高铬铸铁的耐腐蚀性研究--《齐鲁工业大学》2012年硕士论文
高铬铸铁的耐腐蚀性研究
【摘要】：高铬白口铸铁由于其较好的使用效果在金属冶炼、煤炭、铁矿、化肥制造、铝业生产等众多行业得到广泛的使用,目前对高铬铸铁的组织与性能、耐磨性的研究均较多,对高铬铸铁的腐蚀特别是静态腐蚀研究较少。
本文与滕州市东大矿山设备有限公司合作,重点研究了常用的16Cr3Mn和16Cr3MnCu两种高铬铸铁在使用工况条件的腐蚀情况。在分析高铬铸铁的化学成分、显微组织、热处理工艺的基础上,重点研究探讨了16Cr3Mn和16Cr3MnCu在经过亚临界热处理之后,不同PH值下腐蚀规律特征以及合金元素Cu对腐蚀性能的影响。
在成功制备亚临界热处理试样的基础上,首先对亚临界热处理前后组织进行了对比。接着采用了失重法来研究16Cr3Mn和16Cr3MnCu在酸碱性溶液中静态腐蚀的规律特征。通过比较试样在腐蚀前后重量的差值、显微组织的不同,对腐蚀数据进行记录分析,作出一系列的XY平滑散点图。研究发现在亚临界处理温度在500℃,保温4个小时,这个条件下高铬铸铁的耐酸腐蚀性最佳,另外随着温度的增加和酸度的增加,盐酸溶液中H离子的活性增加,加快了与铁的反应,高铬铸铁的耐腐蚀性将会逐渐降低。
在碱性溶液中,采用相同的实验方法来分析讨论腐蚀特征。首先通过显微组织分析,证明当高铬铸铁进行亚临界处理并保温后,其耐碱腐蚀性能比铸态的耐碱腐蚀性差。同样通过一系列数据曲线对比分析,经过亚临界热处理后的高铬铸铁的耐碱腐蚀性先随着保温时间的增长先增强后降低；同样随着亚临界处理温度的升高耐碱腐蚀性能先增强后减弱。研究认为在亚临界处理温度为540℃,保温时间为4个小时这个条件下,高铬铸铁的耐碱腐蚀能力最强。另外,高铬铸铁随着碱腐蚀溶液温度的提高,耐碱腐蚀性能降低,在室温条件下,高铬铸铁耐碱腐蚀性能较强,在腐蚀温度升高到80℃时,实验试样增加的重量呈现增加趋势,高铬铸铁受到的腐蚀更强烈。
最后,针对这两种试样的成分差别主要是是否含有铜元素,研究了铜元素对高铬铸铁显微组织、腐蚀性能的影响。通过实验结果分析,铜的作用在于提高基体的腐蚀电位,降低腐蚀速度,促进基体的钝化,使钝化膜更加稳定。铜元素的加入可以使高铬铸铁的耐腐蚀性提高。
【关键词】：
【学位授予单位】：齐鲁工业大学【学位级别】：硕士【学位授予年份】：2012【分类号】：TG143.1【目录】：
摘要7-8ABSTRACT8-10第1章 绪论10-29 1.1 高铬铸铁概述10-11 1.2 高铬铸铁的金相组织11-21
1.2.1 高铬铸铁的凝固行为和组织11-13
1.2.2 高铬铸铁中的合金元素13-15
1.2.3 高铬铸铁中的共晶碳化物15-17
1.2.4 高铬铸铁凝固过程17-18
1.2.5 高铬铸铁中的固态相变18-21 1.3 高铬铸铁的耐磨性21-23
1.3.1 共晶碳化物对耐磨性的影响21-22
1.3.2 基体组织对耐磨性的影响22-23 1.4 金属腐蚀机理23-27
1.4.1 金属和电解质溶液的性质23-25
1.4.2 电化学腐蚀的机理25-26
1.4.3 腐蚀电池的类型26-27 1.5 本文的研究内容及目的意义27-29第2章 实验过程29-32 2.1 制备实验材料29 2.2 亚临界热处理工艺29-30 2.3 腐蚀实验30-31
2.3.1 失重法腐蚀实验30
2.3.2 不同酸度值的盐酸溶液中的腐蚀30
