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奧氏體不銹鋼/低碳鋼爆炸復(fù)合板由于其高強(qiáng)度、高耐蝕性和價格相對低廉的優(yōu)勢，廣泛應(yīng)用于壓力容器行業(yè)。

而壓力容器運(yùn)行過程中，腐蝕是影響其結(jié)構(gòu)失效常見的原因之一。

鈦/鋁爆炸復(fù)合板在人工海水溶液中腐蝕試驗(yàn)，由于結(jié)合界面處產(chǎn)生了局部熔融物和爆炸焊接殘余應(yīng)力，腐蝕主要集中在母材和結(jié)合界面處，但可以滿足工業(yè)生產(chǎn)對復(fù)合板的耐腐蝕性能要求。

Q235鋼-鋁合金爆炸復(fù)合接頭組織發(fā)生強(qiáng)烈的塑性變形和熔化，組織和性能的不均勻性使腐蝕情況更為嚴(yán)重，在3.5%NaCl溶液中發(fā)生了電偶腐蝕和晶間腐蝕。

鋁-鋼和鋁-鈦-鋼爆炸復(fù)合材料發(fā)生電偶腐蝕，且在鋁-鈦之間形成腐蝕溝槽。

但是，爆炸復(fù)合板結(jié)合界面耐蝕性的影響機(jī)理研究尚不深入。

以304/Q245R爆炸復(fù)合為研究對象，對復(fù)合板結(jié)合界面組織的不均勻性及其耐蝕性進(jìn)行分析，根據(jù)電化學(xué)腐蝕試驗(yàn)數(shù)據(jù)，研究復(fù)合板結(jié)合界面耐蝕性的影響機(jī)理。

1、實(shí)驗(yàn)材料及方法

1.1、實(shí)驗(yàn)材料。

304/Q245R爆炸復(fù)合板，復(fù)材304厚度為3mm，基材Q245R厚度為20mm，將基板和復(fù)板結(jié)合的形變區(qū)域稱為結(jié)合界面。

出廠前，該復(fù)合板進(jìn)行消應(yīng)力退火處理，加熱溫度(630±10)℃，保溫時間為1h，空冷。

1.2、試驗(yàn)方法

垂直于復(fù)合板表面取樣，并沿平行于爆炸方向制樣，確保觀察面平行于爆炸方向。

試件經(jīng)打磨、拋光，基板側(cè)腐蝕液為4%的硝酸酒精，復(fù)板側(cè)為王水。應(yīng)用德國蔡司Axiovert200MAT金相顯微鏡，對制得的試件結(jié)合界面形貌進(jìn)行分析，并應(yīng)用顯微鏡中自帶軟件對波形結(jié)合界面寬度進(jìn)行測量。

應(yīng)用日本日立S-4800掃描電鏡(EDS)，對爆炸復(fù)合板不同結(jié)合方式的界面內(nèi)元素是否發(fā)生擴(kuò)散進(jìn)行線掃描分析。

采用CHI660E型電化學(xué)工作站，常規(guī)的三電極系統(tǒng)，參比電極為飽和的甘汞電極，輔助電極為鉑電極，電解介質(zhì)為質(zhì)量分?jǐn)?shù)3.5%NaCl水溶液，室溫。

對爆炸復(fù)合板基板、復(fù)板和結(jié)合界面拋光后進(jìn)行電化學(xué)腐蝕試驗(yàn)，依據(jù)復(fù)合板Tafel極化曲線和電化學(xué)阻抗譜(electrochemicalimpedancespectroscopy，EIS)的Nyquist圖研究其電化學(xué)腐蝕規(guī)律。

