Studie oor korrosie en meganiese eienskappe van nuwe staal vir ystertoring

(1 Skool vir Metallurgie en Kragingenieurswese, Chongqing Universiteit van Wetenskap en Tegnologie, Chongqing 401331;2 Sino-Singapoer (Chongqing) Ultra High Strength Materials Research Institute Co. , Ltd. , Chongqing 401326;3 Hangta Communication Co. , Ltd. , Anhui Suzhou 234000, Sjina)

abstrakte: Een Q235B en drie Q420B toringstaal met verskillende legeringselemente is gekies vir chemiese samestelling analise deur atoomemissiespektrometer. NaCl-oplossing is gekies as 'n vloeibare omgewing vir aksiepotensiaalpolarisasie en elektrochemiese impedansietoetsing van korrosie-eienskappe, chemiese onderdompelingstoets om die morfologie en produkte te bestudeer, meganiese eienskappe is deur trektoets ontleed. Die resultate het getoon dat die korrosieprestasie van die drie Q420B-staal beter was as dié van Q235B, as gevolg van die verskillende inhoud van Si, Cr en ander elemente, die stabiliteit van gepassiveerde films op die oppervlak van die materiale was anders, lei tot verskillende korrosie-eienskappe, die inhoud van element V is verhoog om die meganiese eienskappe te optimaliseer, JMatPro-sagtewaresimulasie het bewys dat die verhoging van Mn-inhoud weefselstabiliteit kan bevorder en meganiese eienskappe kan verbeter.

Sleutelwoorde: staal vir toring; korrosie prestasie; polarisasie kurwe; meganiese eienskappe; deurlopende verkoelingskurwe

Staal wat vir torings gebruik word, is 'n belangrike deel van die kommunikasiestelsel. Die veiligheid van kommunikasiebasisstasietorings is die basiese uitgangspunt om die normale werking van die kommunikasiestelsel te verseker, en dit is ook 'n belangrike deel van die lewensikluskostebeheer. As alternatief vir Q235-hoekstaal, Q420B hoë-sterkte staal het groot toepassingspotensiaal in ingenieurstrukture getoon as gevolg van sy ligte gewig en hoë sterkte. Dit het duidelike voordele in strukturele veiligheid, energiebesparing en omgewingsbeskerming, en goeie ekonomiese voordele kan lewer. Dit word wyd gebruik in die kommunikasiebedryf3-4.
Kommunikasiebasisstasietorings is die basis van die kommunikasienetwerk. Die mislukking of ineenstorting van 'n toring lei gewoonlik tot 'n domino-effek, wat verskeie aangrensende torings beïnvloed, wat nie net groot ekonomiese verliese sal veroorsaak nie, maar veroorsaak ook dat streekkommunikasienetwerke verlam word, en selfs sosiale chaos5. Ten spyte van die huidige baie ontwerpspesifikasies en riglyne, die ineenstorting en skade van torings kan steeds regoor die wêreld waargeneem word6.
Een van die redes vir die ineenstorting en skade van torings is dat die diensomgewing kompleks en divers is. Die oppervlak van die toringmateriaal sal verskillende grade van korrosie produseer as gevolg van die suurheid en alkaliniteit van die omgewing, tot gevolg het
ernstige gevolge soos roes en verlies van materiaal. Volgens relevante navorsing, hoë-sterkte staal het 'n hoë sterkte en dravermoë. Die gebruik van Q420-hoekstaal kan die materiaalgewig met 4,9% ~ 7,8% verminder. As Q420B hoë-sterkte groot-grootte hoek staal Q235B hoek staal vervang, dit kan die totale gewig van die toring effektief verminder, spaar staal, en verminder vervoer- en installasiekoste. daarom, dit is van groot belang om groot-grootte te ontwikkel, hoë sterkte en lae temperatuur impakbestande hoekstaal vir torings [8.
Om die verskille in korrosie en meganiese eienskappe van Q420B relatief tot Q235B te ondersoek, drie Q420B-plate met verskillende legeringselementinhoud en een 235B-plaat is binne die nasionale standaardreeks gekies. Op dieselfde tyd, die JMatPro-sagtewaresimulasie het bewys dat die legeringselementinhoud 'n belangrike invloed op die korrosie en meganiese eienskappe van die materiaal het7.