2.3.3 不同碱性值的NaOH溶液腐蚀30-31 2.4 试样亚临界热处理显微组织分析31-32第3章 高铬铸铁的显微组织32-37 3.1 高铬铸铁的铸态组织32-33 3.2 亚临界热处理后组织33-35 3.3 亚临界热处理对高铬铸铁组织的影响35-37第4章 高铬铸铁的的耐蚀性37-56 4.1 酸性环境对高铬铸铁腐蚀性能的影响37-45
4.1.1 腐蚀实验结果37-41
4.1.2 实验结论与分析41-45 4.2 碱性环境对高铬铸铁腐蚀性能的影响45-52
4.2.1 腐蚀实验结果45-49
4.2.2 实验结果与分析49-52 4.3 Cu元素在静态腐蚀中对高铬铸铁腐蚀性能的影响52-56第5章 结论与展望56-58参考文献58-62致谢62-63在学期间主要科研成果63
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高铬白口抗磨铸铁（以下简称高铬铸铁）是一种因性能优良而特别受到业内重视的抗磨材料。在耐磨性上，它比合金钢高得多；在韧性、强度上，它又比一般白口铸铁高得多；同时，它还兼有良好的抗高温和抗腐蚀性能，而且生产便捷、成本适中，因此成为当代最优良的抗磨料磨损材料之一。高铬铸铁属金属耐磨材料中抗磨铸铁类铬系抗磨铸铁的一个重要分支，是继普通白口铸铁、镍硬铸铁之后发展起来的第三代白口铸铁。高铬铸铁一般指含铬量在11%~30%、含碳量在2.0%~3.6%范围的合金白口铸铁。早在1917年就出现了第一个高铬铸铁专利。我国抗磨白口铸铁国家标准（GBT8623）规定了高铬白口铸铁的牌号、成分、硬度及热处理工艺和使用特性。美国高铬铸铁执行标准为ASTMA532M，英国为BS4844，德国为DIN1695，法国为NFA32401。俄罗斯在前苏联时期曾研制了含铬量12%~15%、含锰量3%~5.5%、壁厚达200mm的球磨机衬板，现执行ГOCT7769标准。特别值得一提的是，美国克莱梅克斯（Climax）钼业公司曾在近一个世纪的时间里，为抗磨白口铸铁的发展做出了卓越的贡献。1928年，该公司首先发明了镍硬铸铁，从而将抗磨铸铁技术推向了一个空前的高度。1974年，为纪念国际GIFA，该公司在杜赛尔多夫展览会上展示了其名为“神秘1号”和“神秘2号”的经典高铬抗磨铸铁153（C15Mo3）和1521（C15Mo2Cu）。目前，克莱梅克斯公司执行的高铬铸铁标准见附表所示。栏主特别提示大家，这是非常值得一看的。对高铬铸铁的规模化工业应用，发达国家始于上世纪60年代。我国则于1969年，由当时的机械工业部与新日铁公司及八幡厂技术实验中心联合在武钢进行了轧钢实验，并取得了很好的效果。很快，由国防工业出版社出版的第一部较为全面、详细地向国内读者介绍高铬铸铁化学成分、合金元素的影响及熔炼和热处理相关问题的图书———《高铬铸铁轧辊的力学性能》问世。而我国在抗磨料磨损方面的应用研究，则始于1973年西安交大铸工教研室与西安电力机械厂开始进行的电厂制粉系统易损件的攻关。他们于1980年编译出版了对我国耐磨材料行业有重要贡献的《磨料磨损与耐磨合金译文集》。这本内容近300页、价格0.95元人民币的专著，可谓影响了整整一代耐磨材料工作者。到了1986年，由西安交大周庆德教授在多年的教学研究基础上总结编纂的真正具有中国特色与极强技术指导和工艺实操性的《铬系抗磨铸铁》一书出版。都说“好书育人”，这本蓝色封面八开的论文集，可谓是“好书中的好书”！当时正值我国铸造工业感应电炉如2000年水泥工业的NSP窑一般，因技术成熟、造价大幅度降低而猛烈推广之际，不经意间成了我国高铬抗磨技术起飞的助推器之一。栏主生平在磨机衬板研究中的得意之事之一，便是于1988年初安装在河南香山集团（前身为河南偃师水泥厂）椎2.2×6.5m水泥磨的高铬沟槽衬板满负荷运转至2000年，共计运
