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1、LANZHOU UNIVERSITY OF TECHNOLOGY毕业设计(论文)题 目 微量硼对1Cr17不锈钢在混合酸HHS介质中 腐蚀行为的影响学生姓名 万 建 东 学 号 08080226 专业班级 金属材料（1）班 指导教师 郭 铁 明 学 院 材 料 学 院 答辩日期 2012. 6. 12 摘 要本课题利用真空感应炉冶炼了不含硼和硼质量分数分别为15ppm、21ppm、28ppm的四组1Cr17铁素体不锈钢，主要研究微量硼元素含量变化对铸态铁素体不锈钢1Cr17腐蚀行为的影响。本试验用10106mm的腐蚀试样，采用化学浸泡法和塔菲尔极化曲线法研究了三种试验不锈钢在（3.2%HCl3
2、.8%HNO3）介质中的耐蚀性能。试验结果表明：铸态1Cr17铁素体不锈钢在混酸介质中的腐蚀形式为全面腐蚀加晶间腐蚀，不含硼材料主要发生了全面腐蚀;含硼材料主要发生了晶间腐蚀。且随着含硼量的增加，晶间腐蚀越严重,铁素体不锈钢钝化能力增强。对于同一种介质，随着温度的升高，腐蚀速率增大，材料的耐腐蚀性下降。关键词：铁素体不锈钢，硼含量，耐蚀性ABSTRACTThe subject of the use of vacuum induction furnace smelting boron and boron mass fraction to 15ppm, 21ppm, 28ppm of four s
3、ets of the 1Cr17 ferritic stainless steel, the main trace element boron content on the corrosion behavior of cast ferritic stainless steel 1Cr17 . In this experiment, the corrosion specimens of 10 10 6mm, chemical immersion and Tafel polarization curves of three test the corrosion resistance of stai
4、nless steel (3.2% HCl +3.8% HNO3) media. The results show that: the cast state 1Cr17 iron pigment body of stainless steel in the mixed acid media corrosion form of general corrosion plus intergranular corrosion of boron join to improve the 1Cr17 stainless steel resistant to intergranular corrosion c
5、an, and with increasing boron content, resistance to intergranular corrosion ability, resistance to full corrosion capacity.KEY WORDS: stainless steel，boron content，corrosion resistance目录摘 要IABSTRACTII第一章 综述11.1 课题意义11.2 铁素体不锈钢组织特征及性能特点11.2.1 1Cr17铁素体不锈钢组织特征11.2.2 1Cr17铁素体不锈钢性能特点11.3 铁素体不锈钢腐蚀类型、腐蚀机理
6、及影响因素21.3.1铁素体不锈钢腐蚀类型21.3.2铁素体不锈钢腐蚀机理21.3.3铁素体不锈钢腐蚀影响因素41.4 硼元素在钢中的作用51.4.1 硼在钢中的存在形式51.4.2硼对钢组织的影响61.4.3硼对钢性能的影响71.5铁素体不锈钢的极化曲线91.5.1极化曲线91.5.2极化曲线的测定91.6本课题的意义及主要研究内容111.6.1本课题的意义111.6.2本课题主要研究内容11第二章 实验方法122.1 实验方案（流程图）122.2实验材料122.3试样制备132.3.1取样位置及尺寸132.3.2试样的制备132.4 组织、形貌分析142.4.1 光学显微镜分析142.4.
