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316L不锈钢在海水下的电化学腐蚀性能

作者:admin 来源: 日期:2020/4/19 7:52:59 人气:37

316L奥氏体不锈钢是一种单一奥氏体不锈钢,正是因为这个特性,使得316L不锈钢具有良好的力学性能、焊接性能以及耐腐蚀性能,广泛应用于石油化工、海洋环境装置等各个领域。虽然316L不锈钢的耐腐蚀性能优异,但是由于在腐蚀介质中的时间较长,以及材料表面不可避免的出现磕碰、划痕或者材料在进行焊接等手段加工后留下缺陷或者内部结构的变化导致316L奥氏体不锈钢不可避免的出现腐蚀的问题,从而缩短了产品的使用寿命。深冷处理通过促使材料内部的残余奥氏体转化为马氏体、细化晶粒等一系列作用改善了不锈钢的强度、耐磨性、韧性等。然而对于材料经过深冷处理后的耐腐蚀性能尤其是焊接后材料的性能的改善研究较少,本章主要对316L奥氏体不锈钢原始材料以及焊接后材料经过深冷处理前后的耐腐蚀性能和摩擦磨损性能进行了研究,通过电化学阻抗谱、极化曲线,并得到了腐蚀后的表面形貌来分析深冷处理对原始材料及焊接后材料的耐腐蚀性能的影响,同时通过摩擦磨损实验及磨损后的表面形貌,来分析深冷处理对原始材料及焊接后材料的耐磨性能的影响。

电化学阻抗谱的分析

电化学阻抗谱能够帮助我们更好的分析经过深冷处理前后316L奥氏体不锈钢的腐蚀性能的变化,通过将电化学系统等效成一个电路,这个等效电路由电阻(R)、电容(C)等基本元件按照串联或者并联的方式连接而成。通过EIS,我们可以测定等效电路的构成以及各元件对应值的大小,利用这些元件的电化学含义,来分析电化学系统的结构和电极过程的性质。通过拟合得到的电化学阻抗的值,来分析不同的材料或者处理前后同种材料抵抗腐蚀能力的大小,从而对比出耐腐蚀能力的强弱。

主要的测量过程为,首先进行开路电位的测量,测量开路电位的时间为1200s,上线电压为0.01V,下限电压为-0.1V,取点间隔为0.1s,要注意在测量过程中不能漏电即保证数值为负数,待开路电位测量结束,电位稳定后,接下来便可以进行电化学阻抗的测量,测量的频率范围为0.1Hz~100KHz,测量时间为900s,待测量完毕后通过ZSimDemo分析软件对电化学阻抗谱的数据进行绘图分析拟合,同时参考等效电路图分析不同情况下试样抵抗海水腐蚀的能力。

4.1316L奥氏体不锈钢原始材料经过深冷处理前后通过电化学实验测得的电化学阻抗图谱的Bode图,在分析电化学阻抗图谱Bode图时,通常以低频率时曲线所对应的纵坐标进行参考,通过在低频率时所测量得到的模值来评价材料的耐腐蚀性能,从316L奥氏体不锈钢电化学阻抗图谱Bode图中我们可以从频率为0.1Hz时曲线所对应的模值来分析316L奥氏体不锈钢原始材料在深冷处理前后耐腐蚀性能的变化情况。图中我们可以看到,在频率为0.1Hz时,未经过深冷处理的316L奥氏体不锈钢材料的模值约为2 5.10 7 cmΩ×,而经过深冷处理后的316L奥氏体不锈钢材料在频率为0.1Hz时在曲线上对应的模值更小,约为2 5.10 1 cmΩ×,从这一结果可以看出,在经过深冷处理后的316L奥氏体不锈钢原始材料的表面具有更高的电容性,在表面积累的电荷将会更多,从而促进了材料腐蚀的进行,这说明了在经过深冷处理之后,材料的耐腐蚀性能下降了,判断产生这一结果的原因是由于经过深冷处理之后,在316L奥氏体不锈钢的基体中有马氏体的生成,马氏体与原基体中的奥氏体形成了微观电耦合,从而促进了不锈钢的腐蚀进程。