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高铬铸铁金相组织
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3秒自动关闭窗口高铬白口铸铁的研究和应用
部件和工具的磨损，造成了巨大的浪费，因此，研制抗磨材料在国民经济上具有重要的意义。高铬白口铸铁因为铭的加入使M人型碳化物变成具有更高硬度（130O～18OOHV）的M7C型碳化物，从而提高了高铬铸铁的抗磨性，与此同时，凝固过程中M7C3型碳化物形成了独立分布的杆状组织，使得高铝白口铸铁的韧性有了一定程度的改善，而且通过简单的热处理就可使高铭白口铸|铁得到所需基体组织，以适应不同的应用环境。本文拟介绍高格由口《含15％Cr左右）IO多年来的研究、生产工艺和应用情况，以期对高铭白日铸铁有个全面的理解与合理的选用。1．高路白日铸铁的研究（1）高路白口铸铁的抗磨性磨损是一个复杂的系统，从受力情况看有高应力、低应力、有带冲击的或冲蚀的；从磨料方面看，有硬度高于M。C。型碳化物的硬磨料，如碳化硅、氧化铝等，也有硬度低于M；C型碳化物的软磨料，如石英、石榴石等。从高铬白日铸铁自身情况看，其组织构成可以有不同的情形，基体可以有马氏体、奥氏体及珠...&
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部件和工具的磨损，造成了巨大的浪费，因此，研制抗磨材料在国民经济上具有很重要的意义。高铝白口铸铁因为铬的加入使M大型碳化物变成具有更高硬度（130～1800HV）的M，Q型碳化物，从而提高了高铬铸铁的抗磨性，与此同时，凝固过程中M7C。型碳化物形成了独立分布的杆状组织，使得高铬白口铸铁的韧性有了一定程度的改善，而且通过简单的热处理就可使高铝白口铸铁得到所需基体组织，以适应不同的应用环境。本文拟介绍高铝白日铸铁（含15％Cr左右）10多年来的研究、生产工艺和应用情况，以期对高铝白口铸铁有个全面的理解与合理的选用。1高铬白日铸铁的研究1．1高铝白口铸铁的抗磨性磨损是一个复杂的系统，从受力情况看有高应力、低应力、有带冲击或冲蚀的；从磨料方面看，有硬度高于M，C3型碳化物的硬磨料，如碳化硅、氧化铝等，也有硬度低于M，C3型碳化物的软磨料，如石英、石榴石等。从高铬白口铸铁自身情况看，其组织构成可以有不同的情形，基体可以有马氏体、奥氏体及珠...&
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１前言高铬白口铸铁作为耐磨材料，在水泥、电力、矿山等工业部门中具有不可替代的优势，其优良的耐磨性倍受国内外学者和用户的重视［１］。随着研究工作的不断深入，高铬白口铸铁的应用范围日益扩大。国内外研究的共同特点是应用各种手段，力图改变碳化物的形态及分布，以达到改善力学性能的目的，结果并不十分理想［２］。主要的问题是在各种工矿条件下，耐磨性与韧性尚不能达到很好的配合。本研究的指导思想是在改善碳化物形态的同时，细化基体组织，改善晶界冶金状态，以期达到在保证耐磨性的前提下，提高韧性的目的。在试验中，控制高铬白口铸铁的基本成分，加入微量钒钛及稀土进行复合变质处理。经适当的热处理后，得到硬度与韧性的较好配合。用这种材料制造的破碎机颚板，经现场装机试验证明，其使用寿命约为高锰钢颚板的４倍，取得了令人满意的试验结果。２研究内容及方法２?１化学成分及显微组织设计破碎机颚板的主要失效形式是齿部磨损和齿部或基体在使用过程中断裂。高质量的颚板要求具有高耐...&
