1、兰州理工大学本科生毕业论文I毕业设计（论文）含硼铸态铁素体不锈钢 1Cr17 的点蚀行为研究兰州理工大学本科生毕业论文I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
2、毕业设计（论文）的规定，即：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： 兰州理工大学本科生毕业论文II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
3、承担。作者签名： 日期： 年 月 日学位论文版权使用授权书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 日兰州理工大学本科生毕业论文III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
4、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，点腐蚀兰州理工大学本科生毕业论文IVABSTRACTThis topic research trace boron content changes from16ppm to 33ppm of as-cast ferritic stainless
5、steel 1Cr17 pitting the influence of behavior. This experiment with 20 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
6、the sample test in sodium chloride medium polarization curves and circulation 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 th
7、e 1Cr17 to the elements of boron pitting the sensitivity of the rise, the cavitation performance drop resistant materrial. KEY WORDS: stainless steel，boron content，pitting corrosion 兰州理工大学本科生毕业论文1目 录摘要 .IABSTRACT.II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
8、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
9、 .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 .12兰州理工大学本科生毕业论文22.2.2 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 .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 .17
10、3.1.1 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兰州理工大学本科生毕业论文1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%、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）
11、，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，但在室温及低温下的韧性差，塑-脆性转变温度高
12、，并有缺口敏感性，与奥氏体型不锈钢相比，兰州理工大学本科生毕业论文2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
13、限值之间，仅此判断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)、Fe 23(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
14、 之中。对于经过特殊等温处理并经淬火(具有马氏体和析出相) 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 、V 4(C，B)3。M 3B2 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
15、.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相变的孕育期，即“C”曲线中，恒温下开兰州理工大学本科生毕业论文3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
16、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，Fe 23(B,C)6 会在 晶界析出，如奥氏体化温度较低时，Fe 23(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，Fe 23(B,C)6 会完全
17、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，平均晶粒尺寸大。
