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18 材料工程/2014年4期 弹簧钢热处理前后显微组织对 抗腐蚀性能的影响 EffectofMicrostructureonCorrosionResistanceof SpringSteelsBeforeandAfterHeatTreatment 田俊,薛顺,吴铖川,成国光,周国治,王文虎,盛 伟 (1北京科技大学钢铁冶金新技术国家重点实验室,北京100083; 2南车戚墅堰机车车辆工艺研究所有限公司,江苏常州213011) — — TIANJun,XUEShun,WUChengchuan,CHENGGuoguang, — — ZHOUGnozhi,WANGWenhu,SHENGWei (1StateKeyLaboratoryofAdvancedMetallurgy,UniversityofScience andTechnologyBeijing,Beijing100083,China;2CSRQISHUYAN Locomotive&RollingStockTechnologyResearchInstitute Co.,Ltd.,Changzhou213011,Jiangsu,China) 摘要:对不同成分弹簧钢热处理前后的试样进行盐雾腐蚀实验,测定试样的极化曲线,采用扫描电镜(SEM)、能谱仪 (EDS)和x射线衍射(XRD)分析腐蚀产物的形貌及成分,研究热处理前后弹簧钢显微组织对其抗腐蚀性能的影响。结 果表明:弹簧钢热处理前后的显微组织对其抗腐蚀性能有重要影响,尤其是钢的初期腐蚀行为。弹簧钢在NaC1水溶液 中的腐蚀产物主要为13-FeOOH。珠光体+铁素体(少量)组织的钢与屈氏体组织的钢相比,腐蚀电位较高,腐蚀电流密 度较大,初期的腐蚀速率较快,但是随着腐蚀时间的延长,前者的抗腐蚀性能要好于后者。这主要是由于珠光体组织 中的Fe。C有锚固锈层的作用,使锈层致密不容易脱落,从而能在一定程度上阻碍腐蚀介质和Oz与铁基体接触发生腐 蚀反应。 关键词:弹簧钢;腐蚀;显微组织;热处理— doi:10.3969/j.issn.10014381。2014.04。004 中图分类号:TG172.5 文献标识码:A ——— 文章编号:10014381(2014)04001808 — Abstract:Thesaltspraytestswereconductedfordifferentcompositionspringsteelspecimensbefore andafterheattreatment,andpolarizationcurveofthosespecimensweremeasured.Morphologiesand compositionofscaleonthesurfaceofspecimenswereanalyzedbyscanningelectronmicroscope — (SEM),energydispersespectroscope(EDS)andXraydiffraction(XRD).Theeffectofdifferent microstructureoncorrosionresistanceofspringsteelsbeforeandafterheattreatmentwasstudied. Theresultsshowthatthemicrostructurebeforeandafterheattreatmentofspringsteelshasanimpact ontheircorrosionresistance,particularlyintheearlystagesofcorrosion.Corrosionproductsof — springsteelsinNaC1aqueoussolutionmainlyarepFeOOH.Pearlite4-ferritesteelhashigher corrosionpotential,biggercorrosioncurrentdensityandfastercorrosionratethantemperedtroostite ’ stee1.Butcorrosionresistanceoftheformerisbetterthanthe1atterSovertime.Thereasonofwhich istheanchorfunctionOfcementiteforscale,thecementitemayhelpanchorthescaleonthesurface0f ’ springstee1.Sothescale,corrodingmediumandoxygencantcontactwithferrousmatrix. Keywords:springsteel;corrosion;microstructure;heattreatment 耐大气腐蚀性能是钢铁材料性能的重要指标之一, 由腐蚀所形成的腐蚀坑会成为钢材疲劳失效的 裂纹源,强度越高,对裂纹越敏感 。