Al-Ti復(fù)合脫氧Mg處理鋼中夾雜物誘導(dǎo)點(diǎn)蝕行為研究.pdf

1、海洋工程結(jié)構(gòu)的長(zhǎng)壽化與安全運(yùn)行是海洋產(chǎn)業(yè)發(fā)展的基礎(chǔ)，在高鹽、高濕的環(huán)境條件下，夾雜物誘發(fā)的點(diǎn)蝕是對(duì)海工結(jié)構(gòu)用鋼破壞性最大的腐蝕形態(tài)。本研究采用Ti-Mg復(fù)合脫氧工藝，控制與優(yōu)化鋼中夾雜物的組成、尺寸、分布等特性，以降低夾雜物誘導(dǎo)點(diǎn)蝕的危害性。在高頻感應(yīng)爐中利用Al2O3坩堝，采用不同脫氧工藝（Ti/Ti-Mg/Al-Ca/Al-Mg），冶煉了五爐海工結(jié)構(gòu)試驗(yàn)鋼。利用掃描電鏡及能譜儀(SEM-EDS)分析表征不同脫氧工藝鋼中夾雜物特征;通

2、過(guò)3.5％NaCl溶液中陽(yáng)極極化及自然浸泡腐蝕實(shí)驗(yàn)，探討脫氧工藝及夾雜物特征對(duì)鋼的點(diǎn)蝕性能的影響。本研究可為耐腐蝕鋼的復(fù)合脫氧及夾雜物改性精煉新工藝提供理論基礎(chǔ)。本研究的主要結(jié)論如下:
　　(1)鋼中夾雜物均以復(fù)合氧化物為主，其成分與脫氧工藝及合金中殘余強(qiáng)脫氧元素有關(guān)，Ti脫氧鋼中形成了以Al-Ti-(Ca)-O為主的復(fù)合夾雜物，Ca元素由合金原料硅鐵帶入;Ti-Mg復(fù)合脫氧鋼中夾雜物以Al-Ti-Mg-O復(fù)合夾雜為主;Al-Ca

3、和Al-Mg復(fù)合脫氧鋼中分別形成了以鋁酸鈣和鋁鎂尖晶石為主的復(fù)合氧化物夾雜。與Al脫氧鋼相比，Ti-Mg脫氧鋼中夾雜物數(shù)量較多（大于500個(gè)/mm2），平均尺寸較小（小于1μm）。隨著Mg含量的增加（0-0.0035％），Ti脫氧鋼中夾雜物的Ti含量降低;夾雜物數(shù)量先增加后減少（由358個(gè)/mm2→569個(gè)/mm2→508個(gè)/mm2），平均尺寸先減少后增加（1.1548μm→0.9268μm→0.9720μm）。
　　(2)結(jié)合熱

4、力學(xué)計(jì)算和實(shí)驗(yàn)觀察發(fā)現(xiàn)，在本研究的S含量水平(16ppm)下，MnS主要以異質(zhì)形核的方式在氧化物夾雜表層析出。數(shù)量較多、尺寸細(xì)小的含Ti氧化物夾雜是有效的MnS形核核心，有助于MnS分散、局部析出。Ti脫氧鋼中硫化物均局部、分散析出于氧化物夾雜表面，平均厚度0.5μm; Al脫氧鋼中硫化物主要包覆析出于氧化物外層，平均厚度達(dá)到1.5μm。
　　(3)自然腐蝕及電化學(xué)極化實(shí)驗(yàn)表明，脫氧工藝與夾雜物特征均對(duì)鋼的腐蝕性能有重要影響，與A

5、l脫氧鋼，Ti脫氧鋼的自腐蝕電位（Ecorr）及腐蝕失重速率（V）更低（分別為-0.45V、25 g·dm-2·a-1），抗腐蝕性能更好。在Ti-Mg脫氧鋼中，Mg含量較少(0.002％)的Ti-Mg復(fù)合脫氧鋼耐腐蝕性能最好（Ecorr和V分別為-0.4458V、20.9306 g·dm-2·a-1），Mg含量增加，夾雜物中的Ti被還原進(jìn)入到鋼基體中，夾雜物中的Ti含量降低而基體中的Ti含量增多，但Mg含量較低時(shí)其耐腐蝕性能較好，表明夾

6、雜物對(duì)點(diǎn)蝕的影響要大于鋼基體成分，夾雜物改性能更加有效地提高鋼的抗腐蝕性能。
　　(4)夾雜物與周圍基體之間電化學(xué)穩(wěn)定性的差異促使了點(diǎn)蝕的萌發(fā)。MnS具有良好的導(dǎo)電性、較高的電極電位(ES/MnS=-0.05V)以及溶解后產(chǎn)生的S2-和HS-等腐蝕促進(jìn)離子，因此點(diǎn)蝕容易在其周圍萌生。采用細(xì)小、彌散氧化物為核心，通過(guò)硫化物的異質(zhì)形核，實(shí)現(xiàn)硫化物的分散、細(xì)小及形態(tài)控制，有利于降低其溶解后的腐蝕自催化作用。CaS的電極電位較低（ES/C

7、aS=-0.39V），在腐蝕溶液中可以作為陽(yáng)極優(yōu)先溶解，保護(hù)鋼基體;同時(shí)其溶解產(chǎn)物水解生成OH-，可以減緩酸性物質(zhì)對(duì)鋼基體的腐蝕，因此Ca處理生成以CaS為主的夾雜物有利于提高材料的抗腐蝕性能。
　　(5)氧化物夾雜也可以誘發(fā)點(diǎn)蝕，但由于其導(dǎo)電性弱于MnS，同時(shí)沒(méi)有MnS溶解產(chǎn)物對(duì)腐蝕的促進(jìn)作用，因此氧化物誘發(fā)的點(diǎn)蝕較MnS輕微。Ti氧化物的穩(wěn)定性更好，不易溶解，且具有還原性，因此對(duì)于相同種類的氧化物夾雜，TiOx含量越高，其誘發(fā)