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ah32船板钢强化、淬火热处理机制及其影响分析

AH32船板钢强化、淬火热处理机制及其影响分析

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作者：史春阳辽宁科技大学

学位级别：硕士

为符合海洋工程用钢设备减重、高安全性,节能减排的要求,须发展海洋工程用钢的高强度、高韧性、高塑性、高品质和高性能。本论文对比了TMCP态、完全淬火热处理后、亚温淬火热处理后和QLT亚温淬火热处理工艺后的ah32钢的显微组织与性能... 详细信息

为符合海洋工程用钢设备减重、高安全性,节能减排的要求,须发展海洋工程用钢的高强度、高韧性、高塑性、高品质和高性能。本论文对比了TMCP态、完全淬火热处理后、亚温淬火热处理后和QLT亚温淬火热处理工艺后的ah32钢的显微组织与性能差异以及回火屈氏体和铁素体含量与形态差异等,最终择出最佳的热处理工艺用于其性能的优化并为工程提供依据。选用JMat Pro热力学软件对TMCP态ah32钢析出相类型及其变化规律进行模拟计算:发现在600℃～1400℃温度区间内ah32钢中生成的平衡相主要有奥氏体、铁素体、渗碳体、M（C,N）等,其中以M（C,N）相形式存在的析出相主要有Ti C、VC和Mo C等;并通过软件模拟计算出CCT曲线。本论文在对添加Ti,Al等微合金元素的TMCP态ah32钢进行实验过程中,通过金相显微镜、扫描电子显微镜、维氏硬度计、冲击实验机等分析检测手段,研究了ah32钢热处理前后显微组织形貌与力学性能之间的关系;通过SEM、XRD、TEM、金相显微镜等对TMCP态ah32钢的强化机制进行研究。实验结果表明:（1）经计算TMCP态ah32船板钢强化机制中固溶强化机制、析出强化机制的贡献最大,分别为126.73 MPa和104.73 MPa。（2）亚温淬火及回火后实验钢中得到了一小部分细小且可塑性较高的残余铁素体,消除了TMCP态时的铁素体条带状组织,同时热处理后组织晶粒变得更细小,晶界表面积更大。在热处理过程中,既不会出现局部软化铁素体导致强度降低,又可促使有害元素（S、P等）沿着晶界均匀扩散,并降低晶界对有害元素的吸附量,进而改善韧性。在本组试样中820℃亚温淬火及450℃回火时具有同组最大的维氏硬度值和冲击功值,具有相对最优的综合性能。（3）QLT亚温淬火处理后,冲击功值离散度较小、性能稳定,经对比在900℃淬火及820℃亚温淬火再450℃回火时ah32钢的冲击功值A（0℃）平均达到160 J且硬度值达到250.6 HV5,表现出优良的强韧性。同时,经过QLT亚温淬火热处理后,ah32船板钢的微观结构得到了进一步的改善,铁素体、回火屈氏体的分布更为均匀。通过以上研究:在亚温淬火工艺中820℃亚温淬火及450℃回火方案具有较优冲击韧性,冲击功值与TMCP态相比降低但是硬度值明显增大;在QLT亚温淬火工艺中900℃淬火及820℃亚温淬火再450℃回火显微组织明显细化且与TMCP态相比冲击功值和硬度值同时增加。

关键词： ah32船板钢亚温淬火强化机制力学性能

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ah32船板钢强化及二次正火温度对组织及力学性能影响的机理

AH32船板钢强化及二次正火温度对组织及力学性能影响的机理

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作者：张琨辽宁科技大学

学位级别：硕士

在船舶制造以及海洋平台的建设中,ah32高强度船板钢起到了不可或缺的作用,其突出的强度、塑性、耐腐蚀性、冲击韧性以及良好的焊接性能使其被广泛应用在各种特种船舶的生产中。为了进一步提高ah32船板钢的强度与韧性,使其能够更好地服... 详细信息

在船舶制造以及海洋平台的建设中,ah32高强度船板钢起到了不可或缺的作用,其突出的强度、塑性、耐腐蚀性、冲击韧性以及良好的焊接性能使其被广泛应用在各种特种船舶的生产中。为了进一步提高ah32船板钢的强度与韧性,使其能够更好地服役于海洋平台以及特种船舶,本文探究了ah32船板钢的综合强化机理,同时通过研究不同的二次正火温度探究了其对ah32船板钢强度以及韧性的影响。为了研究ah32船板钢析出相的类型以及各个元素在析出相中的分布,本文利用JMat Pro热力学软件模拟了ah32船板钢的扎后冷却过程,绘制了相关相图,对析出相进行分析的同时佐以TEM检测验证热力学分析的合理性,通过热力学分析发现,ah32船板钢生成的平衡相主要由奥氏体、铁素体、渗碳体、M（C,N）相以及MC相组成。为了研究ah32船板钢的微观组织及其强化机理,本文对ah32船板钢进行了金相观察、SEM观察、XRD分析以及TEM分析,在对ah32船板钢进行微观组织观察分析的同时结合四种强化机制的强度贡献公式对ah32船板钢进行了强化机理的分析,修正了计算屈服强度的公式,经过验证,修正结果具有实际意义。为了研究不同二次正火温度对ah32船板钢微观组织以及力学性能的影响,本文设计了六种热处理方案,在保证正火时间与一次正火温度一致的情况下,通过调整二次正火的温度,探究提升ah32船板钢力学性能的最佳二次正火温度区间。对热处理后的试样用金相显微镜观察后,利用Nano-measurer软件对晶粒尺寸进行测量,同时利用维氏硬度计进行硬度的测量,发现当二次正火温度为870℃时,试样的晶粒尺寸与其他试样相比最细小,平均粒径达到了3.4μm,硬度与其他试样相比最大,平均硬度为164.3 HV。同时,为了探究二次正火温度对ah32船板钢韧性的影响,将热处理后的试样制成冲击试样进行温度环境为0℃的冲击实验,并且对冲击实验得到的断口进行SEM观察与EDS能谱分析,发现当二次正火温度为870℃时,ah32船板钢的冲击功最大,平均冲击功达到了141 J,夹杂物与其他试样相比较少。综上所述,当二次正火温度为870℃时对ah32船板钢的力学性能的提升最为明显。

