深冷處理對316L不銹鋼管和2205雙相不銹鋼管腐蝕與磨損性能的影響

 現(xiàn)如今我國科技發(fā)展的速度正在突飛猛進(jìn)的增長，海洋深度的科學(xué)勘探與開發(fā)正在以極大的速度前進(jìn)。因此在深海研究及深海裝備等領(lǐng)域也有了十分迅速的發(fā)展。鋼是深海裝備常用的金屬材料，而海水是腐蝕性非常強的介質(zhì)。在海水環(huán)境中，腐蝕會導(dǎo)致金屬及合金材料某一部分或者整體遭到破壞。這種破壞效果會導(dǎo)致材料的力學(xué)性能損失(如強度、延展性和沖擊強度等)。根據(jù)世界海關(guān)組織（WCO）估算每年全球腐蝕成本約為2.4萬億美元（占世界GDP的3%）。此外，腐蝕也具有重大的經(jīng)濟意義。環(huán)境腐蝕因素也很大；根據(jù)海洋烴釋放量統(tǒng)計和分析報告發(fā)現(xiàn)海洋中的烴釋放量最常見的原因是由于腐蝕和其他相關(guān)的機械設(shè)備的降解。同時每年因為腐蝕而造成的生產(chǎn)事故也是人們關(guān)注的熱點。因此，鋼的腐蝕也成為人們十分關(guān)注的問題。腐蝕性能是衡量材料在腐蝕介質(zhì)中抵抗腐蝕能力的材料本身的一種屬性。人們通過對材料腐蝕性能的研究，對材料的內(nèi)部結(jié)構(gòu)及化學(xué)成分進(jìn)行改變以提高材料的腐蝕性能。

 熱處理技術(shù)是工業(yè)生產(chǎn)、機械制造行業(yè)最常見的加工方法之一，通過對材料的加熱、保溫、冷卻等手段，改變金屬材料表面及內(nèi)部結(jié)構(gòu)以達(dá)到延長金屬工件或設(shè)備的使用壽命及穩(wěn)定性的目的，能夠最大程度地釋放材料的潛在能力，降低工業(yè)生產(chǎn)成本。

 深冷處理工藝是一種在熱處理基礎(chǔ)上延伸出的一種工藝方法，最早用于刀具材料中，雖然深冷處理在刀具在加工成本中所占的比重不大，但是它的作用卻直接影響刀具的使用壽命，研究發(fā)現(xiàn)通過對材料進(jìn)行急速冷卻后回復(fù)到室溫，通過改善材料的微觀組織，可以有效提高刀具使用鋼的硬度和強度，進(jìn)而提高了刀具的使用性能和使用壽命。隨著深冷處理工藝的不斷發(fā)展，我國已經(jīng)對此工藝有了一定程度的掌握，但是相較于發(fā)達(dá)國家還是有一定程度的差距，所以對深冷處理效果的驗證試驗，對工業(yè)上深冷處理工藝的應(yīng)用有著很重要的意義。

 浙江至德鋼業(yè)有限公司通過液氮法對316L不銹鋼管以及2205雙相不銹鋼管原始材料以及焊接材料進(jìn)行深冷處理，通過顯微硬度測試、金相組織以及力學(xué)性能準(zhǔn)靜態(tài)拉伸等實驗對材料的力學(xué)性能進(jìn)行表征，探究深冷處理對兩種不銹鋼材料力學(xué)性能的影響，同時通過電化學(xué)腐蝕性能測試探究深冷處理對材料電化學(xué)腐蝕性能的影響，通過摩擦磨損實驗探究深冷處理對兩種不銹鋼材料摩擦磨損性能的影響。主要工作內(nèi)容如下：

 1. 通過顯微硬度、金相組織觀察、靜態(tài)拉伸實驗、彈性模量的測定等實驗探究深冷處理前后316L不銹鋼管和2205雙相不銹鋼管原始材料和焊接材料力學(xué)性能的變化。

 2. 通過電化學(xué)腐蝕性能測試，對材料的電化學(xué)阻抗圖譜、極化曲線進(jìn)行分析，對腐蝕形貌進(jìn)行對比，分析深冷處理前后316L不銹鋼管和2205雙相不銹鋼管電化學(xué)腐蝕性能的變化。

