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现代社会经济的发展和科技的进步,对钢材性能提出了更高的要求,石油天然气、汽车、桥梁、造船、机械及军工领域迫切需要高强度、高韧性、良好的焊接性和耐腐蚀性能的钢种。而能源的短缺又需要对钢材生产成本进行控制,超低碳贝氏体钢以其独特的合金化设计、优良的综合性能和廉价的成本正广泛的应用到各个领域。
本文参阅国内外海洋石油平台用钢的化学成分及力学特性,在课题组前期工作的基础上,选择超低碳贝氏体钢作为实验钢种,设计出三种不同成分的实验钢,采用轧后直接水冷的TMCP工艺和终轧后先保温50s然后再喷水冷却的TMCP+RPC工艺将坯料轧制成6mm厚板材,测试了热轧态和热处理后板材的室温拉伸性能和冲击韧性;考察了热轧态组织在400~550℃温度区间的稳定性;利用模拟全浸海水腐蚀实验和电化学实验,测出各钢种的年腐蚀速率和极化曲线;观察和分析腐蚀产物形貌、相组成和腐蚀机理。
利用光学显微镜、透射电镜、扫描电镜观察钢的显微组织发现未添加Mo元素的A1钢无论是轧后直接冷却还是先弛豫再加速冷却的组织均以准多边形铁素体为主,而添加Mo元素的A3和A4钢则以粒状贝氏体和板条状贝氏体为主。通过RPC工艺轧制后,A3和A4钢表现出良好的综合力学性能,屈服强度分别为540MPa和575MPa,-40℃的冲击吸收功分别为86J和87J(非标准样)。轧后钢板重新淬火和回火处理改善强度和塑性效果不明显。三种钢的组织均具有较好的回火稳定性。
实验钢模拟海水腐蚀试验表明,A4、A3、A1钢的年腐蚀速率依次增加。钢在全浸加速腐蚀初期的腐蚀产物主要为Fe3O4、α-FeOOH和γ-FeOOH,而腐蚀20天后的腐蚀产物以α-FeOOH和磷酸盐为主。增加钢的P含量有利于在腐蚀初期形成具有保护作用的α-FeOOH和磷酸盐,降低腐蚀速率。Mo有利于抑制孔蚀的形成。