻含量的試驗鋼在模擬腐蝕環境中浸泡3d后的宏觀形貌如圖3所示。
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    圖3 試驗鋼在模擬腐蝕環境中浸泡3d后的宏觀形貌
      由失重法計算得到1號、2號、3號和4號鋼的腐蝕速率分別為1.02、0.22、0.27和2.72mm/a。由此可見,添加鉻元素可以提高鋼板在腐蝕環境中的耐蝕性能,但鉻的質量分數超過0.12%后反而會降低試驗油船鋼的耐蝕性能。
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    圖4 試驗鋼在模擬腐蝕環境中浸泡3d的微觀形貌
      圖4所示微觀形貌觀察結果與腐蝕速率和宏觀形貌結果一致。
     
    3、電化學性能
     
      由圖5可知,四種試驗鋼在模擬底板環境的溶液體系下陽極一直處于活化控制狀態,未發生鈍化,而陰極也處于活化控制狀態,在測試電位范圍內未出現氧極限擴散控制現象。
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    圖5 4種試樣在試驗溶液中的極化曲線
     
      對極化曲線的Tafer區進行擬合,結果如表3所示。
     
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    為進一步研究4種試樣在底板溶液中的電化學反應機理,測試了其在底板模擬環境下的交流阻抗圖譜。為保證交流阻抗數據的可靠性,運用Kramers–Kronig 轉換判斷本次電化學系統是否滿足因果性,線性和穩定性。結果表明,試驗數據點和相應K-K轉換點重合良好,證實了此系統滿足線性系統理論的限制條件。

     

    由圖6可見:在模擬貨油艙底板腐蝕環境溶液體系中,4種試樣的電化學阻抗譜Nyquist曲線皆由一個容抗弧構成,這表明電極過程受電化學反應步驟控制,擴散過程引起的阻抗可以忽略。

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    圖6 試驗鋼在模擬腐蝕環境中的Nyquist譜

     

    根據Nyquist圖及腐蝕電化學體系特征對結果進行了等效電路擬合,如圖7所示。

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    圖7 試驗鋼在模擬腐蝕環境中的等效電路 

     

    通過Zwinspin軟件擬合四種鉻含量的試驗鋼試樣的交流阻抗,得到表征試樣表面雙電層特性的電極參數。表4為各個等效元件的數值。

     

    擬合結果表明,鉻的加入使試驗油船鋼的電荷轉移阻抗先升后降,對耐蝕性影響也如此。電化學分析結果與浸泡實驗得出的結果相一致。

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    結論

     

    (1)鉻含量增加,研制的油輪鋼耐腐蝕性能先增加后下降;當鉻的質量分數為0.06wt%和0.12wt%時,油輪鋼耐蝕性最好。

     

    (2)油輪鋼中鉻提高耐蝕性的作用機制是促進鋼鐵表面快速生成致密的腐蝕產物,從而減緩腐蝕速率,因此過高或過低的鉻含量均不能生成對基體有保護作用的腐蝕產物膜。


     

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    責任編輯:王元

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