氮合金化堆焊硬面合金的耐腐蚀性能研究.pdf

第４３卷２０１５年５月第５期—第３３３７页材Ｊｏｕｒｎａｌｏｆ料工Ｍａｔｅｒｉａｌｓ程ＥｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇＶｏ１．４３Ｎｏ．５—Ｍａｙ２０１５ＰＰ．３３３７氮合金化堆焊硬面合金的耐腐蚀性能研究—ＣｏｒｒｏｓｉｏｎＲｅｓｉｓｔａｎｃｅｏｆＮｉｔｒｏｇｅｎａｌｌｏｙｉｎｇＨａｒｄｆａｃｉｎｇＡｌｌｏｙ杨可，杨克，包晔峰（河海大学机电工程学院，江苏常州２１３０２２）—ＹＡＮＧＫｅ，ＹＡＮＧＫｅ，ＢＡＯＹｅｆｅｎｇ（ＣｏｌｌｅｇｅｏｆＭｅｃｈａｎｉｃａｌａｎｄＥｌｅｃｔｒｉｃａｌＥｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ，ＨｏｈａｉＵｎｉｖｅｒｓｉｔｙ，Ｃｈａｎｇｚｈｏｕ２１３０２２，Ｊｉａｎｇｓｕ，Ｃｈｉｎａ）摘要：在马氏体不锈钢中加入氮合金，并通过铌、钒、钛固氮形成氮合金化堆焊硬面合金，进行了电化学腐蚀和化学侵蚀实验，研究了硬面合金的耐腐蚀性能。结果表明：堆焊硬面合金的氮合金化，抑制了铬的碳化物的析出，有效增强了钝化膜的稳定性，使硬面合金的自腐蚀电位从～３４５ｍＶ提高到～２６４ｍＶ，增强了堆焊硬面合金抗电化学腐蚀性能；氮合金化堆焊硬面合金均匀细小的组织形态，使得在ＦｅＣＩ。溶液中发生点蚀的蚀坑小且分散，提高了硬面合金的耐腐蚀性能。关键词：氮合金化；马氏体不锈钢；硬面合金；耐腐蚀性能—ｄｏｉ：１０．１１８６８／ｊ．ｉｓｓｎ．１００１４３８１．２０１５．０５．００６中图分类号：ＴＧ４４２文献标识码：Ａ———文章编号：１００１４３８１（２０１５）０５００３３０５—Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ｔｈｅｎｉｔｒｏｇｅｎａｌｌｏｙｉｎｇｈａｒｄｆａｃｉｎｇａｌｌｏｙｏｆｍａｒｔｅｎｓｉｔｅｓｔａｉｎｌｅｓｓｓｔｅｅｌｗａｓｍａｄｅｔｈｒｏｕｇｈｔｈｅａｄｄｉｔｉｏｎｏｆｎｉｔｒｏｇｅｎａｌｌｏｙａｎｄｔｈｅｎｉｔｒｏｇｅｎ－ｆｉｘｉｎｇｅｌｅｍｅｎｔｓｏｆｎｉｏｂｉｕｍ，ｖａｎａｄｉｕｍａｎｄｔｉｔａｎｉｕｍ．Ｔｈｅ—ｃｏｒｒｏｓｉｏｎｒｅｓｉｓｔａｎｃｅｏｆｈａｒｄｆａｃｉｎｇａｌｌｏｙｗａｓｉｎｖｅｓｔｉｇａｔｅｄｔｈｒｏｕｇｈｅｌｅｃｔｒｏｃｈｅｍｉｃａｌｃｏｒｒｏｓｉｏｎａｎｄｃｈｅｍｉ—ｃａｌｅｒｏｓｉｏｎｔｅｓｔｓ．Ｔｈｅｒｅｓｕｌｔｓｓｈｏｗｔｈａｔｎｉｔｒｏｇｅｎａｌｌｏｙｉｎｇｏｆｈａｒｄｆａｃｉｎｇａｌｌｏｙｉｎｈｉｂｉｔｓｔｈｅｐｒｅｃｉｐｉｔａｔｉｏｎ—ｏｆｃｈｒｏｍｉｕｍｃａｒｂｉｄｅｓａｎｄｔｈｅｃｈｅｍｉｃａｌｓｔａｂｉｌｉｔｙｏｆｐａｓｓｉｖａｔｉｎｇｆｉｌｍｉｓｅｆｆｅｃｔｉｖｅｌｙｓｔｒｅｎｇｔｈｅｎｅｄ，ｔｈｅｃｏｒ—ｒｏｓｉｏｎｐｏｔｅｎｔｉａｌｉｎｃｒｅａｓｅｓｆｒｏｍ一３４５ｍＶｔｏ一２６４ｍＶ，ａｎｄｔｈｕｓｔｈｅｅｌｅｃｔｒｏｃｈｅｍｉｃａｌｃｏｒｒｏｓｉｏｎｒｅｓｉｓｔ——ａｎｃｅｏｆｈａｒｄｆａｃｉｎｇａｌｌｏｙｉｓｓｔｒｅｎｇｔｈｅｎｅｄ．