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Cu-P-RE耐候钢中稀土行为作用及机理的研究

作　者: 岳丽杰
导　师: 徐成海；王龙妹
学　校: 东北大学
专　业: 流体机械及工程
关键词: 稀土耐大气腐蚀钢非金属夹杂物耐腐蚀性能耐蚀锈层耐蚀机理
分类号: TF762
类　型: 博士论文
年　份: 2006年
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内容摘要

本课题属于“十五”国家科技攻关计划“稀土应用工程”重大项目下的“稀土钢新工艺新品种关键技术及产业化研究”课题的一部分，课题编号为2002BA315A05。随着国民经济建设的发展，铁道车辆用钢、集装箱板、建筑塔架等除了要求钢材有良好的耐腐蚀性能外，还同时要求有高的强度和韧性，对于综合性能的提高稀土能起关键作用。以Cu、P为基的基础上，利用我国丰富的稀土资源优势发展稀土耐候钢是适合我国基本国情的，同时满足了新一代高强耐大气腐蚀钢的要求。但是由于稀土在耐候钢中作用机理认识的不清楚，稀土耐候钢耐蚀机理和腐蚀产物的组成研究尚不完全，对于稀土提高钢的耐蚀性也只有一般性认识。从而导致在加入稀土工艺上及应用上存在很大程度上的盲目性，阻碍了稀土耐候钢的应用和新钢种的开发。随着现代冶金新技术新工艺的发展，钢的洁净度逐渐提高，稀土在日益洁净的钢中的作用机制也势必发生变化。为了更好地把具有中国资源特色的Cu-P-RE系耐候钢发扬广大，同时根据市场的需求不断开发新型稀土耐候钢，深入开展稀土在耐候钢中的作用及其机理、稀土加入工艺优化研究是首要的和必须的。本文以洁净的10PCuRE钢为出发点，深入系统地开展了稀土在钢中的应用研究，包括稀土对耐候钢中非金属夹杂物、组织、机械性能、耐腐蚀性能等多方面的影响及其作用机理。对于氧硫水平不同的试验耐候钢样和上海宝钢冶炼的现场耐候钢样，采用金相光学显微镜、图像分析仪、扫描电镜、电子探针等手段分析研究了稀土对不同洁净度的耐候钢中夹杂物的影响。得到了低氧硫组(O：～0.0020wt％，S：～0.0040wt％)稀土耐候钢，稀土含量在0.0065～0.01wt％的范围内，中氧硫组(O：0.004～0.007wt％，S：～0.008wt％)的稀土耐候钢，稀土含量在0.012～0.023wt％的范围内，长条硫化锰夹杂完全消失，钢中夹杂物基本上全部变性为细小弥散分布的球状稀土氧硫化物，85％以上的夹杂物尺寸小于2μm，从而稀土改变了钢中原有夹杂物的种类、形态、尺寸和分布，减少其对钢材性能的危害作用，甚至如此细小夹杂可以变为对钢材性能有利的因素，使得钢的组织细化，并且有一定的固溶稀土含量，从而提高了钢的综合机械性能，即改善材料的塑韧性的同时也提高了强度。两组试验Cu-P系耐候钢加入稀土后，提高了钢的横向冲击韧性，尤其对低温冲击值提高明显，促使钢从解理断裂向韧窝断裂转变。通过细化晶粒，稀土

