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      雙相不銹鋼

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      船用高強度雙相不銹鋼的耐海水腐蝕性能研究

      來源:至德鋼業 日期:2021-01-19 23:54:19 人氣:434

       浙江至德鋼業有限公司為方便船舶設計和建造工作,對船用高強度雙相不銹鋼性能必須充分了解。本次研究通過實驗的方式,以3種不銹鋼材料(3RE60高強度雙相不銹鋼、VEWA963奧氏體不銹鋼、000Cr18Mo2鐵素體型不銹鋼)為研究對象,利用Olympus-PM3光學顯微鏡、FEI Sirion掃描電子顯微鏡、XRD-6000 X射線衍射儀、FA1004N電子天平和ALH1.5電子稱等設備對3種不銹鋼的耐海水腐蝕性能進行研究。結果表明:3RE60高強度雙相不銹鋼與其他2種不銹鋼相比,在經過海水浸泡后,表面形貌沒有發生明顯變化;腐蝕產物中的鎳、鐵、銅等元素較高;腐蝕效率更慢,僅有0.545μm/a。由此證明船用高強度雙相不銹鋼的耐海水腐蝕性能更佳。


       海洋約占地球表面積的71%,具有非常豐富的資源,因此伴隨陸地資源的日漸枯竭,人們逐漸把開發目光放在了海洋上。而在開發過程中,所有設備運行和運輸都需要借助船舶才能運轉,但是因海水中含有大約3.5%的鹽量,具有極強的腐蝕性,導致許多船舶部件報廢而無法使用,縮短了使用壽命,增加了維修成本。雙相不銹鋼(Duplex Stainless Steel,DSS)是一種鐵素體與奧氏體各約占50%,一般較少相的含量最少也需要達到30%的不銹鋼。該類型的鋼材兼有奧氏體不銹鋼和鐵素體不銹鋼的特點,具有一般不銹鋼約為2倍的屈服強度。將其應用在船體鋼板、鍛件(舵軸、舵柱、舵梢、尾軸、中間軸等)和鑄件(螺旋槳、閥體、耐蝕葉輪等)等的制造中,可以節約用材,降低維修成本。因此本次研究以船體建造中常用的型號為3RE60的高強度雙相不銹鋼、型號為VEWA963的奧氏體不銹鋼和型號為000Cr18Mo2的鐵素體型不銹鋼為研究對象,通過實驗方式深入探討3種船用鋼材的耐海水腐蝕性能。這對預防船體腐蝕有至關重要的意義,有利于在建造船舶時,根據具體環境條件增強船體抗腐蝕強度,保證船舶航行安全,延長船舶使用壽命。


      一、實驗材料及處理


       本次實驗采用的材料為3種不銹鋼:型號為3RE60的高強度雙相不銹鋼、型號為VEWA963的奧氏體不銹鋼和型號為000Cr18Mo2的鐵素體型不銹鋼。3種鋼材的化學成分構成如表所示。


       將3種實驗材料均切割成長為10 cm、寬為5 cm、高為0.5 cm的板狀試樣。為了防止試樣上所附著的其他物質對實驗造成影響,需要對其進行處理。首先需要利用砂紙手動將試樣表面層摩擦掉,然后利用蒸餾水對表面進行沖洗,去掉表面粉末殘留,并利用烘干機烘干試樣。結束后,再次將所有試樣倒入裝滿丙酮和酒精的試劑當中,進行脫脂處理,10分鐘后撈出,用蒸餾水沖洗,然后再次放入烘干機內進行烘干,待試樣冷卻到室溫后取出,放入密封的容器內待用。


      二、實驗過程


       為研究高強度雙相不銹鋼在海水侵蝕下的耐腐蝕性,將密封容器內的3種不銹鋼實驗樣品放入裝滿人造海水的實驗容器當中。


       分別經過為期7天的浸泡后取出,記錄3種實驗樣品的表面形貌,按照GB/T 16545-1996《金屬和合金的腐蝕腐蝕試樣上腐蝕產物的清除》相關要求對試樣上的腐蝕產物進行清除并稱重,計算3種樣品的腐蝕速率。此外,實驗進行過程中的溫度必須為恒溫,設定為25℃。