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改善和提高白口铸铁的韧性,扩大其在工程材料其共同特点是力国改变碳化物的形状(如:球状中的应用范围,是铸造工作者长期以来致力于解决的化〔1]、团球状化〔2)、板条状化〔3)等),以期达到问题之一,到目前为止,国内外已做了大厦的工作。大幅度地提高白口铸铁的力学性能。然而,结果都不够理想,有的受到工艺限制不能广泛应用于生产,如白口铸铁锻造工艺[8、9)。几年来我们的试验结果也是样的数据作了对比。为了确切反映脆性材料的韧性,如此。基于此,我们认为,改善碳化物形态仅是提高除了测定断裂韧性和裂纹扩展速率外,还在冲击功为白口铸铁韧性的必要条件,但决不是充分条件。因1.7J条件下 进行了小能量多次冲击试验。测定了此,我们设想在改善白口铸铁碳化物形态的冈时,也该材料的抗弯强度和挠度。与此同时我们还做了相分控考虑如何细化晶粒改善白口铸铁基体组织和晶界冶析,金相试样取自每组冲击试样中其冲击值最极近平金状态,以达到提高白口铸铁的韧性这一目标。均值的试样...&
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水轮机油导轴承的镜板和导水机构顶盖、座环的抗磨板,在含有大量泥砂并带有腐蚀性介质的水流中使用,因此要求有足够的耐磨性,良好的耐蚀性,以及较好的抗弯强度、冲击韧性和断裂韧性。目前国内一般采用ZGoCrl3Ni4Mo,其抗腐蚀和抗气蚀性能较好,但不耐磨,因此研制适于在含砂(特别含石英颗粒)量较高水质的工况条件下使用的镜板和抗磨板新材质有重要意义。 K。TBCr26高铬白口铸铁不但抗磨性能好,一般的机械性能比其它耐磨铸铁高,而且住求泷中运行具有良好的抗腐蚀性。 1.化学成分 1959年5月,参照美国噩A一25(:r高铬耐磨铸铁作为研制目标,其成分(%)为t C2.3～3。O,Mn 0.5～1.5,Si≤1.O,Ni≤1.5,Mo≤1.5,Cr 23.O～28。0,Cu≤1.2S≤O。06,P≤O.10。1989年7月我国颁布了高铬耐磨自口铸铁的国标,其中K。TBCr26的成为(%)为,C 2.3～3.O,Mn O.5～1.OSi≤1....&
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高铬白口铸铁是一种应用非常广泛的耐磨材料，其组织及性能的优劣直接影响了实际生产的效率及成本，因此对其组织及性能的研究具有非常重要的意义。本文从某钢厂无缝钢管轧管机球形顶头的生产实际出发，在对该钢厂现有球形顶头失效分析及阅读和总结大量国内外相关研究成果的基础上，对某钢厂原高铬白口铸铁进行适当的成分优化、变质处理及热处理工艺改进，利用金相组织观察、洛氏硬度测定、冲击韧性试验、滑动磨损试验、XRD物相测定、SEM组织形貌观察及EDS能谱成分测定等手段，较系统地研究和探讨热处理及RE和V变质处理工艺对高铬白口铸铁组织及性能的影响。研究结果表明：经成分优化后的高铬白口铸铁(2.03%C、18.02%Cr)，在770℃~1200℃温度范围内进行脱稳处理，铸态奥氏体组织向马氏体组织转变，同时析出二次碳化物，试样硬度和耐磨性能随温度的提高呈先增后减的趋势，在1010℃时出现峰值。采用1010℃×5h淬火+砂冷，400℃×5h回火+砂冷的脱稳热处...&
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