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316不锈钢以其优良的耐蚀性能、加工性能和高温抗氧化性能而被广泛应用于核电、石油、化工等领域。316不锈钢在应用施工过程中需要通过焊接成型,然而在焊接过程必然导致焊接区域出现化学成分、组织形态和相关性能的改变,使得不锈钢在焊缝和焊接接头处优先发生腐蚀,严重影响不锈钢设备的使用寿命和安全性能。因此,研究不锈钢焊接后的组织、成分变化与焊缝腐蚀的关系,发展不锈钢焊缝腐蚀原位实时检测技术,对如何采取有效途径预防316不锈钢焊缝腐蚀,保证材料设备使用安全等方面具有重大的现实意义。
近年来,各种腐蚀电化学方法的不断深入发展,为不锈钢焊缝腐蚀提供了新的研究方法,应用各种具有时间-空间分辨能力的电化学技术研究焊缝腐蚀成为当前的热点。本工作采用了传统电化学技术(阳极极化曲线,EIS)、扫描探针技术(SRET,SKP)和表面分析技术(光学显微镜,EPMA,SEM)相结合的方法,研究316不锈钢焊接样品的腐蚀行为和组织构成,最后开发出了一种阵列参比电极技术,并用于不锈钢焊缝腐蚀的检测,取得的进展和结果如下:
1.采用阳极极化曲线和交流阻抗谱对316不锈钢材料焊接前后在NaCl溶液中的耐蚀性能进行测试,同时应用光学显微镜对不锈钢焊接样品的金相组织进行分析。结果表明,焊接后的316不锈钢样品的耐蚀性能较焊接前有所下降,焊接样品在焊接过程中由于热作用导致在焊缝和热影响区的材料组织不均匀,晶粒粗大,尺寸不一是导致其耐蚀性能下降的主要原因。
2.应用扫描微参比电极技术,原位测量了316不锈钢焊接样品在12%FeCl3溶液中的表面微区腐蚀电位分布,结合电子探针技术,通过对腐蚀产物和焊接样品表面元素的分布研究,解释焊缝局部腐蚀的微观机理。研究表明:焊接后的样品在焊缝区存在大量δ铁素体和奥氏体两相夹杂的现象,两相差异是导致焊缝腐蚀的主要因素;在热影响区,由于晶界处大量高铬碳化物(M23C6)的析出,造成晶界附近一定程度上的贫铬,在腐蚀介质中,容易在贫铬的区域形成腐蚀活性点,发生优先腐蚀。
3.开发了一种阵列参比电极技术,并用于不锈钢焊缝腐蚀发生、发展动态过程原位监测。实验表明:阵列参比电极可以直接检测焊接样品表面腐蚀电位分布,可以准确指示局部腐蚀发生的位置并跟踪腐蚀发生,发展和消亡整个过程。该阵列参比电极测试装置结构简单,操作方便,可望进一步发展为焊缝腐蚀现场监测的实用技术。