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氮对含铈高强度海洋平台用钢组织及性能的影响

2020-12-08阅读(558)

氮对含铈高强度海洋平台用钢组织及性能的影响

论文摘要

世界各国海洋资源的开发正由浅海逐步向深海海域迈进。对海洋平台用钢的综合性能提出了更高的要求。大量研究表明,氮在钢中起析出强化,稀土在钢中起细化晶粒和净化钢液作用,可以提高钢的各项力学性能和改善钢的抗腐蚀性能。本实验通过向高强度海洋平台用钢中复合添加N和Ce,利用稀土的细晶强化作用和氮的析出强化作用来获得更好的强化效果,使海洋平台用钢的力学和耐腐蚀性能有所改善。利用Thermo-Calc软件对含氮含量为0.027%的实验钢在0℃1600℃温度范围内存在的平衡析出相进行计算。使用Axiovert25型金相显微镜对实验钢的组织进行观察,利用扫描电镜及能谱分析仪观察并分析实验钢析出物的形貌及其组成,分析氮对实验钢的析出相的影响。利用维氏硬度计、电子万能试验机、冲击试验机等对实验钢的力学性能进行测试并分析氮对实验钢力学性能影响,通过周期腐蚀失重实验、电化学实验研究氮和稀土的加入对实验钢的腐蚀性能的影响。实验结果表明:经过Thermo-Calc对含氮实验钢实验钢平衡析出相计算,在500℃700℃平衡析出相有主要为Nb（C,N）、V（C,N）、VN、NbN和Cr23C6。同时对氮含量为0.027%的实验钢进行不同温度的回火处理,发现回火温度在640℃时可以获得均匀的索氏体和多边形铁素体组织,从而得到了较好的综合机械性能。回火处理后的实验钢的组织随着氮的加入,使得实验钢的组织细小而均匀,这时氮起到细化晶粒的作用。随着氮含量的增加,实验钢析出相逐渐在增加,并发现碳氮化物和CeO结合在一起沿晶界析出,且氮含量为0.027%的实验钢有大量Nb（C,N）以小球状弥散分布在铁素体基体上,实验钢中并没有发现氮化物及Cr23C6的形成。经过对实验钢力学性能进行测试,发现随着N含量的增加,其强度和韧性逐渐增大。当氮含量为0.027%时,其强度和韧性最好,这时氮在钢中起到析出强化的作用,稀土Ce在钢中起到促进析出强化的作用。经过对实验钢腐蚀性能的测试,发现添加N和Ce后的实验钢的抗腐蚀性明显得到了改善,对实验钢锈层进行物相分析,其锈层主要由Fe（OH）2、γ-FeOOH、α-FeOOH和Fe3O4组成,其中α-FeOOH可有效阻碍腐蚀介质的传质,对钢基体起到保护作用。加入氮和稀土对实验钢锈层组成没有影响,通过使组织晶粒细化来提高钢的腐蚀性能。

论文目录

  • 摘要
  • Abstract
  • 引言
  • 1 文献综述
  •   1.1 海洋工程用钢概述
  •     1.1.1 海洋工程用钢
  •     1.1.2 国内海洋工程用钢现状
  •   1.2 海洋平台用钢简介
  •     1.2.1 海洋平台的种类
  •     1.2.2 国内外海洋平台用钢的发展现状
  •     1.2.3 我国海洋平台用钢的发展趋势
  •     1.2.4 海洋平台用钢的性能要求
  •   1.3 高强度海洋平台用钢成分设计及合金作用
  •     1.3.1 高强度海洋平台用钢成分设计思路
  •     1.3.2 合金元素在钢中的存在形式
  •     1.3.3 合金元素在钢中作用
  •   1.4 氮对钢性能的影响
  •     1.4.1 含氮钢的冶炼
  •     1.4.2 含氮钢的力学性能
  •     1.4.3 含氮钢的腐蚀性能
  •   1.5 选题的意义
  • 2 研究方案及进度安排
  •   2.1 实验内容
  •   2.2
  •     2.2.1 实验钢成分的设计
  •     2.2.2 实验钢的配料计算
  •   2.3 实验钢的冶炼
  •     2.3.1 冶炼步骤
  •     2.3.2 实验钢的锻造和热处理
  •   2.4 实验钢成分测定和微观组织观察
  •     2.4.1 实验钢成分测定
  •     2.4.2 微观组织观察
  •     2.4.3 力学性能的测试
  •     2.4.4 模拟海水溶液腐蚀试验
  • 3.实验钢的热力学计算及回火温度对实验钢的影响
  •   3.1 海洋平台用钢的平衡析出相
  •   3.2 回火温度对3#实验钢组织及性能的影响
  •     3.2.1 回火温度对3#实验钢组织的影响
  •     3.2.2 回火温度对3#实验钢力学性能的影响
  •   3.3 本章小结
  • 4 N对含Ce高强度海洋平台用钢组织及的析出相影响
  •   4.1 N对含Ce高强度海洋平台用钢组织的影响
  •   4.2 N对含Ce高强度海洋平台用钢析出相的影响
  •   4.3 本章小结
  • 5 N对含Ce高强度海洋平台用钢性能的影响
  •   5.1 N对含Ce高强度海洋平台用钢力学性能的影响
  •     5.1.1 实验钢的硬度
  •     5.1.2 实验钢的击吸性能
  •     5.1.3 实验钢的击吸性能
  •     5.1.4 N在实验钢中强化机理
  •   5.2 N对含C海洋平台用钢耐腐蚀性能的影响
  •     5.2.1 周期浸泡失重实验结果分析
  •     5.2.2 电化学实验结果分析
  •   5.3 本章小结
  • 结论
  • 参考文献
  • 在学研究成果
  • 致谢

    • 文章来源

    类型: 硕士论文

    作者: 张泽宁

    导师: 杨吉春,富晓阳

    关键词: 海洋平台用钢,组织,析出相,力学性能,耐腐蚀性能

    来源: 内蒙古科技大学

    年度: 2019

    分类: 基础科学,工程科技Ⅰ辑

    专业: 海洋学,金属学及金属工艺

    单位: 内蒙古科技大学

    分类号: P75;TG142.1

    DOI: 10.27724/d.cnki.gnmgk.2019.000513

    总页数: 61

    文件大小: 5842K

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