2、驗(yàn)結(jié)果及分析

2.1、復(fù)合板結(jié)合界面形貌

復(fù)合板在爆轟波的作用下，基板和復(fù)板結(jié)合界面附近產(chǎn)生較大的塑性變形，晶粒平行于爆炸方向被拉長。

越靠近基材表面，塑性變形程度越嚴(yán)重。

消應(yīng)力退火處理消除了復(fù)合板宏觀范圍的內(nèi)應(yīng)力，也改變了結(jié)合界面附近組織結(jié)構(gòu)及性能。

基板與復(fù)板以波形結(jié)合，波長約為900μm，波高約為250μm。

基板和復(fù)板結(jié)合界面均發(fā)生較大塑性變形，距離基板和復(fù)板界面越近，形變程度越大，退火處理時，回復(fù)再結(jié)晶越容易發(fā)生。

緊挨基板和復(fù)板界面處，基材側(cè)細(xì)小的等軸晶粒出現(xiàn)，為退火再結(jié)晶組織，其寬度為20μm左右。

基材側(cè)變形區(qū)寬度約為150μm。

可以看出，復(fù)合板結(jié)合界面為直接結(jié)合和熔化層結(jié)合兩種結(jié)合方式，且熔化層內(nèi)部存在漩渦組織。

對漩渦組織進(jìn)一步放大，其漩渦組織內(nèi)部存在大量縮松、夾雜和未熔合等類似于鑄造組織的缺陷，且組織不連續(xù)。

2.2、爆炸復(fù)合板結(jié)合界面成分掃描

退火態(tài)復(fù)合板結(jié)合界面EDS線掃描圖譜，基板和復(fù)板界面處Fe、Cr和Ni三種元素含量發(fā)生較大變化，可以看出，界面處出現(xiàn)寬度為5μm左右擴(kuò)散區(qū)。

這主要是因?yàn)樵搮^(qū)域爆炸復(fù)合板為金屬間的直接結(jié)合，在巨大的壓力作用下，發(fā)生不同材料間的原子結(jié)合，固態(tài)下原子擴(kuò)散系數(shù)相對較小，元素的擴(kuò)散距離很短，擴(kuò)散量有限，元素來不及發(fā)生長距離擴(kuò)散。

結(jié)合界面線掃描分析可知，該區(qū)域Fe、Cr和Ni元素含量介于復(fù)板304奧氏體不銹鋼和基板Q245R之間，是由于爆炸焊接過程中，瞬間高溫高壓使基板和復(fù)板部分組織熔化，混合后形成的凝固組織，界面為熔化層結(jié)合，其內(nèi)部殘存著少量破碎的金屬。

線掃描分析，卷入熔化層破碎的金屬碎屑各元素含量與基材相同，可知，破碎金屬為基材Q245R鐵素體組織;在界面處，Cr和Ni元素?cái)U(kuò)散現(xiàn)象不明顯，但Fe可以看出發(fā)生明顯的擴(kuò)散現(xiàn)象，由于其過程發(fā)生在微秒級別，并不能發(fā)生元素的長距離擴(kuò)散。

由以上分析可知，在同一個波形內(nèi)，存在著直接結(jié)合和熔化層結(jié)合兩種結(jié)合方式，且界面均發(fā)生元素?cái)U(kuò)散現(xiàn)象，擴(kuò)散距離較短，擴(kuò)散層厚度大約在幾個微米范圍之內(nèi)。

2.3、電化學(xué)腐蝕

電化學(xué)腐蝕理論中，同種電解質(zhì)的Tafel極化曲線，不同材料的自腐蝕電位反映了其耐腐蝕的程度，自腐蝕電位越高，表明材料在電解質(zhì)溶液中耐腐蝕性能越好，腐蝕越不容易發(fā)生;自腐蝕電流表明材料抗腐蝕的能力，自腐蝕電流越小，材料抗耐腐蝕能力越強(qiáng)，腐蝕速率較慢，金屬材料的耐腐蝕性能越強(qiáng)。

爆炸復(fù)合板不同界面動電位極化曲線，測試結(jié)果表明，復(fù)板304不銹鋼在電化學(xué)曲線出現(xiàn)一定的平臺，表明在腐蝕過程中具有一定的鈍性;而304不銹鋼極化曲線中的拐點(diǎn)所對應(yīng)的電位為不銹鋼的點(diǎn)蝕電位，點(diǎn)蝕電位越高，鈍化時間越長，耐腐蝕性能越好。