7、2 扫描电子显微镜分析142.5 X射线衍射分析142.6 浸泡腐蚀实验152.6.1实验设备152.6.2 实验参数及方法152.7 电化学腐蚀实验162.7.1 实验设备162.7.2 实验参数及方法16第三章 实验结果与讨论183.1 浸泡腐蚀实验结果183.1.1 四种材料在混合酸HHS（3.2%HCl3.8%HNO3）介质中的腐蚀动力学曲线183.1.2 四种材料在混合酸（3.2%HCl3.8%HNO3）介质中的腐蚀形貌223.1.3 四种材料在混合酸（3.2%HCl3.8%HNO3）介质中的腐蚀特点253.2 XRD衍射分析263.3电化学腐蚀实验结果263.3.1 四种试样的极化
8、曲线及电化学特征值263.3.2 四种材料在混合酸（3.2%HCl3.8%HNO3）介质中的电化学腐蚀形貌283.4 分析与讨论29第四章 结论30参考文献31翻译原文33中文翻译50致谢63第一章 综述1.1 课题意义随着我国国民经济持续快速发展和人民生活水平的提高,不锈钢的表观消费量急剧增长,在所消费的钢种结构方面,铁素体不锈钢所占比例偏低,与国外尤其是一些发达国家相比存在很大差距,尚需不断优化，因此铁素体不锈钢拥有着广阔市场和开发前景。铁素体不锈钢以其优良的导热、高强度、耐蚀性能得到广泛地应用，合金元素对铁素体不锈钢的耐腐蚀性能有很大影响。但随着科学技术的发展，普通铁素体不锈钢的硬度、耐
9、磨性、耐腐蚀性、屈强比等性能已无法满足使用要求，在应用方面受到很大限制。1Cr17本课题研究微量硼元素对1Cr17不锈钢在混合酸HHS（3.2%HCl3.8%HNO3）介质中腐蚀行为的影响，包括了微量硼元素对1Cr17不锈钢耐蚀性能的影响、介质中腐蚀类型的影响以及对腐蚀机理的影响。由于这方面的研究工作开始的较迟，技术手段还不够成熟，所以此次研究不仅补充了微量元素硼对铁素体不锈钢影响的基础，同时为含硼1Cr17不锈钢的生产、使用和防护提供了实验依据。1.2 铁素体不锈钢组织特征及性能特点1.2.1 1Cr17铁素体不锈钢组织特征一般情况下，固态金属和合金都是由不规则排列的晶粒构成，不锈钢中的晶体
10、结构有铁素体、奥氏体、马氏体或两种及多种晶体的混合体，不锈钢的许多特性都取决于它们晶体的晶格。铁素体不锈钢均为铁铬合金，它们都是铬含量在1130%的铁基合金，具有体心立方晶体结构，基本不含镍，是节镍钢种，有时含有少量的Mo、Ti、Nb等元素，在使用状态下组织结构以铁素体为主。当铬含量超过12%时，奥氏体完全消失。也就是说，在铬含量超过12%后，合金将不会发生-相变，因而也不会发生晶粒细化和强硬度的变化。在整个合金范围内，铁素体都直接从液态中结晶出来。当铬含量大于16%时，铸态组织粗大，在400525及550700之间长期保温，会出现“475”脆性及相，使钢变脆。1.2.2 1Cr17铁素体不锈
11、钢性能特点在各类不锈钢中，铁素体型不锈钢具有良好的强度及冷成形性能，但在室温及低温下的韧性差，塑-脆性转变温度高，并有缺口敏感性，与奥氏体型不锈钢相比，其高温强度不良；在低温和大截面尺寸条件下，其韧性较低。铁素体型不锈钢的组织结构为体心立方晶体，有磁性。这类钢既不能通过热处理进行强化，也不能通过冷加工进行强化。钢的热导率最高、线胀系数较小，导热性和膨胀特性与普通碳钢类似，耐蚀性随钢中含铬量的增加而提高。 1.3 铁素体不锈钢腐蚀类型、腐蚀机理及影响因素1.3.1铁素体不锈钢腐蚀类型 铁素体不锈钢材料在工业生产中腐蚀形式主要有以下几类：晶间腐蚀：指沿晶界进行的腐蚀，使晶粒的连接遭到破坏。晶粒间界
12、是结晶学取向不同的晶粒间紊乱错合的界城，因而，它们是钢中各种溶质元素偏析或金属化合物沉淀析出的有利区域。因此，在某些腐蚀介质中，晶粒间界可能先行被腐蚀乃是不足为奇的。大多数的金属和合金在特定的腐蚀介质中都可能呈现晶间腐蚀。晶间腐蚀为奥氏体不锈钢的主要腐蚀形式，只是由于晶界区域与晶内成分或应力有差别，引起晶界区域电极电位显著降低而造成的电极电位助差别所致。 点腐蚀：点腐蚀是发生在金属表面局部区域的一种腐蚀破坏形式、点腐蚀形成后能迅速地向深处发展，最后穿透金属。点腐蚀危害性很大，尤其是对各种容器是极为不利的。出现点腐蚀后应及时磨光或涂漆，以避免腐蚀加深。缝隙腐蚀：是局部腐蚀的一种形式，它可能发生于
