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鉻含量對(duì)低合金鋼耐氯離子腐蝕的影響規(guī)律和機(jī)制

2021-12-31 14:06:52 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(jīng)濟(jì)是國民經(jīng)濟(jì)的重要組成部分，在原油資源的使用分配中，海上油輪運(yùn)輸是很重要的途徑。研究發(fā)現(xiàn)鉻作為一種能有效提高鋼的耐蝕性能的元素，被廣泛應(yīng)用到耐候鋼、石油鉆井鋼、不銹鋼等耐蝕鋼中。

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

試驗(yàn)

1、試驗(yàn)材料

本文試制了4種不同含鉻量的油船鋼作為實(shí)驗(yàn)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(guī)程如表2所示。

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2、試驗(yàn)方法

根據(jù)IMO Resolution 289(87)《Performance standard for alternative means of corrosion protection for cargo oil tanks of crude oil tankers》標(biāo)準(zhǔn)要求制備腐蝕實(shí)驗(yàn)試樣，浸泡試驗(yàn)的實(shí)驗(yàn)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(cè)浸泡3d后四種試樣的表面形貌特征和銹層成分。

試驗(yàn)結(jié)束后，根據(jù)國標(biāo)GB/T 19746-2005 《金屬和合金的腐蝕腐蝕試樣上腐蝕產(chǎn)物的清除》，選用除銹液對(duì)試樣表面的腐蝕產(chǎn)物進(jìn)行清洗。

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圖1 室內(nèi)模擬腐蝕實(shí)驗(yàn)裝置圖

結(jié)果與討論

1、顯微組織

四種不同含鉻量的試驗(yàn)鋼的金相組織照片如圖2所示，其中，圖中白色區(qū)域?yàn)殍F素體組織，黑色區(qū)域是珠光體組織。由圖2可知，Cr元素的加入改變了試驗(yàn)鋼中的珠光體的含量，進(jìn)而影響了金屬基體的耐蝕性。

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圖2 4種試驗(yàn)鋼的顯微組織

2、腐蝕性能測(cè)試

四種鉻含量的試驗(yàn)鋼在模擬腐蝕環(huán)境中浸泡3d后的宏觀形貌如圖3所示。

圖3 試驗(yàn)鋼在模擬腐蝕環(huán)境中浸泡3d后的宏觀形貌

由失重法計(jì)算得到1號(hào)、2號(hào)、3號(hào)和4號(hào)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(huán)境中的耐蝕性能，但鉻的質(zhì)量分?jǐn)?shù)超過0.12%后反而會(huì)降低試驗(yàn)油船鋼的耐蝕性能。

圖4 試驗(yàn)鋼在模擬腐蝕環(huán)境中浸泡3d的微觀形貌

圖4所示微觀形貌觀察結(jié)果與腐蝕速率和宏觀形貌結(jié)果一致。

3、電化學(xué)性能

由圖5可知，四種試驗(yàn)鋼在模擬底板環(huán)境的溶液體系下陽極一直處于活化控制狀態(tài)，未發(fā)生鈍化，而陰極也處于活化控制狀態(tài)，在測(cè)試電位范圍內(nèi)未出現(xiàn)氧極限擴(kuò)散控制現(xiàn)象。

圖5 4種試樣在試驗(yàn)溶液中的極化曲線

對(duì)極化曲線的Tafer區(qū)進(jìn)行擬合，結(jié)果如表3所示。

為進(jìn)一步研究4種試樣在底板溶液中的電化學(xué)反應(yīng)機(jī)理，測(cè)試了其在底板模擬環(huán)境下的交流阻抗圖譜。為保證交流阻抗數(shù)據(jù)的可靠性，運(yùn)用Kramers–Kronig 轉(zhuǎn)換判斷本次電化學(xué)系統(tǒng)是否滿足因果性，線性和穩(wěn)定性。結(jié)果表明，試驗(yàn)數(shù)據(jù)點(diǎn)和相應(yīng)K-K轉(zhuǎn)換點(diǎn)重合良好，證實(shí)了此系統(tǒng)滿足線性系統(tǒng)理論的限制條件。

由圖6可見：在模擬貨油艙底板腐蝕環(huán)境溶液體系中，4種試樣的電化學(xué)阻抗譜Nyquist曲線皆由一個(gè)容抗弧構(gòu)成，這表明電極過程受電化學(xué)反應(yīng)步驟控制，擴(kuò)散過程引起的阻抗可以忽略。

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