海洋工程用高级系泊链钢组织与耐蚀性性能研究

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高级别的系泊链主要用于海洋工程平台及其装备在海洋中的系泊固定。系泊链服役条件恶劣,不仅要长期连续地经受巨大风浪颠波冲击,还要经受海水的浸蚀。高级系泊链是否具有优良的综合力学性能、同时具有良好的耐海水腐蚀性能,直接影响海洋工程平台及其装备的安全性、可靠性及其海洋开发及其工程的成本。材料的性能取决于材料的成分和组织,在材料成分一定的情况下,对材料热处理是改变其组织、提高其综合性能的有效途径。因此,研究不同热处理工艺对22MnCrNiMo系泊链钢的组织及其耐海水腐蚀性的影响,对制定系泊链钢的热处理工艺、研究与开发海洋工程用高级系泊链具有重要理论与实际工程应用意义。本文采用光学显微镜(OM)、扫描电镜(SEM)、能谱分析(EDS)和X射线衍射分析(XRD),以及静态失重法、电化学极化曲线测试、盐雾加速腐蚀试验及力学性能测试等手段,系统研究了22MnCrNiMo系泊链钢不同热处理状态的组织与性能,探讨了热处理工艺对22MnCrNiMo系泊链钢组织、腐蚀性能与力学性能的影响。研究结果表明: 22MnCrNiMo具有较好的淬透性。22MnCrNiMo钢轧制态的组织为马氏体+下贝氏体+索氏体+少量块状铁素体。材料在轧制态具有较高的强度,但塑性、冲击韧性和耐腐蚀性能较差。经过910℃、930℃、950℃二次高温快速水淬保温30min后,得到板条马氏体组织。后经600℃、620℃、640℃回火保温15min、30min、45min水冷后得到的均为回火索氏体,其性能指标均能达到DNV船级社的要求。在相同的淬火温度下,随着回火时间的延长和回火温度的提高,试样的强度下降,塑性、冲击韧性和耐腐蚀性提高。通过930℃二次高温快速水淬,600℃、620℃、640℃回火分别保温30min后的试样进行人工海水浸蚀和盐雾加速腐蚀试验,分别通过失重法和增重法测出的腐蚀速率趋势同电化学极化曲线测出的腐蚀速率趋势是一致的。人工海水浸蚀试验通过失重法测出金属的腐蚀速率为小于0.0102 g.-2h-1,均达到金属材料腐蚀等级的四级,属于耐蚀性材料。甚至经过620℃、640℃回火30的试样腐蚀速率分别达到了0.0086 g.-2h-1,0.0085 g.-2h-1,已达到三级(很)耐蚀标准。盐雾加速腐蚀试验表明,由于Cl-1的扩散侵蚀,以及Cl-1强穿透能力,导致了钢表面分布着一些不连续的蚀孔和带状蚀沟。焊缝区域力学性能和耐蚀性能和母材的变化趋势是一致的。焊缝区域组织由于经过二次加热,冷却速度较慢,所以组织较为粗大;以及焊缝区域与周边区域组织之间存在差异,而且焊缝区域组织不均匀因此焊缝处无论是力学性能还是耐腐蚀性能都较母材组织稍差。通过综合比较力学性能和腐蚀性能,我们最终选定在930℃二次高温快速加热淬火分别保温30min,620℃回火保温30min的热处理工艺。
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