13、溶液停滞的缝隙中或屏蔽的表面内。这样的缝隙可以在金属与金属或金属与非金属的接合处形成，例如，在与铆钉、螺栓、垫片、阀座、松动的表面沉积物以及海生物相接烛之处形成。应力腐蚀：不锈钢在特定的腐蚀性介质和拉应力( 外力或焊接、冷加工等产生的残余应力) 的同时作用时会出现低于强度极限的脆性开裂现象。这种腐蚀发生的时间短, 破坏性极大。先是由于腐蚀性介质的作用, 在不锈钢的腐蚀敏感部位形成微小坑陷, 而后在残余应力的作用下产生微观裂纹, 且裂纹扩展很快, 最终腐蚀开裂。这种腐蚀性介质有硝酸、硝酸铵、溴化钙、盐酸、氢氟酸、氢氧化钾及含有氯离子溶液等; 腐蚀敏感部位是指活化- 钝化过渡区, 即钝化膜不完整的
14、电位范围。1.3.2铁素体不锈钢腐蚀机理晶间腐蚀产生的原因：一般认为是由于晶界合金元素的贫化。不锈钢中含有一定量的铬和钼等可钝化元素才具有耐腐蚀性, 如果在晶界有富铬和富钼相析出, 这些相的主要成分为M23C6,M7C3( M代表铬、钼、铁)，析出相中铬含量高达95 %,则沿晶界就产生一个贫铬和贫钼区。当贫化区的铬和钼含量降至钝化所需的极限含量(如铬含量在11%)以下时, 在适合的腐蚀溶液中就形成! 碳化铬(阴极)- 贫铬区(阳极) 电池,使晶界贫铬区产生腐蚀。另一种看法认为产生晶间腐蚀的原因是由于在晶界产生一些沉淀物,如相, 这些沉淀物在腐蚀介质中首先被腐蚀而引起晶间腐蚀。较为人们接受的是合
15、金元素在晶界贫化的理论。点腐蚀产生的原因：由于钢中存在缺陷、杂质和溶质等的不均匀性, 当介质中含有某些活性阴离子( 如Cl- ) 时, 首先被吸附在金属表面某些点上, 从而使不锈钢表面钝化膜发生破坏。由于钝化膜破坏处的基体金属显露出来使其呈活化状态, 而钝化膜处为钝态,这样就形成了活性- 钝性腐蚀电池。由于阳极面积比阴极面积小得多, 阳极电流密度大, 所以阳极金属很快腐蚀成小孔。产生点蚀有两个重要条件, 一是金属在介质中必须达到某一临界电位,二是侵蚀性的卤化物阴离子达到某一浓度。孔内主要发生阳极溶解反应为:Fe Fe2+ + 2e, Cr Cr3+ + 3e;孔外主要反应为:1/2 O2+ H
16、2O+ 2e 2OH-;缝隙腐蚀产生原因：在电解液和结构缝隙存在的条件下,缝隙内有关物质的移动受到了阻滞,形成浓差电池从而产生局部腐蚀;由于电解质中O2 的扩散,在汽液交界面上形成三相界面而产生强烈的水线腐蚀, 以及形成活化钝化电池的闭塞电池。因为缝隙内是缺氧区,成为阳极,其后也产生自催化加速作用,一旦发生就迅速进展。缝隙腐蚀和孔蚀一样, 在含Cl- 离子的溶液中最容易发生。应力腐蚀产生原因：应力腐蚀发生的初期与点蚀和缝隙腐蚀相同,都是在一个对流不通畅的、闭塞的微区内进行的,也称为闭塞电池腐蚀。微观裂纹一旦产生,在金属内部就存在一条狭窄的活性通路,在拉应力的作用下,活性通路前端的膜反复地、间歇
17、地破裂,腐蚀沿着与拉应力垂直的通路前进。在闭塞区(裂缝尖端)由于阴离子腐蚀放氢,一部分氢可能扩散到尖端金属内部引起脆化,发生脆性断裂。裂缝在腐蚀和脆断的反复作用下迅速前进。裂缝形态有两种:一种是沿晶界破裂,称为晶间破裂;另一种是穿过晶粒,称为穿晶破裂。奥氏体不锈钢在含有氯离子溶液的环境中,最有可能发生应力腐蚀破裂。产生的原因就是Cl- 破坏局部钝化膜,而进入裂缝尖端构成盐酸,产生自加速催化加速腐蚀过程,同时氢离子在尖端析出, 渗入裂缝前缘,使金属脆化。1.3.3铁素体不锈钢腐蚀影响因素 影响晶间腐蚀的因素：碳( C) 元素的影响。含碳量愈高,碳的扩散量愈多,碳化物形成的就多, 铬的消耗量就大,