點(diǎn)蝕是由于不銹鋼的鈍化膜在Cl的作用下被擊穿，進(jìn)而發(fā)生不銹鋼表面的局部腐蝕。

對三種界面極化曲線分析，304不銹鋼的自腐蝕電位高而自腐蝕電流低。

可知，304不銹鋼其耐腐蝕性能好。而結(jié)合界面和Q245R的極化曲線相差不大。

試驗(yàn)過程中測得的爆炸復(fù)合板304/Q245R不同界面的自腐蝕電位和自腐蝕電流。

結(jié)合界面耐腐蝕性能略高于Q245R側(cè)，但顯著低于304不銹鋼側(cè)，表明結(jié)合界面組織的不均勻性促進(jìn)了電化學(xué)腐蝕傾向，爆炸復(fù)合板結(jié)合界面存在漩渦組織，其漩渦組織內(nèi)部的縮松、夾雜和未熔合等類似于鑄造組織的缺陷和復(fù)合板形變組織中的位錯等缺陷使電化學(xué)腐蝕更容易進(jìn)行，但由于漩渦組織較小，對結(jié)合界面整體腐蝕性能影響較小。

而基板和復(fù)板結(jié)合界面存在細(xì)小的退火再結(jié)晶等軸晶粒和大變形退火回復(fù)組織，降低了電化學(xué)腐蝕速率，抑制了結(jié)合界面的電化學(xué)腐蝕反應(yīng)。

綜上，爆炸復(fù)合板結(jié)合界面的組織的不均勻性與漩渦內(nèi)組織缺陷存在的綜合作用，使結(jié)合界面的耐蝕性高于基板Q245R，表明結(jié)合界面的耐腐蝕性能符合工程實(shí)際中的應(yīng)用。

(1)、爆炸復(fù)合板以波形結(jié)合，波長900μm，波高250μm，基材側(cè)結(jié)合界面存在退火再結(jié)晶細(xì)小等軸晶粒，再結(jié)晶區(qū)域?qū)挾?span>20μm，殘余形變組織150μm左右。

(2)、爆炸復(fù)合板結(jié)合界面為直接結(jié)合和熔化層結(jié)合兩種結(jié)合方式，兩種結(jié)合方式均發(fā)生元素?cái)U(kuò)散現(xiàn)象，擴(kuò)散距離小于5μm，熔化層中卷入的金屬碎屑為基材Q245R組織。

(3)、爆炸焊接復(fù)合板結(jié)合界面組織的不均勻抑制了腐蝕進(jìn)行，耐蝕性高于Q245側(cè)，符合工程實(shí)際使用要求。

鍋爐容器卷板         Q245R      9.5   1500         C       28.96 噸 安陽         邯寶

鍋爐容器卷板         Q245R      7.75 1500         C       85.69 噸 安陽         邯寶

鍋爐容器卷板         Q245R      7.5   1500         C       28.44 噸 安陽         邯寶

鍋爐容器卷板         Q245R      5.75 1500         C       27.56 噸 安陽         邯寶

鍋爐容器卷板         Q245R      5.5   1500         C       28.5 噸             安陽         邯寶

鍋爐容器卷板         Q245R      4.75 1500         C       100.96 噸        安陽         邯寶

鍋爐容器卷板         Q245R      4.5   1500         C       28.63 噸 安陽         邯寶

鍋爐容器卷板         Q245R      4       1500         C       42.36 噸 安陽         邯寶

鍋爐容器卷板         Q245R      3.75 1500         C       72.03 噸 安陽         邯寶

鍋爐容器卷板         Q245R      11.75        1500         C       57.97 噸 安陽         邯寶

鍋爐容器卷板         Q245R      11.5 1500         C       71.61 噸 安陽         邯寶

鍋爐容器卷板         Q245R      15.75        1500         C       75.524 噸        安陽         邯寶