Ｏｗｉｎｇｔｏｔｈｅｕｎｉｆｏｒｍａｎｄｆｉｎｅｍｉｃｒｏｓｔｒｕｃｔｕｒｅｏｆｎｉｔｒｏｇｅｎａｌ—ｌｏｙｉｎｇｈａｒｄｆａｃｉｎｇａｌｌｏｙ，ｐｉｔｓａｒｅｆｉｎｅａｎｄｄｉｓｐｅｒｓｅｄｗｈｅｎｐｉｔｔｉｎｇｃｏｒｒｏｓｉｏｎｏｃｃｕｒｓｏｎｔｈｅｈａｒｄｆａｃｉｎｇａｌｌｏｙｉｎｔｈｅＦｅＣＩ３ｓｏｌｕｔｉｏｎ，ｔｈｅｒｅｆｏｒｅｔｈｅｃｏｒｒｏｓｉｏｎｒｅｓｉｓｔａｎｃｅｏｆｈａｒｄｆａｃｉｎｇａｌｌｏｙｉｓｉｍｐｒｏｖｅｄｂｙｎｉｔｒｏｇｅｎａｌｌｏｙｉｎｇ．—Ｋｅｙｗｏｒｄｓ：ｎｉｔｒｏｇｅｎａｌｌｏｙｉｎｇ；ｍａｒｔｅｎｓｉｔｅｓｔａｉｎｌｅｓｓｓｔｅｅｌ；ｈａｒｄｆａｃｉｎｇａｌｌｏｙ；ｃｏｒｒｏｓｉｏｎｒｅｓｉｓｔａｎｃｅ在疏浚机具易磨损部位堆焊一层耐磨硬面合金材料，可提高疏浚机具耐磨性能以及磨损破坏后对其进行高效、快速修复，达到延长疏浚机具的使用寿命、节省材料、降低成本的目的，具有十分重要的经济意义口］。马氏体不锈钢具备较高强度和耐磨性能，并具有一定的耐腐蚀性能，已被广泛用作制造或修复疏浚机具耐磨件。目前马氏体不锈钢耐磨材料主要是利用碳与铬、钛、钒、铌等形成ＣｒＣ。，Ｔｉｃ，ＶＣ，ＮｂＣ等碳化物的硬质点来提高钢的硬度，从而提高其耐磨性能。虽然随着碳含量的增加，马氏体不锈钢硬面合金中的碳化物数量增加，基体的硬度、强度提高；由于含碳量高，马氏体不锈钢硬面合金的抗焊接裂纹能力较差，焊后容易产生裂纹。当碳化物含量过高时，大量碳化物会在晶界处大块地聚集起来，这样不但不能有效地提高钢的硬度和强度，而且明显降低其韧性和耐腐蚀性能Ｌ２］。氮与碳均为间隙溶质原子，相比碳原子，氮在铁基金属固溶体中分布更均匀，更易形成弥散的细小强化相］。利用氮进行合金化，并与其他合金元素协同作用，可改善金属材料的强度、韧性、蠕变抗力、耐磨性和耐腐蚀性能［５］。已有的研究结果表明，氮对焊接性能影响较小，在焊接过程中不会出现裂纹，在堆焊硬面合金中利用氮进行合金化，通过细化晶粒和第二相质点弥散析出来增强硬面合金的强韧性与耐磨性［３］。疏浚机具的耐泥沙磨损材料要求抗机械磨损且能耐介质腐蚀，即能同时承受力学和电化学因素破坏的合金＿８］。硬面合金氮合金化后的晶粒细化和大量碳氮化物的析出，使得组织中存在大量的有效界面（晶界和相界），会造成表面组织的不连续性，必然对其耐腐蚀性能产生影响。因此，本工作在马氏体不锈钢硬面材料中引人氮元素，并通过铌、钒、钛固氮进行合金化，形成氮合金化堆焊马氏体不锈钢硬面合金，同时进行了耐腐蚀性能实验，研究其耐腐蚀性能。第４３卷第５期氮合金化堆焊硬面合金的耐腐蚀性能研究３７—（１）：１１３１１７．［９］谢翔，包畔峰，杨可，等．不锈钢带极电渣堆焊层金属耐腐蚀性—能［Ｊ］．焊接学报，２０１１，３２（１０）：７７８０．