18、 使得晶间腐蚀倾向渗入晶界的深度加大。铬( Cr) 元素的影响。铬含量增加时,有利于贫铬区与富铬区含铬量的平衡,从而降低了晶间腐蚀的敏感性。这些元素的存在对铁素体不锈钢耐晶间腐蚀都是不利的。热处理制度的影响。由于碳和铬的扩散速率不同,晶间腐蚀倾向受加热温度和加热时间两个因素的影响。在某一段温度范围内会产生晶间腐蚀倾向,若加热时间短,则碳化物来不及析出,若加热时间长, 则因铬的扩散使含量成分趋于均匀,这样都不会形成晶间腐蚀倾向。影响点腐蚀的因素：介质的影响。在卤化物中,氧化性的金属离子( 如Fe3+、Cu2+、Hg2+)也能促使点蚀产生;溶液中的O2 和其它氧化剂是产生点蚀的必要条件,氧化剂具有
19、去极化作用;但溶液中某些含氧的阴离子(如氢氧化物、硝酸盐等)能防止点蚀,因为它们置换了金属表面上的Cl- 离子。合金元素的影响。在不锈钢中加入钼能提高膜的稳定性,使不锈钢表面生成很致密而牢固的钝化膜。实验证明,随钼含量的增加点蚀电位迅速提高,腐蚀速率很快降低;铬是增加不锈钢抗点蚀性能的基本元素之一,铬主要是提高钢的钝化膜的修复能力或称再生能力。热处理制度的影响。不同的热处理制度对点蚀的影响非常大,若在有利于碳化物析出的温度下进行热处理,则产生点蚀的可能性大大增加。影响缝隙腐蚀的因素：氯离子浓度的影响。不锈钢中Cl- 浓度是缝隙腐蚀的主要影响因素。一般来说,随氯化物浓度的增加, CrNi 不锈钢
20、的应力腐蚀开裂加快,特别MgCl2 最易引起腐蚀破裂，几何形状的影响。缝隙腐蚀的重要影响因素是几何形状,如间隙的宽度、深度及内外面积的比等;它决定着氧气进入缝隙的程度、电解质的组成变化、以及电位的分布和宏观电池的性能。氧浓度的影响。随溶液中氧浓度的增加, 缝隙外部阴极反应随之加速,腐蚀量便增加;在敞开系统的溶液中,氧的浓度随着温度的升高而下降,相反温度升高阳极反应加快, 最终的腐蚀强弱由阳极和阴极两种反应的综合结果而定;在密闭系统中随温度的升高缝隙腐蚀而大大加快。其他影响。随溶液pH 值减小,阳极溶解速度增加,则缝隙腐蚀量增加;当Cl- 的浓度增加,电位向负方向移动, 缝隙腐蚀敏感性升高; S
21、O42-有抑制点蚀的作用, 同样也有减缓缝隙腐蚀的作用。影响应力腐蚀的因素：氯离子浓度的影响。一般来说,随氯化物浓度的增加,铁素体不锈钢的应力腐蚀开裂加快特别MgCl2最易引起应力腐蚀破裂,不同氯化物的腐蚀作用按影响因素主次排列为: Mg2+、Fe3+、Ca2+、Na1+、Li1+ 等离子的顺序递减的。介质温度的影响。温度升高易发生应力腐蚀, 但温度过高由于全面腐蚀却抑制了应力腐蚀，Cr Ni 不锈钢发生应力腐蚀的温度范围在50300 之间。残余应力的影响。除工作应力引起应力腐蚀外,在加工制造过程中所产生的残余应力,对应力腐蚀的影响也是相当大的。合金元素的影响。镍、硅元素能提高奥氏体不锈钢在M
22、gCl2 溶液中抗应力腐蚀破裂性能; 氮、磷、钼等元素会降低不锈钢在浓氯化物介质中的耐应力腐蚀能力。1.4 硼元素在钢中的作用1.4.1 硼在钢中的存在形式根据晶体学的尺寸因数判断，如果溶质对溶剂原子半径的比率小于0.59，形成间隙固溶体；若半径的比率在0.85和1.15之间，通常形成置换固溶体。通过计算可知，硼与-Fe,-Fe铁原子的半径比率在间隙和置换两个极限值之间，仅此判断硼在铁和钢中即可形成间隙式固溶体又可形成置换式固溶体。根据x射线结构分析和最近的扩散数据以及滞弹性研究结果综合分析推断，硼在-Fe形成置换式固溶体，在-Fe中形成间隙和置换两种形式的固溶体。硼在钢中的存在形态可分为酸不
23、溶硼和酸溶硼两类。前者包括氧化硼、氮化硼中的硼，不具有提高淬透性的作用;后者包括具有提高淬透性作用的固溶硼和铁、碳化合物(如Fe3(C、B)、Fe23(C、B)6)中的硼。在热处理过程中这两种硼可相互转化。对50B钢的研究指出，在退火状态的50B钢中，硼存在于固镕体(铁素体)和碳硼化物Fe3(C，B)及Fe23(B，C)6之中。对于经过特殊等温处理并经淬火(具有马氏体和析出相)的50B钢，硼存在于固镕体(马氏体)和碳硼化物Fe23(B，C)6之中。当然，并不排除征夹杂物中有硼的可能性，例如在实际生产中，硼的氮化物及氧化物的形成，也是难以避免的。对于高合金钢中硼的存在形式，目前也有不少的研究。已
