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原文传递船体结构钢/316L不锈钢的焊接接头结构及其腐蚀特性研究

论文题名：	船体结构钢/316L不锈钢的焊接接头结构及其腐蚀特性研究
关键词：	船体结构钢;316L不锈钢;异种焊接;微观结构;腐蚀现象;转化膜
摘要：	将A类、B类、D类及E类一般强度级别船体结构钢分别与316L不锈钢进行二氧化碳气体保护焊（GMAW）焊接，研究了不同船体结构钢与不锈钢异种焊接对焊接区域的显微结构、力学性能、腐蚀性能的影响。采用金相显微镜观察四种焊接接头不同区域的显微组织，并利用显微硬度仪测试接头不同部位的力学性能；采用电化学腐蚀试验和盐雾试验对焊接接头不同区域的耐腐蚀性能进行表征；采用COMSOLMultiPhysics软件对接头进行腐蚀的有限元模拟仿真，并研究不同区域面积比对接头腐蚀速率的影响。通过化学转化技术在焊接接头表面制备植酸-锌离子转化膜（ZnPACC），采用电化学腐蚀试验和扫描电子显微镜分析制备工艺参数对ZnPACC耐蚀性和形貌的影响，并分析了转化膜的形成和耐腐蚀机理。　　1）对船体结构钢/316L异种焊接接头进行微观组织观察和显微硬度测试。可以观察到船体结构钢母材组织为铁素体和珠光体；船体结构钢一侧的热影响区组织为多边形铁素体、珠光体和少量贝氏体；焊缝组织为奥氏体和蠕虫状/骨架状铁素体；316L不锈钢一侧的热影响区和316L母材组织均由块状奥氏体和条状铁素体组成。整个焊接接头中没有观察到脆硬相，但在船体结构钢/焊缝界面观察到脱碳层，在316L母材区存在滑移带。船体结构钢/316L焊接接头的显微硬度呈阶梯式分布，即316L母材和316L一侧热影响区的显微硬度较高，焊缝的显微硬度次之，船体结构钢母材和船体结构钢一侧热影响区的显微硬度较低，满足工程结构的力学性能要求。　　2）采用电化学腐蚀试验和盐雾试验研究了船体结构钢/316L接头不同区域的耐腐蚀性能，并利用COMSOLMultiPhysics软件对接头进行腐蚀模拟仿真。电化学试验和盐雾试验的结果表明，船体结构钢/316L异种焊接接头不同区域的耐腐蚀性强弱顺序为316L母材gt;316L/焊缝熔合部位gt;焊缝gt;船体结构钢母材gt;船体结构钢/焊缝熔合部位。船体结构钢母材和船体结构钢钢/焊缝熔合部位在盐雾腐蚀初期是局部腐蚀，盐雾腐蚀48h后的腐蚀产物都为Fe2O3、Fe3O4、Fe(OH)3和Fe+3O(OH)。焊缝区盐雾腐蚀120h后表面主要还是Fe-Cr-Ni化合物组成的钝化膜。COMSOLMultiPhysics仿真结果表明，随着船体结构钢宽度的增加，或316L不锈钢与焊缝宽度的减小，接头的腐蚀深度都会减少。因此实际焊接时，在保证接头强度的前提下，可以适当减小焊缝宽度，从而减小电偶腐蚀带来的危害。　　3）在耐腐蚀性能研究结果的基础上，对船体结构钢/316L接头耐腐蚀性能最薄弱的区域进行钝化处理以提升接头的使用寿命，并研究了转化液钝化工艺对接头部位腐蚀性能的影响。结果表明转化液的pH值和处理时间对制备的植酸-锌转化膜（ZnPACC）的质量都有很大影响。ZnPACC的主要成分为植酸-锌-铁螯合物，其结构受处理时间和溶液条件的影响。当转化液的pH值为3.5、处理时间为10min时制备的ZnPACC的耐蚀性最好，腐蚀保护效率最高，转化膜厚度也最大（可以达到23.3μm）。ZnPACC中的Zn2+主要起到植酸分子之间的“桥梁”作用，既促进了植酸分子的吸附反应也形成ZnO掺杂到形成的转化膜中。当处理时间过长时，ZnPACC和金属基体之间产生的拉应力而导致膜层内部生成裂纹，腐蚀介质会沿着裂纹侵入金属基材表面。
作者：	李晨
专业：	机械工程
导师：	孔继周;袁开文
授予学位：	硕士
授予学位单位：	南京航空航天大学
学位年度：	2021