稀土La对304不锈钢中夹杂物及耐点蚀性能的影响

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不锈钢因具有优良的耐腐蚀性能,而被广泛应用。非金属夹杂物的存在严重恶化了不锈钢的耐腐蚀性能特别是点蚀性能。点蚀作为不锈钢局部腐蚀类型的一种,有着高破坏性和隐蔽性的特点。因此如何减轻或消除夹杂物引起的点蚀危害一直作为研究的热点。夹杂物一般是作为点蚀萌生的起点,后续会进一步扩展,造成点蚀坑越来越大,在外力的作用下导致断裂,最终引起材料失效。因此,夹杂物对不锈钢耐点蚀性能的影响研究具有深远意义。本课题通过研究稀土La对不锈钢中夹杂物的改性作用,阐明稀土元素提高不锈钢点蚀性能的机理,具有较高的理论意义和工业工程意义。本文通过向304不锈钢中添加S和稀土元素La,制备出13种S与La含量不同的不锈钢。利用自动扫描电镜和能谱仪研究La对钢中夹杂物的成分、形貌、尺寸、数量及面积分数的影响。通过腐蚀失重实验和电化学实验研究稀土La对304不锈钢耐点蚀性能的影响,确定了La的最佳添加量,并研究了该最佳添加量与S含量的关系。通过浸泡腐蚀实验并借助扫描电镜来分析MnS夹杂物、氧化物夹杂和稀土夹杂物的腐蚀过程,探讨了不同种类夹杂物的耐腐蚀性能,揭示了稀土La提高不锈钢耐点蚀性能的机理。通过分析不同La含量的不锈钢中夹杂物发现:1)304不锈钢中的主要夹杂物为MnS夹杂物与Mn-Al-Si-O夹杂物;2)加入稀土La后,MnS夹杂物数密度减小。对于S含量为80 ppm的不锈钢而言,La含量由0增加到230 ppm时,MnS夹杂物的数密度由49个/mm~2降到了18个/mm~2;3)氧化物夹杂的转变过程为Mn-Al-Si-O→La-Al-Si-O→La-Al-O→La-O-S。在S含量为80 ppm、La含量为230 ppm的不锈钢中La-O-S夹杂物被改性为La-S夹杂物。在S含量为60 ppm和35 ppm的不锈钢中并未发现La-S夹杂物;4)夹杂物的数密度与面积分数随稀土含量的增多而增加,平均尺寸先减小后增大。通过电化学实验发现:1)La可以明显增加不锈钢的耐点蚀性,但存在一个最佳的稀土添加量,当钢中S含量约为80 ppm时,La含量为84 ppm的试样点蚀电位最高,为0.208 VSCE;2)稀土La的最佳添加量与不锈钢中S含量有关,研究发现当La/S的值约为1时,不锈钢的耐点蚀性能最好;3)恒电位极化曲线表明,当不锈钢中加入La时,恒电位极化曲线中峰值增多,峰值数量随La含量的增加而增多,不锈钢的耐亚稳态点蚀性能降低;4)电化学阻抗谱表明,当稀土La/S的值约为1时,不锈钢的极化电阻值最大。通过浸泡腐蚀实验发现:1)点蚀优先发生在夹杂物与基体的界面处;2)MnS夹杂物容易溶解,在界面处形成缝隙,近一步促进点蚀的发生;Ti-Mn-O和Al-Si-O复合夹杂物不易溶解;3)稀土氧化物夹杂都不易溶解,通过基体溶解来促进点蚀发生,而稀土硫化物与稀土氧硫化物在点蚀初期与基体共同溶解;4)通过比较不同种类夹杂物的溶解过程,发现不同种类夹杂物的耐点蚀性能:La-Al-O>La-Al-Si-O>(Ti-Mn-O和Al-Si-O)>La-Si-O>(La-O-S≈La S)>MnS。
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