      三、檢測方法


       海水浸泡結束后,利用日本奧林巴斯公司生產的型號為Olympus-PM3的光學顯微鏡對3種不銹鋼樣品經過1個星期的浸泡后的表面形貌進行觀察。然后利用荷蘭皇家飛利浦公司生產的型號為FEI Sirion的掃描電子顯微鏡對試樣腐蝕部位進行顯微觀察,并利用日本島津公司生產的型號為XRD-6000 X射線衍射儀對其腐蝕產物元素組成進行分析。最后用FA1004N電子天平和ALH1.5電子稱稱量試樣腐蝕前后的重量。


      四、實驗結果


       1. 腐蝕形貌特征


        圖為3種不銹鋼實驗樣品在海水中浸泡后一個星期后,利用Olympus-PM3光學顯微鏡觀察到樣品表面的形貌特征。從圖可以看出,3RE60高強度雙相不銹鋼在經過為期7天的海水浸泡后,樣品表面用肉眼看并沒有發生很大的變化,表面仍保持原有的光澤,沒有銹蝕出現,但伴有一些非常小的黑色圓點,通過顯微鏡觀察只是一些非常淺的腐蝕坑,對雙相不銹鋼的使用性能并沒有很大的影響。其次是VEWA963奧氏體不銹鋼。該不銹鋼表面失去原有的光澤,并出現大面積的黑色團塊和少量的紅色物質,經過光學顯微鏡觀察,是由許多個腐蝕孔組合造成的現象,但是腐蝕程度并不是很嚴重。最后是000Cr18Mo2鐵素體型不銹鋼。該不銹鋼在經過7天的海水浸泡后,完全看不到原有色澤,出現了許多大面積的腐蝕坑,通過顯微鏡觀察,腐蝕程度嚴重,有的地方甚至出現腐蝕穿透情況,并伴有脫落現象。


       2. 腐蝕產物


       現在利用XRD-6000 X射線衍射儀對以上3種實驗樣品出現腐蝕的部位進行元素能譜分析,分析結果如表所示。從表可以看出,3RE60的高強度雙相不銹鋼的腐蝕坑中,鎳元素的含量最高,而鎳元素越高越有利于保證不銹鋼不被海水侵蝕;其次是鐵元素的含量,而鐵元素是不銹鋼鋼體強度的代表;最后是銅元素,它是有效的陽極反應緩蝕劑,能在不銹鋼表面形成致密的鈍化膜。因此進一步證明了3RE60高強度雙相不銹鋼的抗腐蝕性。而其余2種不銹鋼的鎳元素、鐵元素銅元素均低于3RE60高強度雙相不銹鋼,耐海水腐蝕性能較差。


       3. 腐蝕速率


        圖為3種不銹鋼試樣在人造海水中浸泡一個星期后的腐蝕率對比。從圖可以看出,3RE60高強度雙相不銹鋼的腐蝕速率為0.545μm/a,與其余2種不銹鋼相比,要慢的多,由此可知3RE60高強度雙相不銹鋼的耐海水腐蝕性要優于VEWA963奧氏體不銹鋼和000Cr18Mo2鐵素體型不銹鋼。


      五、實驗小結


       1. 從表面形貌上看,3RE60高強度雙相不銹鋼并沒有發生明顯變化,僅出現了一些小的腐蝕坑;


       2. 從腐蝕產物上看,3RE60高強度雙相不銹鋼的腐蝕產物中具有極高的鎳,鐵,銅等元素,能夠有效抵抗住海水的腐蝕;


       3. RE60高強度雙相不銹鋼發腐蝕速率只有0.545μm/a,具有極強抗腐蝕性。與其他2種不銹鋼材料相比,3RE60高強度雙相不銹鋼的耐腐蝕性更好。


      六、結語


       船舶是海上運輸的重要交通工具之一,但這種工具由于長期處在海水中,極易受到海水侵蝕,船體結構及其許多部件發生腐蝕,甚至報廢,增加了維修成本。為解決這一問題,高強度雙相不銹鋼投入到了船舶的設計與制造當中。因此為方便船舶制造工作,對其進行耐海水腐蝕性進行分析,幫助設計師了解該種材料的特性,為船舶建造工作奠定了基礎。


      本文標簽:雙相不銹鋼 

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