关键词： ah32船板钢微观组织强化机理二次正火力学性能

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微生物对ah32钢表面涂层局部腐蚀行为影响研究

微生物对AH32钢表面涂层局部腐蚀行为影响研究

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作者：韦庆朕辽宁科技大学

学位级别：硕士

船板钢作为一种海洋工程用钢,具有高强度、高硬度、良好的焊接性以及优异的抗应变性能等优点而在海洋领域有着广泛的应用。然而,船板钢耐蚀性能较差,在服役过程中极易受到海水及微生物的浸蚀而引发局部腐蚀导致失效。这大大限制了海洋... 详细信息

船板钢作为一种海洋工程用钢,具有高强度、高硬度、良好的焊接性以及优异的抗应变性能等优点而在海洋领域有着广泛的应用。然而,船板钢耐蚀性能较差,在服役过程中极易受到海水及微生物的浸蚀而引发局部腐蚀导致失效。这大大限制了海洋工程用钢的使用寿命和安全性,制约了其在海洋环境中的应用。因此,提高船板钢的耐腐蚀性能和防污性能具有重大意义。表面改性是改善金属材料耐蚀及防污性能的有效途径。其中,等离子体增强化学气相沉积(PECVD)技术,是表面改性的主要手段之一。利用PECVD技术,在材料表面制备类金刚石(DLC)非晶薄膜,不仅可以提高材料表面的耐蚀性能,而且还能够提高表面的疏水性能,抑制海洋中微生物的吸附,从根本上解海洋用材料的局部腐蚀问题,对提高材料在海洋环境下的服役寿命意义重大。因此,本文利用PECVD技术,在ah32海洋用钢表面制备不同成分的DLC薄膜(纯DLC、F-DLC及Si-DLC)。利用原子力显微镜和扫描电镜观察不同DLC薄膜及腐蚀产物的微观组织及形貌;利用拉曼光谱和红外光谱,对不同DLC薄膜的微观结构进行表征;利用划痕仪对不同薄膜与基体的结合强度进行检测;利用电化学工作站,对不同DLC薄膜的电化学腐蚀行为进行研究;此外,还利用电极分离装置来模拟缝隙腐蚀过程,对ah32钢和DLC薄膜的缝隙腐蚀行为进行研究;通过利用磁力搅拌器模拟动态水环境,对Si-DLC薄膜在动态微藻溶液环境中的腐蚀行为进行了探究。并分析讨论了F及Si的掺杂,对DLC薄膜疏水及耐蚀性能的影响机制。论文取得的主要结论如下:研究了DLC薄膜的缝隙腐蚀行为与机理。结果表明,缝隙深度影响着缝隙内溶解氧(DO)浓度的变化,当缝隙深度为1～3mm时,缝隙内DO浓度急剧下降。当深度大于3mm时,DO下降速率趋于平缓,缝隙最深处DO浓度近乎为0。缝隙腐蚀的过程中,ah32钢与薄膜之间的缝隙孕育阶段的极化电阻在0.8kΩ·cm左右,而当缝隙腐蚀进入发展阶段,其极化电阻快速下降到0.15kΩ·cm左右,腐蚀速率显著加快。研究了掺F量对DLC薄膜疏水及耐蚀性能的影响。结果表明,F的掺入对DLC薄膜的表面形貌、微观结构、疏水性及耐蚀性有显著影响。随着掺F量的增加,即R(CF/(CF+CH))在0～0.3之间,薄膜的粗糙度从1.1nm降低到0.45nm,并且CF键疏水基团增多,表面能降低到33.85m N/m。薄膜的疏水性能得到提升,抑制了微生物的吸附,从而提高了其耐腐蚀性能。薄膜的自腐蚀电位从-0.6409V升高到-0.5117V,电流密度从7.35×10A·cm降到5.36×10A·cm。然而,过量的F掺入,即R=0.5,会使CF疏水基团减少,降低薄膜的疏水性能,产生更多缺陷,从而使薄膜的耐腐蚀性下降。研究了Si对DLC薄膜在动态微藻溶液环境中的耐蚀性能及薄膜耐久性能的影响。结果表明,Si的掺入能够有效提高薄膜与基体的结合力,随着Si含量的增加,薄膜的I/I降低,sp键变多,sp键变少,降低了薄膜的电子传输能力,耐蚀性得到提升。掺Si量过多时,会导致大量的H原子被引入DLC薄膜,造成纳米孔等缺陷。Si-DLC薄膜在动态水环境中,由于冲刷作用和DO的增加,导致薄膜在20天浸泡后产生较多裂纹而引发薄膜的失效。然而,在静态环境下,薄膜表面的腐蚀产物分布均匀,对薄膜起到一定的保护作用,薄膜耐久性能较好。

关键词： ah32船板钢掺杂类金刚石薄膜微生物腐蚀缝隙腐蚀薄膜失效机制

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