研究表明: 随着钢材强度的增加,由腐蚀造成的疲劳破坏几 增大。近年来,随着高强度弹簧钢的发展以及地 环境的恶化,提高弹簧钢的抗腐蚀性能变得越来 弹簧钢热处理前后显微组织对抗腐蚀性能的影响 19 重要。 关于钢的耐腐蚀性能及钢中合金元素对抗腐蚀性 能的影响已有大量研究 ,而关于钢组织对其腐蚀 性能影响的研究报道较少口。赵明纯等_l。在研究显 微组织对管线钢硫化物应力腐蚀的影响时指出,针状 铁素体组织抗硫化物应力腐蚀性能最好,超细铁素体 组织次之,铁素体+珠光体组织最差。李琳等[13]报 道,桥梁钢回火索氏体组织的耐海水腐蚀性能要好于 粒状贝氏体组织,这主要是由于前者锈层中a-FeOOH 含量高于后者。胡丽华等_1]在研究Cr含量和组织对 管线钢焊接接头抗CO腐蚀性能影响时指出,抗CO。 腐蚀性能起主要作用的是Cr含量而非组织。XUL. 等_1认为贝氏体/马氏体双向高强钢的抗腐蚀性能好 于马氏体高强钢。然而,目前关于弹簧钢组织对其耐 腐蚀性能影响的报道较少。 本工作设计了几种不同成分的弹簧钢并对其进行 热处理,对热处理前后的试样进行盐雾腐蚀实验,检测 了试样的腐蚀电位及腐蚀电流,采用XRD、扫描电镜 (sEM)及能谱仪(EDS)对腐蚀产物的形貌及其成分 进行分析,研究了热处理前后弹簧钢显微组织对其抗 腐蚀性能的影响。 1实验方法 设计4种不同成分的弹簧钢,用10kg真空感应炉 熔炼,浇注成钢锭,然后锻造成直径为16mm的圆棒 ≥ ≥ (始锻温度l150 ̄C,终锻温度850 ̄C)。在棒材上取 样分析其化学成分,其结果如表1所示。 表1实验钢化学成分(质量分数/%) No C Si Mn P S Cr V Ti Cu RE 0.60 0.49 0.47 O.47 0.20 0.20 0.21 0.20 0.22 0.0017 0.21 0.0025 0.22 0.0043 ℃ ℃ 试样的热处理方法:860油淬,450回火。将热 处理前后的试样依次经150,240,400,600,800砂纸 研磨后在盐雾箱内进行加速腐蚀实验。盐雾实验按照— GB/T1O1251997《人造气氛腐蚀试验盐雾实验》标 准进行,盐雾采用pH为7.0左右的5NaC1(质量分 ℃ 数,下同)水溶液。实验温度为(35土0.5)。总的实 验时间为8周期,每周期为8h。 测定极化曲线的试样尺寸为10mm× 10mm× 10mm,依次经150,240,400,600,800砂纸研磨后在 5NaC1水溶液中测定其极化曲线。辅助电极采用铂 电极,参比电极为饱和甘汞电极(SCE),动电位扫描速 率为20mY/min。 2实验结果及分析 2.1显微组织 锻造后钢的显微组织如图1所示。可知,各试样 的组织主要都是珠光体+铁素体(少量)。试样经热处 ℃ 理后的显微组织如图2所示,经淬火(860油淬)+回℃ 火(450)处理后试样组织为回火屈氏体。 2.2盐雾实验 2.2.1试样腐蚀前后形貌 腐蚀试样尺寸为15mm× 25mm。试样经砂纸打 磨后将非检测面用胶封好,仅使检测面与盐雾接触发 生腐蚀。经观察,盐雾实验进行30min后,试样表面 开始出现锈斑,热处理前试样表面主要呈现局部腐蚀 形貌(图3(a)),而热处理后试样表面主要是比较均匀 的点蚀(图3(b))。从外观上来看,此时热处理前试样 腐蚀较快。随着盐雾实验的进行,局部腐蚀逐渐扩大。 图4为热处理前后盐雾实验进行8h后的表面腐蚀形 貌。可以看出,所有试样表面基本被锈层所覆盖,从外 观来看,热处理前试样表面锈层成块状,较致密,与基 体结合紧密(图4(a));热处理后试样表面锈层较松散 (图4(b))。图5为试样表面锈层在扫描电镜下的形 貌,可知,热处理前试样表面锈层较热处理后试样的表 面锈层致密。 2.2.2腐蚀产物成分 对进行8h腐蚀实验后的带锈试样表面进行XRD 分析,其结果如图6所示。热处理前后试样表面腐蚀 — 产物主要是GFeOOH。在C1一较丰富的环境中,铁盐 — — 溶液容易形成FeOOH,FeOOH结构中阴离子按 体心立方密度堆积排列,当排列在空穴中的C1被完 全去除时,J 3一FeOOH才会转化成a-FeOOH或— dFeOI¨ ]。∞ 卯∞ ∞ ∞ ∞ O O O O 弹簧钢热处理前后显微组织对抗腐蚀性能的影响 25 — EJ].材料工程,2011,(1):6871. 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