24、经确定，随钢中硼含量不同，硼将在不同成份的析出物中出现。主要是M 23(B，C)6 、V4(C，B)3。M3B2及M2B等类型析出物。尽管对不同类型的硼钢来说，硼会出现在不同类型的析出物之中，但是硼在固溶体里存在形式和在奥氏体晶界上的吸附效应，不论在低合金钢还是高合金钢中都没有本质的区别。1.4.2硼对钢组织的影响1.4.2.1硼对钢相变的影响硼对钢的相变的影响主要在于影响相变的孕育期，即“C”曲线中，恒温下开始转变前的时间，孕育期的物理本质是新相形核的难易程度。微量的硼( 0.002%) 在奥氏体晶界上有偏聚作用，可有效地抑制先析铁素体析出。钢中加入硼后，由于硼是偏聚倾向较大的元素，能偏聚于
25、晶界，降低了碳原子在晶界上的偏聚浓度，有效地抑制了先共析铁素体的析出，并对贝氏体转变推迟较少，从而形成自己独特的“C”曲线形状。1.4.2.2硼强化晶界的机理硼偏集于晶界上，使晶界区域的晶格缺位和空穴减少，晶界自由能降低。硼减缓了合金元素沿晶界的扩散过程。硼能抑制晶界片层状、胞状析出相以及改善碳化物不均匀分布的状态，改善了晶界状态。1.4.2.3硼对晶粒尺寸的影响在低碳钢中随硼的质量分数增加，奥氏体晶粒尺寸明显增大。由于钢中B与N形成BN，减少了AlN的生成数量，在升温过程中，BN先溶解于奥氏体，而AlN数量很少，所以奥氏体晶粒长大不受阻碍。提高奥氏体化温度，B对奥氏体晶粒长大的作用会更加明显
26、。在600900范围内，Fe23(B,C)6会在晶界析出，如奥氏体化温度较低时，Fe23(B,C)6没有完全溶解于奥氏体，残留的非连续的Fe23(B,C)6会阻碍晶粒长大；当提高奥氏体化温度时，Fe23(B,C)6会完全溶解，消除了其阻碍作用，使得晶粒迅速长大。为了保证B元素的有利作用，减少有害作用，须添加合金元素Ti来固定杂质元素O、N，从而使B处于固溶态，并偏聚于晶界以发挥其长处；并且形成的TiN、TiO能有效的起到细化晶粒的作用；同时Ti能抑制加热时奥氏体晶粒的长大，并且微量的Ti也有利于改善焊接热影响区的韧性。单位体积内晶粒的平均数量用Z表示，则在均匀条件下形核和成长时，Z与N和G的关
27、系为：Z=K(N/G)3/4，其中K为比例常数，约为0.9。因此，在结晶过程中凡是减小N而增大G，即：使N/G减小的方法，都可以使晶粒变粗大。硼钢中固溶硼在降温过程中能够在奥氏体晶界偏聚，降低了晶界能，可以阻碍先共析铁素体在奥氏体晶界形核，因而在奥氏体向铁素体转变时，形核率N降低；而且，硼对晶粒的长大速度没有影响，则平均长大速度G不变，从而使N/G变小，晶粒数Z小，平均晶粒尺寸大。1.4.3硼对钢性能的影响 1.4.3.1硼对钢淬透性的影响 硼对增加钢的淬透性有重要意义，在钢中加入主0.0020.003的硼所达到的增加淬透性的作用，相当于加入0.5的Mn、Cr或Mo。硼对淬透性的贡献主要在于硼
28、在奥氏体晶界的偏聚，是奥氏体分解的新相在奥氏体晶界处形核困难，从而造成奥氏体分解的孕育期增长，使淬透性提高。根据相变理论，珠光体转变属于扩散型转变，新相的形核一般首先在母相奥氏体的晶界处形成，这是因为晶界处最容易满足三大起伏条件，即能量起伏、成分起伏和结构起伏。如果破坏了其中某些条件，都有可能使形核发生困难，从而造成奥氏体分解的孕育期增长。 1.4.3.2硼对钢淬硬性的影响微量硼能够明显提高不锈钢的淬硬性，主要与不锈钢的化学成分和夹杂物元素如氧、氮有关。钢的化学成分一定时，淬硬性随着淬火温度的变化具有一个峰值特征。微量的硼能够明显地提高不锈钢的淬硬性，随冷却速度的加大，硬度逐渐提高。1.4.3