通过ZSimDemo分析软件对得到的316L奥氏体不锈钢交流阻抗数据进行等效电路的拟合,从而得到如图4.2所示的316L奥氏体不锈钢原始材料深冷处理前后的电化学阻抗图谱的Nyquist曲线对比图,分析电化学交流阻抗Nyquist图时,我们通常以电容性半圆弧的曲率半径来判断材料耐腐蚀性能的强弱,当曲率半径越大时,对应的材料的耐腐蚀性能越强,在同样的腐蚀介质中,材料的使用寿命更长,从图中的曲线对比我们可以发现,在经过深冷处理后的316L奥氏体不锈钢的电容性半圆弧的曲率半径更小,从这一结果说明了在经过深冷处理后的316L奥氏体不锈钢原始材料的腐蚀性能变得更差,本文通过R/CR等效电路来准确的描述316L奥氏体不锈钢在海水下的电化学腐蚀性能,电路图如图4.3所示,表4.1为通过ZsimDemo软件经过拟合后得到的深冷处理前后316L奥氏体不锈钢原始材料的阻抗值,通过比较表中给出的阻抗值我们可以发现,在经过深冷处理后的316L奥氏体不锈钢原始材料所对应的阻抗值更小,说明材料抵抗发生腐蚀的能力进一步减弱,这一结果也进一步说明了深冷处理后材料的腐蚀性能变弱了。

焊接是工业生产最常见的加工方法之一,焊接后材料的焊缝区域、热影响区的内部结构会发生很大的变化,晶粒会变得粗大,有时还伴有不同相的生成,同时焊接后的材料基体将会存在大量的缺陷,这些缺陷也成为加速材料在腐蚀介质中腐蚀的原因之一,因此研究焊接试样在海水中的腐蚀性能也十分必要,本节同时对深冷处理前后的316L奥氏体不锈钢焊接试样的电化学腐蚀性能进行了研究,分析焊接加工以及深冷处理对316L奥氏体不锈钢电化学腐蚀性能的影响。

同时我们可以从得到的两组数据中对316L奥氏体原始材料与焊接后材料的阻抗值进行分析,我们可以发现在经过焊接加工后的316L奥氏体不锈钢在经过电化学腐蚀性能测试后的所得到阻抗值显示,经过焊接加工后材料的阻抗值明显减小,这是由于经过焊接加工,材料内部的组织产生大量的缺陷,这些缺陷与母材基体存在很大的差异,同时存在电位差,这也为材料腐蚀的发生提供了条件,所以经过焊接后的316L奥氏体不锈钢发生腐蚀的可能性大大的提高了

同时结合上面对316L奥氏体不锈钢原始材料的极化曲线分析,我们可以发现在经过焊接加工后的316L奥氏体不锈钢的自腐蚀电位与316L不锈钢原始材料的自腐蚀电位相比向负方向移动了,同时自腐蚀电流也发生了明显的变化,而经过深冷处理后的316L奥氏体不锈钢原始材料和焊接材料也出现了类似的规律,这也进一步说明由于焊接加工对316L奥氏体不锈钢材料的电化学腐蚀性能起到了减弱的作用。

综上所述,可以说明316L奥氏体不锈钢在经过焊接加工后会导致材料的电化学腐蚀性能下降,同时经过深冷处理后,无论是316L奥氏体不锈钢的原始材料还是焊接材料,通过电化学阻抗图谱得到的结果均显示材料的阻抗值减小,同时由电化学极化曲线可以确定,材料的自腐蚀电位向负方向移动,自腐蚀电流增大,说明了经过深冷处理后316L奥氏体不锈钢原始材料以及焊接材料的电化学腐蚀性能下降。