《不鏽鋼低熔點元素微合金化機理與偏析行為控制技術》是依託東北大學，由劉振宇擔任項目負責人的面上項目。
基本介紹
- 中文名：不鏽鋼低熔點元素微合金化機理與偏析行為控制技術
- 項目類別：面上項目
- 項目負責人：劉振宇
- 依託單位：東北大學
中文摘要,結題摘要,
中文摘要
鎳和鉻資源匱乏導致我國不鏽鋼產業面臨著難以持續發展的困境，開發資源節約型高性能產品是當前最為緊迫的任務。研究發現，在不鏽鋼中添加低熔點元素（Low-melting point elements－LMPE）如Sn等可大幅提高耐蝕性，降低鉻含量達2－5wt％，展現了良好的前景。但LMPE對鋼材高溫和室溫力學性能均會造成破壞性影響，合理微合金化即不破壞其力學性能又可有效提高耐蝕性，是此項技術能否成功的關鍵，目前國際國內還沒有就此開展詳細研究。在本項目中，首先要闡明典型鐵素體和奧氏體不鏽鋼（如430和304）LMPE微合金化的作用機理，提出合理的不鏽鋼LMPE微合金化設計原則；其次，探索出控制不鏽鋼中LMPE偏析行為的新技術，改變中心偏析狀態並促進表面逆偏析，以充分發揮其提高耐蝕性的作用並消除對力學性能的破壞性影響；最終，為現場實際生產LMPE微合金化不鏽鋼產品提供理論和實驗支撐。
結題摘要
面對我國缺鎳、貧鉻且不鏽鋼廢鋼資源嚴重匱乏的現狀，開發資源節約型高性能產品是當前最為緊迫的任務。有研究表明，在不鏽鋼中添加Cu、Sn可有效提高其耐蝕性能，從而節約Ni、Cr的添加量，展現了良好的前景。但過量的低熔點元素對鋼材高溫和室溫力學性能均會造成破壞性影響，因此合理微合金化是此項技術成功的關鍵，也正是本課題的研究目標。本項目首先就Sn微合金化對鐵素體不鏽鋼的耐蝕行為的影響機理以及成型性能的影響進行了深入的研究。研究表明，適量的Sn能夠促進鈍化膜生長，形成更密實的鈍化膜，從而提高耐點蝕性能。Sn2+對活性位點的陽極基本反應有抑制作用，而Sn4+會發生強烈的水解，促進點蝕坑的酸化，反而加速點蝕的生長。因此Sn含量控制在0.1 wt%附近為宜，點蝕電位可提高9.3%。此外，元素Sn能大幅提高鐵素體不鏽鋼的析氫過電位，極大地抑制陰極析氫反應，從而抑制陽極溶解過程，最終大幅降低其在酸性介質中的腐蝕速率。其次，項目組就Cu-Sn複合添加微合金化對鐵素體不鏽鋼的耐蝕行為的影響機理以及成型性能的影響進行了深入的研究。研究表明，在超純鐵素不鏽鋼中適量地添加Cu、Sn元素有利於提高耐點蝕性能。Cu+Sn總含量較低時，有利於進一步提高實驗鋼的耐腐蝕性能。Cu、Sn都約為0.25 wt%時的超純鐵素體不鏽鋼，耐蝕性能遠高於不含兩元素的同級鐵素體不鏽鋼。在腐蝕初期，腐蝕產生的Sn4+水解會促進點蝕的生長。在腐蝕後期，鋼中裸露的析出物以及Cu2+增多，基體表面Cu還原沉積導致陰極活化，促進陽極基體發生鈍化反應，使腐蝕過程得到抑制。此外，鐵素體不鏽鋼晶粒尺寸過小或過大都將使含Cu、Sn鐵素體不鏽鋼的腐蝕速率增大，一般控制在39 μm為宜。通過上述研究工作，本項目闡明了Cu、Sn微合金化對典型不鏽鋼的耐蝕性能及力學性能的影響規律，獲得了Cu、Sn合理的微合金化含量配比，為企業新鋼種開發提供最直接的理論依據。課題組共發表論文15篇，獲批專利6項（發明專利5項），培養碩士研究生3名，博士研究生4名（在讀博士生3名），其中一名博士研究生獲得2014年遼寧省優秀博士論文獎。