 3. 通過摩擦磨損實驗，比較摩擦系數(shù)、失重量，觀察磨痕形貌，探究深冷處理對316L不銹鋼管和2205雙相不銹鋼管原始材料和焊接材料摩擦磨損性能的影響。

 浙江至德鋼業(yè)有限公司通過液氮法對316L不銹鋼管以及2205雙相不銹鋼管原始材料以及焊接材料進(jìn)行深冷處理，通過顯微硬度測試、金相組織以及力學(xué)性能準(zhǔn)靜態(tài)拉伸等實驗對材料的力學(xué)性能進(jìn)行表征，探究了深冷處理對兩種不銹鋼材料力學(xué)性能的影響，同時通過電化學(xué)腐蝕性能測試探究深冷處理對材料電化學(xué)腐蝕性能的影響，通過摩擦磨損實驗研究了深冷處理對兩種不銹鋼材料摩擦磨損性能的影響，主要結(jié)論如下：

 1. 對316L不銹鋼管原始試樣以及焊接試樣的顯微硬度值均有一定程度的提高，觀察到材料母材基體有新的馬氏體生成，對材料的力學(xué)性能，如屈服強度、抗拉強度得到了明顯的提高。對材料的彈性模量均沒有明顯影響。

 2. 深冷處理對2205雙相不銹鋼管原始材料的顯微硬度值影響不大，對不銹鋼焊接材料的顯微硬度值有提高的作用?？梢园l(fā)現(xiàn)焊縫區(qū)域的晶粒發(fā)生碎化，不銹鋼原始材料的力學(xué)性能沒有發(fā)生明顯改變，2205雙相不銹鋼管焊接材料深冷處理后抗拉強度和屈服強度得到了明顯的提升。對材料的彈性模量均沒有明顯影響。

 3. 深冷處理后，無論是316L不銹鋼管原始材料還是焊接材料，電化學(xué)阻抗譜得到的模值均發(fā)生降低，通過極化曲線對比發(fā)現(xiàn)自腐蝕電位均向負(fù)方向移動，自腐蝕電流密度增加，腐蝕表面均比深冷處理前材料的腐蝕表面的腐蝕情況更嚴(yán)重，深冷處理降低了316L不銹鋼管的電化學(xué)腐蝕性能。

 4. 深冷處理前后，2205雙相不銹鋼管原始材料的模值、阻抗值以及自腐蝕電位、自腐蝕電流密度均沒有明顯變化，腐蝕形貌均看到光滑、平整的表面，說明深冷處理對2205雙相不銹鋼管原始材料的電化學(xué)腐蝕性能沒有影響。2205雙相不銹鋼管焊接材料模值和阻抗值均有明顯提高，自腐蝕電位向正方向移動，自腐蝕電流密度減小，同時觀察材料的腐蝕形貌發(fā)現(xiàn)未進(jìn)行深冷處理的材料表面有明顯的腐蝕坑，說明深冷處理提高了2205雙相不銹鋼管焊接材料的電化學(xué)腐蝕性能。

 5. 深冷處理后，316L不銹鋼管無論是原始材料還是焊接后材料，經(jīng)過深冷處理后均有摩擦系數(shù)降低，失重量減少的現(xiàn)象，同時觀察磨痕形貌可以發(fā)現(xiàn)經(jīng)過深冷處理后的磨痕形貌更窄，說明經(jīng)過深冷處理，提高了316L不銹鋼管的原始材料和焊接材料的摩擦磨損性能。

 6. 深冷處理后，2205雙相不銹鋼管原始材料，深冷處理后摩擦系數(shù)、失重量沒有明顯變化，觀察磨痕形貌發(fā)現(xiàn)深冷處理前后磨痕寬度沒有明顯變化。說明深冷處理對于2205雙相不銹鋼管原始材料的摩擦磨損性能變化不大。對于2205雙相不銹鋼管焊接材料，發(fā)現(xiàn)經(jīng)過深冷處理后材料的摩擦系數(shù)、失重量均降低，同時發(fā)現(xiàn)磨痕寬度變窄，沒有發(fā)現(xiàn)塊狀剝落，說明深冷處理提高了2205雙相不銹鋼管焊接試樣的摩擦磨損性能。