29、.3硼对钢生产工艺的影响硼钢的生产工艺具有一系列特点，必须对冶炼、加工及热处理工艺给予注意，才能保证使硼钢获得理想的组织和性能。1.冶炼 由于硼的化学性质极为活泼，很容易与钢中的氧、氮结合，使硼失去作用，而且钢中的硼含量又极少，所以在硼钢的冶炼中如何保证稳定地获得适量的酸溶硼而且均匀地分布在钢中是非常重要的。硼钢可以用电炉、转炉冶炼。为了保护硼，在加硼前应先行加入与氧、氮结合力比硼更强的铝、钛、锆等，即先加铝脱氧，再加钛等定氮，最后向炉中或钢包中加入硼，这就是所谓的经典法。也可将含有硼和铝、钛、锆、锰、硅等多种保护元素的复合硼铁合金一次加入。常用的一种复合合金的成分(质量分数)是：20钛、13
30、铝、4锆、8锰、5硅、0.5硼，余为Fe。但是用钛定氮保护硼形成的TiN也很容易使钢的韧性、疲劳性能甚至机加工性能变坏。而且TiN很稳定，一旦形成就几乎不再变化，难以进一步起到平衡、稳定酸溶硼含量的作用，所以日本的土生隆一、法国Urgine厂都研究了只用铝不用钛的保硼冶炼方法，实际应用效果很好。2.压力加工 硼钢以微量硼代替大量其他合金元素，故与淬透性相同的其他合金钢相比合金含量大大降低，在高温时的变形抗力减小，容易塑性变形，其氧化皮也较松散、易脱落，所以硼钢易于锻、轧热加工，对加工设备、工具的磨损、破坏也较小。但是硼钢的热加工工艺仍有认真选择和控制的必要。比如加热温度不宜过高，加热时间尽量缩
31、短，以尽量减少脱硼，同时也是为了减小晶界硼相的析出浓度。在较低温度下变形，对硼钢获得较高淬透性和较小晶粒度是有帮助的。另外热加工变形量对硼钢冲击韧性有较大影响，变形程度越高，硼在钢中的分布越均匀，晶界硼相的链状分布容易被破坏，对钢的性能越有好处。3.热处理 硼钢最适宜在淬火、回火后使用，而且必须淬透，否则不但不能发挥硼提高淬透性的作用，而且还因硼使未淬透的钢材心部产生针状铁素体而恶化力学性能、所以硼钢的热处理亦是十分重要的。淬火前最好预先正火以得到尽可能多的固溶硼。淬火温度不宜过高，冷却速度要足够大，以尽量减少硼冶金金属相的数量和粒度。多量和大尺寸的硼相会降低硼钢的韧性，即所谓的“硼脆”。硼对
32、钢的抗回火软化能力无影响。与淬透性相当的其他合金钢相比，硼钢的抗回火软化能力较低，故为获得相同的强度，硼钢的回火温度应适当降低(与铬钼钢相比，可低2050)，回火时间也要短些。另外，硼还使回火脆化倾向略有增加，对此也应注意。硼钢属于细晶粒钢，如果热加工制度选择适当，亦可以利用锻后余热直接淬火，不会因晶粒粗化而出现问题。硼不降低马氏体转变开始温度(Ms点)，故相当于低碳低合金钢的硼钢的怄比淬透性相当的铬钼钢高很多，淬火中首批形成的马氏体在随后的冷却过程中即被回火。所以一些硼钢淬火后并非必须回火，特别是碳含量低于0.25的硼钢。这样就大大简化了热处理工艺。只要硼钢钢材能被淬透，回火后即可得到较好的
33、综合力学性能，而且在整个截面上比较均匀。这是因为淬火得到完全马氏体组织，回火马氏体保证钢有良好的强度和韧性。另外，硼能强烈抑制铁素体转变，因而可极大地提高贝氏体的淬透性，某些情况下可经空冷得到完全贝氏体组织。4.切削加工及焊接 硼钢经正火或退火后硬度较低，切削加工性能也较好。焊接性也因硼钢的碳当量比淬透性相当的其他合金钢低而有明显改善。1.4.3.4硼对钢耐蚀性能的影响高铬铁素体不锈钢（Cr17Mo2Ti）中加0.005%的硼，可使钢在沸腾的65%醋酸中的耐腐蚀性能提高；奥氏体不锈钢中加入微量（0.00060.0007%）的硼，可使钢的热态塑性改善；硼对提高钢的热强性有良好的作用，可使不锈钢的
34、热强性显著提高；含硼的铬镍奥氏体不锈钢在原子能工业中有着特殊的用途。1.5铁素体不锈钢的极化曲线1.5.1极化曲线极化曲线表示电极电位与极化电流或极化电流密度之间的关系曲线。如电极分别是阳极或阴极，所得曲线分别称之为阳极极化曲线或阴极极化曲线。极化曲线分为四个区，活性溶解区、过渡钝化区、稳定钝化区、过钝化区。极化曲线可用实验方法测得。分析研究极化曲线，是解释金属腐蚀的基本规律、揭示金属腐蚀机理和探讨控制腐蚀途径的基本方法之一。金属的阳极极化过程是指金属作为阳极时在一定的外电势下发生的阳极溶解过程，如下式所示：MMn+ne-。此过程只有在电极电势正于其热力学电势时才能发生。阳极的溶解速度随电位变