全文目录

独创性声明  3
学位论文版权使用授权书  3-4
摘要  4-6
Abstract  6-13
第一章绪论  13-31
  1.1 课题研究的目的意义  13-14
  1.2 稀土在钢中的应用研究  14-19
    1.2.1 稀土元素的性质  14
    1.2.2 稀土元素的作用  14-19
      1.2.2.1 稀土元素的脱氧、脱硫作用  14-17
      1.2.2.2 变质夹杂作用  17-18
      1.2.2.3 微合金化作用  18-19
    1.2.3 稀土在钢中应用的前景  19
  1.3 国内外耐候钢的研究  19-29
    1.3.1 耐候钢的涵义及耐腐蚀机理  20-22
      1.3.1.1 耐候钢的涵义  20-22
      1.3.1.2 耐蚀机理  22
    1.3.2 耐候钢的研究现状和实验研究方法  22-29
      1.3.2.1 耐候钢的研究现状  22-27
      1.3.2.2 实验研究方法  27-29
      1.3.2.3 耐候钢腐蚀的动力学方程  29
  1.4 稀土在耐候钢中的应用研究  29-30
  1.5 本课题研究的内容与方法  30-31
第二章稀土钢性能实验材料及实验方法  31-42
  2.1 实验材料  31-35
    2.1.1 上钢一厂现场耐候钢样和对比普碳钢样  31
    2.1.2 实验室耐候钢样的成分设计和冶炼工艺  31-35
      2.1.2.1 成分设计  31-32
      2.1.2.2 冶炼工艺与取样  32-35
  2.2 各项实验装置和方法  35-42
    2.2.1 稀土含量分析方法  35
    2.2.2 金相组织、夹杂物观察与分析  35
    2.2.3 力学性能实验  35-36
      2.2.3.1 拉伸实验  35-36
      2.2.3.2 冷弯实验  36
      2.2.3.3 冲击试验  36
    2.2.4 腐蚀性能试验  36-42
      2.2.4.1 实验室周浸加速腐蚀试验  36-37
      2.2.4.2 失重试验  37-38
      2.2.4.3 极化曲线的测定  38-40
      2.2.4.4 电化学交流阻抗谱的测定  40
      2.2.4.5 点蚀电位测试  40
      2.2.4.6 表面锈层形貌观察和断面锈层分析  40-41
      2.2.4.7 锈层相组成分析  41-42
第三章稀土对不同氧硫含量耐候钢中非金属夹杂物的影响  42-69
  3.1 研究过程中的选材  42-43
  3.2 稀土对高氧硫含量耐候钢中的非金属夹杂物的影响  43-45
  3.3 稀土对实验室冶炼的中氧硫含量和低氧硫含量耐候钢中的非金属夹杂物的影响  45-59
    3.3.1 稀土对10PCuRE钢中夹杂物种类和形态的影响  45-51
    3.3.2 稀土对10PCuRE钢中夹杂物尺寸分布的影响以及最佳稀土含量的确定  51-56
    3.3.3 稀土在10PCuRE钢中的赋存状态及回收规律  56-59
  3.4 实验室冶炼采用刚玉坩埚条件下稀土对耐候钢中的非金属夹杂物的影响  59-63
  3.5 稀土夹杂物生成的热力学分析  63-66
  3.6 本章小节  66-69
第四章稀土对10PCuRE耐候钢机械性能影响的研究  69-82
  4.1 稀土对钢拉伸性能的影响  69-75
  4.2 稀土对钢冲击性能的影响  75-79
  4.3 稀土对钢冷弯性能的影响  79-81
  4.4 本章小节  81-82
第五章稀土对Cu-P系耐候钢耐蚀性能的影响  82-131
  5.1 钢样的实验室加速腐蚀试验结果  82-85
    5.1.1 低硫组  82-83
    5.1.2 中硫组  83-85
  5.2 钢样的电化学表征  85-103
    5.2.1 低硫组试验稀土耐候钢的电化学结果  86-98
      5.2.1.1 阳极极化曲线  86-89
      5.2.1.2 线性极化曲线  89-91
      5.2.1.3 交流阻抗试验  91-98
    5.2.2 中硫组试验稀土耐候钢的电化学结果  98-103
      5.2.2.1 极化曲线  98-100
      5.2.2.2 交流阻抗结果  100-103
  5.3 钢样的锈层特征  103-122
    5.3.1 低硫组锈层特征  103-114
      5.3.1.1 表面锈层形貌和锈层中的合金元素分析  103-107
      5.3.1.2 锈层组成  107-114
    5.3.2 中硫组锈层特征  114-122
      5.3.2.1 试样断面锈层形貌和锈层中的合金元素分析  114-117
      5.3.2.2 锈层组成  117-122
  5.4 耐候钢中夹杂物对耐蚀性影响的讨论  122-126
  5.5 本试验条件下耐候钢表面锈层的形成过程机理  126-127
  5.6 稀土提高耐候钢耐蚀机理的总结性讨论  127-128
  5.7 小结  128-131
第六章结论  131-135
参考文献  135-140
致谢  140-141
在学研究成果  141-143
作者简介  143

Cu-P-RE耐候钢中稀土行为作用及机理的研究

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