Eksperimentele materiale en metodes

Die twee eksperimentele materiale is gekies uit 200 mm×500 mm×8 mm-plate, Q235B staal steekproefnommer 1#, Q420B staal steekproefnommer 2#-4#. Die monsters is gesny volgens die spesifikasies van 10 mm×10 mm×8 mm, gepoleer met skuurpapier, afgespoel en gedroog, and the chemical composition of the samples was determined by atomic emission spectrometer. The results are shown in Table 1.
The samples were cut with the same specifications, polished to 2000 mesh with sandpaper, and surface corrosion was performed with nitric acid alcohol solution after polishing and drying, and microstructure observation was performed by scanning electron microscope. The electrochemical experiment was carried out at room temperature using PARSTAT4000 electrochemical workstation, using a three-pole test system, the reference electrode (RE) used a calomel electrode, the comparison electrode (EG) used a platinum electrode, and the working electrode (WE) was 1#~4# samples. The working solution was 3.5% NaCl solution. During the electrochemical experiment, the open circuit potential test time was 1200s; after the impedance test, die oopkringpotensiaal is vir 600s hertoets. Die elektrochemiese boorimpedansie spektrum toetsresultate is uitgedruk met behulp van die Nyquist spektrum.

Die onderdompelingstoets is by kamertemperatuur uitgevoer. Die monsters is gekies as 1# monster en 4# monster van Q420B staal (die chemiese samestelling van die twee eksperimente was die grootste). Drie eksperimentele voorwaardes is gestel, naamlik verdunde HCl (pH=3), NaOH (pH=11) en 5% NaCl solution. Die onderdompeltyd was 168h. Nadat die onderdompeling voltooi is, die monsters is uitgeneem, met watervrye etanol afgespoel en gedroog. Die korrosiemorfologie is waargeneem deur skandeerelektronmikroskopie, en die tipe korrosieprodukte is deur oppervlakskandering ondersoek. Die meganiese eienskappe van die materiaal is deur trektoets bepaal. Volgens die bepalings van “Room Temperature Tensile Test Method for Metallic Materials”, a standard specimen was taken from each of the 1#~4# samples. The specific size and shape of the standard specimen are shown in Figure 1, where the width b=30mm and the length b=30mm; the hardness test was carried out by Vickers hardness tester, en 10 measurement points were selected. The results were averaged after removing the extreme values. In this study, the static CCT curve was obtained by simulating different gradient Mn contents through JMatPro software, and the changes in material structure and performance were further analyzed.

2 Experimental results

The SEM microstructure of the 1#~4# samples in the original state is shown in Figure 2('n). Die 1# sample has irregular structure and unclear structure characteristics. The 2#~4# samples are pearlite. Benewens die duidelike rolrigting van die mikrostruktuur, die matriks-perlietstruktuur is gelaagd.
Figuur 2 (b~c) toon die polarisasiekrommes en Nyquist-spektra van die 1#~4# monsters verkry deur die elektrochemiese werkstasie onder die toestande van 3.5% NaCl neutrale oplossing. Die korrosiepotensiaal (E) en korrosiestroomdigtheid (J) bereken vanaf die polarisasiekrommes word in tabel getoon 2. In die neutrale oplossing omgewing, die korrosiepotensiaal (E_korr) van die 1# monster is -0.863V, en die korrosiepotensiale van die 2#~4# monsters is -0.871V, -0.737V en -0.710V, onderskeidelik, wat geneig is om oor die algemeen positief te wees. During the electrochemical experiment, die anodestreke van die vier monsters het almal verskillende grade van passivering getoon, wat lei tot wisselende grade van fluktuasie in die polarisasiekrommes, soos getoon in Figuur 2(b). Figuur 2(c) toon die elektrochemiese impedansiespektra van monsters 1#~4#, waar die impedansie radius van monster 1# is onvolledig, terwyl die impedansie van monster 4# is die mees volledige. In neutrale oplossing, die korrosiebestandheid van die twee monsters verskil heelwat. Inteendeel, die impedansieradius van monsters 2#~3# is relatief klein, en hul korrosiebestandheid is soortgelyk in 'n neutrale oplossingsomgewing.