ＸＩＥＸｉａｎｇ，ＢＡＯＹｅ～ｆｅｎｇ，ＹＡＮＧＫｅ，ｅｔａ１．Ｃｏｒｒｏｓｉｏｎｒｅｓｉｓｔａｎｃｅｏｆｏｖｅｒｌａｙｂｙｅｌｅｃｔｒｏｓｌａｇｃｌａｄｄｉｎｇｗｉｔｈｓｔａｉｎｌｅｓｓｓｔｅｅｌｓｔｒｉｐ［Ｊ］．ＴｒａｎｓａｃｔｉｏｎｓｏｆｔｈｅＣｈｉｎａＷｅｌｄｉｎｇＩｎｓｔｉｔｕｔｉｏｎ，２０１１，３２（１０）：—７７８Ｏ．—ＥｌＯ］ＹＡＮＧＫ，ＸＩＥＸ，ＺＨＯＵＲ，ｅｔａ１．Ｓｔｕｄｙｏｆｃａｒｂｏｎｉｔｒｉｄｅｐｒｅ———ｃｉｐｉｔａｔｅｓｉｎｔｈｅＦｅＣｒ－ＭｎＮｈａｒｄｆａｃｉｎｇａｌｌｏｙ［Ｊ］．ＭａｔｅｒｉａｌｓＳｃｉ——ｅｎｃｅＦｏｒｕｍ，２０１２，７０４７０５：６９５６９９．［１１３ＦＵＲＩＣＫＹＫＹ，ＴＡＮＧＤＬ，ＷＡＮＧＪ，ｅｔａ１．ＥｎｈａｎｃｅｍｅｎｔｏｆｃｏｒｒｏｓｉｏｎｒｅｓｉｓｔａｎｃｅｏｆＡＩＳＩ４２０ｓｔａｉｎｌｅｓｓｓｔｅｅｌｓｂｙｎｉｔｒｏｇｅｎａｎｄｓｉｌｉｃｏｎｐｌａｓｍａｉｍｍｅｒｓｉｏｎｉｏｎｉｍｐｌａｎｔａｔｉｏｎ［Ｊ］．Ｓｕｒｆａｃｅａｎｄ——ＣｏａｔｉｎｇｓＴｅｃｈｎｏｌｏｇｙ，２００７，２０１（９１１）：４８７９４８８３．［１２３ＲＡＬＳＴＯＮＫＤ，ＢＩＲＢＩＬＩＳＮ．Ｅｆｆｅｃｔｏｆｇｒａｉｎｓｉｚｅｏｎｃｏｒｒｏｓｉｏｎ：—ａｒｅｖｉｅｗ［Ｊ］．Ｃｏｒｒｏｓｉｏｎ，２０１０，６６（７）：１１３．［１３］ＲＡＪＡＶＳ．Ｐｉｔｔｉｎｇｃｏｒｒｏｓｉｏｎａｎｄｓｔｒｅｓｓｃｏｒｒｏｓｉｏｎｂｅｈａｖｉｏｒｏｆａｕｓｔｅｎｉｔｉｃｓｔａｉｎｌｅｓｓｓｔｅｅｌｗｅｌｄｍｅｎｔｓａｎｄｔｈｅｒｏｌｅｏｆｎｉｔｒｏｇｅｎ－ａｒｅ一［１４３［１５］—ｖｉｅｗ［Ｊ］．ＣｏｒｒｏｓｉｏｎＲｅｖｉｅｗｓ，２００３，２１（１）：１２６．—ＧＩＲＩＪＡＳ，ＭＵＤＡＬＩＵＫ，ＡＮＤＲＥＥＶＣ，ｅｔａ１．Ｃｏｒｒｏｓｉｏｎｂｅｈａｖｉｏｒｏｆｎｉｔｒｏｇｅｎ－ｃｏｎｔａｉｎｉｎｇｓｔａｉｎｌｅｓｓｓｔｅｅｌｉｎｎｉｔｒｉｃａｃｉｄａｎｄ—ｃｈｌｏｒｉｄｅｅｎｖｉｒｏｎｍｅｎｔｓ［Ｊ］．Ｃｏｒｒｏｓｉｏｎ，２０１２，６８（１０）：９２２９３２．ＭＵＤＡＬＩＵＫ，ＫＨＡＴＡＫＨＳ，ＲＡＪＢ，ｅｔａ１．Ｓｕｒｆａｃｅａｌｌｏｙｉｎｇｏｆｎｉｔｒｏｇｅｎｔｏｉｍｐｒｏｖｅｃｏｒｒｏｓｉｏｎｒｅｓｉｓｔａｎｃｅｏｆｓｔｅｅｌｓａｎｄｓｔａｉｎｌｅｓｓｓｔｅｅｌｓ［Ｊ］．ＭａｔｅｒｉａｌｓａｎｄＭａｎｕｆａｃｔｕｒｉｎｇＰｒｏｃｅｓｓｅｓ，２００４，１９—（１）：６１７３．基金项目：国家自然科学基金资助项目（５１１０１０５０）；江苏省自然科学基金资助项目（ＢＫ２０１４１１５６）；中央高校基本科研业务费专项资金（２０ｌ３Ｂ１８ｌ１４）———收稿日期：２０１４０８－２２；修订日期：２０１５０３１１通讯作者：杨可（１９８３一），男，副教授，博士，主要从事新型焊接材料开发与冶金行为的研究和教学工作，联系地址：江苏省常州市河海大学机——电工程学院（２１３０２２），Ｅｍａｉｌ：ｙａｎｇｋｅｈｈｕｃ＠１２６．ｃｏｍ