35、正而逐渐增大，这是正常的阳极溶出，但当阳极电势正到某一数值时，其溶解速度达到最大值，此后阳极溶解速度随电势变正反而大幅度降低，这种现象称为金属的钝化现象。图1-5中曲线表明，从a点开始，随着电位向正方向移动，电流密度也随之增加，电势超过c点后，电流密度随电势增加迅速减至最小，这是因为在金属表面生产了一层电阻高，耐腐蚀的钝化膜。c点对应的电势称为临界钝化电势，对应的电流称为临界钝化电流。电势到达d点以后，随着电势的继续增加，电流却保持在一个基本不变的很小的数值上，该电流称为维钝电流，直到电势升到e点，电流才有随着电势的上升而增大，表示阳极又发生了氧化过程，可能是高价金属离子产生也可能是水分子放电
36、析出氧气，de段称为过钝化区。1.5.2极化曲线的测定 (1)恒电位法恒电位法就是将研究电极依次恒定在不同的数值上，然后测量对应于各电位下的电流。极化曲线的测量应尽可能接近体系稳态。稳态体系指被研究体系的极化电流、电极电势、电极表面状态等基本上不随时间而改变。在实际测量中，常用的控制电位测量方法有以下两种：静态法：将电极电势恒定在某一数值，测定相应的稳定电流值，如此逐 图1-4极化曲线 图1-5钝化曲线点地测量一系列各个电极电势下的稳定电流值，以获得完整的极化曲线。对某些体系，达到稳态可能需要很长时间，为节省时间，提高测量重现性，往往人们自行规定每次电势恒定的时间。动态法：控制电极电势以较慢的
37、速度连续地改变(扫描)，并测量对应电位下的瞬时电流值，以瞬时电流与对应的电极电势作图，获得整个的极化曲线。一般来说，电极表面建立稳态的速度愈慢，则电位扫描速度也应愈慢。因此对不同的电极体系，扫描速度也不相同。为测得稳态极化曲线，人们通常依次减小扫描速度测定若干条极化曲线，当测至极化曲线不再明显变化时，可确定此扫描速度下测得的极化曲线即为稳态极化曲线。同样，为节省时间，对于那些只是为了比较不同因素对电极过程影响的极化曲线，则选取适当的扫描速度绘制准稳态极化曲线就可以了。上述两种方法都已经获得了广泛应用，尤其是动态法，由于可以自动测绘，扫描速度可控制一定，因而测量结果重现性好，特别适用于对比实验。
38、(2)恒电流法恒电流法就是控制研究电极上的电流密度依次恒定在不同的数值下，同时测定相应的稳定电极电势值。采用恒电流法测定极化曲线时，由于种种原因，给定电流后，电极电势往往不能立即达到稳态，不同的体系，电势趋于稳态所需要的时间也不相同，因此在实际测量时一般电势接近稳定(如1min3min内无大的变化)即可读值，或人为自行规定每次电流恒定的时间。1.6本课题的意义及主要研究内容1.6.1本课题的意义1Cr17不锈钢是一种耐蚀性良好的通用钢种。硼是一种微合金化元素，其在钢中的作用一直受到材料研究者的关注，但微量硼对铁素体不锈钢的影响尚未有人研究过。本试验用真空重熔的方法在1Cr17不锈钢中加入不同比
39、分的微量硼元素（加入量0ppm、16ppm、22ppm、28ppm）,经铸造后，研究硼元素对1Cr17不锈钢点蚀行为的影响。这样就可以让人们更好的了解1Cr17不锈钢的耐蚀特性。1.6.2本课题主要研究内容1.查阅文献资料，掌握以下内容：铁素体不锈钢的组织、性能特点及热处理；全面了解硼元素在钢中的作用，尤其是对耐蚀性能的影响；全面掌握不锈钢点蚀的各种机理；全面掌握影响点蚀的各种因素；掌握不锈钢的电化学腐蚀原理，掌握极化曲线，阳极极化曲线反应的各参数的含义及点蚀电位的测量方法；掌握评价点蚀敏感性各种实验方法和相关指标。2.查阅不锈钢点蚀实验的相关国家标准，参与确定技术路线，制定技术方案，完成该课
