深冷處理對(duì)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(qiáng)的介質(zhì)。在海水環(huán)境中，腐蝕會(huì)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(huì)導(dǎo)致材料的力學(xué)性能損失(如強(qiáng)度、延展性和沖擊強(qiáng)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(jì)意義。環(huán)境腐蝕因素也很大；根據(jù)海洋烴釋放量統(tǒng)計(jì)和分析報(bào)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(jī)械設(shè)備的降解。同時(shí)每年因?yàn)楦g而造成的生產(chǎn)事故也是人們關(guān)注的熱點(diǎn)。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(duì)材料腐蝕性能的研究，對(duì)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(jī)械制造行業(yè)最常見的加工方法之一，通過對(duì)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(duì)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(qiáng)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(duì)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(duì)深冷處理效果的驗(yàn)證試驗(yàn)，對(duì)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(duì)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(cè)試、金相組織以及力學(xué)性能準(zhǔn)靜態(tài)拉伸等實(shí)驗(yàn)對(duì)材料的力學(xué)性能進(jìn)行表征，探究深冷處理對(duì)兩種不銹鋼材料力學(xué)性能的影響，同時(shí)通過電化學(xué)腐蝕性能測(cè)試探究深冷處理對(duì)材料電化學(xué)腐蝕性能的影響，通過摩擦磨損實(shí)驗(yàn)探究深冷處理對(duì)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(shí)驗(yàn)、彈性模量的測(cè)定等實(shí)驗(yàn)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(cè)試，對(duì)材料的電化學(xué)阻抗圖譜、極化曲線進(jìn)行分析，對(duì)腐蝕形貌進(jìn)行對(duì)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(shí)驗(yàn)，比較摩擦系數(shù)、失重量，觀察磨痕形貌，探究深冷處理對(duì)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(duì)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(cè)試、金相組織以及力學(xué)性能準(zhǔn)靜態(tài)拉伸等實(shí)驗(yàn)對(duì)材料的力學(xué)性能進(jìn)行表征，探究了深冷處理對(duì)兩種不銹鋼材料力學(xué)性能的影響，同時(shí)通過電化學(xué)腐蝕性能測(cè)試探究深冷處理對(duì)材料電化學(xué)腐蝕性能的影響，通過摩擦磨損實(shí)驗(yàn)研究了深冷處理對(duì)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(duì)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(duì)材料的力學(xué)性能，如屈服強(qiáng)度、抗拉強(qiáng)度得到了明顯的提高。對(duì)材料的彈性模量均沒有明顯影響。

 2. 深冷處理對(duì)2205雙相不銹鋼管原始材料的顯微硬度值影響不大，對(duì)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(qiáng)度和屈服強(qiáng)度得到了明顯的提升。對(duì)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(duì)比發(fā)現(xiàn)自腐蝕電位均向負(fù)方向移動(dòng)，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(duì)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(dòng)，自腐蝕電流密度減小，同時(shí)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(shí)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(duì)于2205雙相不銹鋼管原始材料的摩擦磨損性能變化不大。對(duì)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(shí)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。