40、题的试验。3.整理分析试验数据，利用金相显微镜及SEM分析腐蚀形貌。4.对实验结果进行理论分析，得出研究目标所要求的结论。第二章 实验方法2.1 实验方案（流程图） 磨制试样 腐蚀试验 浸泡腐蚀 微观形貌 金相组织实验数据分析电化学腐蚀 结论电火花切割真空冶炼试样2.2实验材料四种成分的不锈钢要求采用同样的冶炼工艺，即加热时采用的功率、加热时间、加入氩气的时间及压力、加入硼铁后的均温时间，浇注后到出炉的时间等保持相同。首先抽真空至3.510-2Pa，开始通电升温，采用功率15KW，4分钟后升到30KW，再过4分钟后升到38KW，加热到发红时，真空度达1.810-2Pa，停止抽真空通入氩气保护，
41、氩气压力为0.4Mpa,等试样全部熔化后加入硼铁，经电磁搅拌8分钟使合金元素均匀化后，在真空下浇铸至铸模。在炉中冷却约30分钟后出炉。出炉后再冷却10分钟后倒出铸模。 铸模要求：用锆英砂醇基快干涂料（已有）刷2-3毫米厚，烘干即可。扒皮切头取化分样：每个试样出炉后尺寸约为103110mm，扒皮后约为95-92，上半部分有缩孔，切头后约有55-60mm长无缺陷。从上半部分切去铸态金相、腐蚀、硬度试样，下半部分（无缺陷部分）锻后切取各种试样化分样从扒皮后的圆柱表面车取即可。不同硼含量的1Cr17不锈钢，其化学成分（质量分数）见表2.1。表21 重熔冶炼钢的化学成分Samples00#10#20#3
42、0#C/%0.04180.04110.04060.0404Si/%0.2450.2460.2470.253Mn/%0.240.240.2450.27P/%0.01930.01950.01940.0194S/%0.0060.00610.00620.0057Ni/%0.10.1020.1020.098Cr/%16.20516.24916.24615.922Cu/%0.0180.0170.0180.018Mo/%0.0120.0090.0090.009V/%0.04770.04770.04750.0475N/%0.03060.02660.02710.0289B/ppm01521282.3试样制备2.
43、3.1取样位置及尺寸对锻造及热处理后的式样进行扒皮切头后，在半径的1/2处取样。冲击试样尺寸:取一个15156的试样；浸泡腐蚀试样：每个相同样上去2个20204的平衡样；电化学腐蚀试样：每个相同样上去2个108的平衡样。2.3.2试样的制备1.金相试样的制备首先将取好的试样在金相实验室依次用型号为w50，w20，w7的砂纸磨光，直到没有较深的划痕；然后将试样在抛光机上抛光，直到表面光亮有很好的镜面效果。最后用氯化高铁溶液（浓度）腐蚀试样，直到在光学显微镜100倍、400倍下能看清组织。2浸泡腐蚀试样的制备首先将取好的试样在金相实验室依次用型号为w50，w20，w7的砂纸磨光，直到没有较深的划痕
44、；然后将试样在抛光机上抛光，直到表面光亮有很好的镜面效果。最后用浓度为5%的硫酸溶液腐蚀试样，直到在光学显微镜100倍、400倍下能看清组织。3电化学腐蚀试样的制备首先将取好的试样在金相实验室依次用型号为w50，w20，w7的砂纸磨光，直到没有较深的划痕；然后将试样在抛光机上抛光，直到表面光亮有很好的镜面效果。2.4 组织、形貌分析2.4.1 光学显微镜分析光学显微镜能够在较低的放大倍数下比较清楚的看到腐蚀样的组织特点，以及夹杂物的分布，且成本低廉。本实验采用光学金相显微镜型号为MEF3.应用光学显微镜分析试样的组织特点，以及碳化物的分布、数量、和形貌。2.4.2 扫描电子显微镜分析经抛光腐蚀后金相样品的二次电子相分辨率及立体感远好于光学金相照片。原子序数对背散射电子产额比较敏感。在原子序数Z小于40的范围内，背散射电子的产额对原子序数十分敏感。在进行分析时，样品上原子序数较高的区域由于收集到得背散射电子数量多，故荧光屏上的图像较亮。因此利用原子序数造成的衬度变化可以对各种金属和合金进行定性的成分分析。样品中重元素区域相对于图像上是亮区，而氢元素区域则