Na die 1# monster is in drie verskillende oplossings van verdunde HCl gedompel, NaOH en 5% NaCl, sy SEM-beeld word in figuur getoon 3. Soos gesien kan word uit Figuur 3a, onder suur toestande, putkorrosie vind plaas, en daar is korrosiegate van verskillende grade en getalle op die oppervlak van die monster. Die chemiese samestelling van die korrosie-area word in Figuur 4a getoon, en die korrosiegebied toon hoofsaaklik die verryking van O. Nadat die monster in 'n alkaliese oplossing gedompel is, streeks, dig, en verskillende-vormige pêrelscent deeltjies verskyn op die oppervlak van die monster, soos in Figuur 3b getoon; die chemiese samestelling van die deeltjies word in Figuur 4b getoon, en slegs die sein van die O-element is die sterkste. daarom, in 'n alkaliese omgewing, ernstige oksidasie vind op die oppervlak van die monster plaas. Die korrosie in 'n alkaliese omgewing verminder hoofsaaklik die lewensduur van die materiaal deur oksidasie. Nadat hy gedompel is in 'n 5% NaCl solution, die oppervlakstruktuur van die monster het nie ooglopende korrosie ondergaan nie, en die korrosieprestasie van die materiaal was relatief stabiel in 'n neutrale vloeibare omgewing.

Na die 4# monster is in drie verskillende oplossings gedompel, naamlik, verdunde HCl, NaOH en 5% NaCl solution, sy SEM-beeld word in figuur getoon 5. In Figuur 5a, dit kan waargeneem word dat daar geen korrosieputte en korrosiedeeltjies in die korrosiearea op die oppervlak van die monster is nie, en die korrosie-area is klein met min korrosiepunte. Die chemiese samestelling van die korrosie-area word in Figuur 6a getoon. Daar is 'n ooglopende O-verrykingsverskynsel binne die korrosiegebied, maar daar is geen verryking van elemente soos C nie, en, Cl en Na. Nadat die monster in 'n alkaliese oplossing gedompel is, pêrelagtige deeltjies is aangeheg (Figuur 5b); die chemiese samestelling van die korrosieproduk word bepaal soos in Figuur 6b getoon. O word verryk in die korrosie-area op die oppervlak van die monster, en die materiaal oksidasie verskynsel is ernstig onder alkaliese oplossing toestande.

Fig. 7 Spanningsvervormingskurwe en deurlopende verkoelingskromme

Fig. 7('n) is die spanning-rek-kromme van staal langs die rolrigting. Die horisontale as is die nominale vervorming van die monster binne die ekstensometer-maatlengte van 50 mm; die vertikale as is die gemiddelde spanning van die middelste dwarssnit van die monster. Die spanning-rek-kromme sluit elastiese stadium in, opbrengs stadium, versterkingstadium en mislukkingstadium. Die elastiese stadiumspanning van die 1# monster is aansienlik laer as dié van die ander drie monsters. Sy treksterkte en treksterkte is onderskeidelik 458.9MPa en 328MPa, en die verlenging is slegs 27.5%. Die treksterkte en opbrengssterkte van die 2#~4# monsters neem albei toe, met die maksimum waardes wat onderskeidelik 555MPa en 379.3MPa bereik. Die verlengingsverspreidingsreeks is 25,8% ~ 31,0%, en die gemiddelde verlenging is 28.4%, wat groter is as die verlenging van die 1# monster. Met inagneming van die drie meganiese eienskappe, die 1# monster het die swakste meganiese eienskappe, en die 4# monster het die beste meganiese eienskappe.
Die simulasieresultate van die CCT-kromme wat ooreenstem met verskillende Mn-inhoude word in Fig. 7(b). Tussen hulle, F verteenwoordig ferriet, P verteenwoordig perliet, en M verteenwoordig martensiet transformasie temperatuur; A_c verteenwoordig die begintemperatuur van die transformasie van verhittingsproses na austeniet; A_c3 verteenwoordig die eindtemperatuur van die strukturele verandering van staal in die verhittingsprosesstadium om heeltemal in austeniet te transformeer. Figure a en b is die deurlopende verkoeling (CCT) kurwes van monsters 1# en 4#, onderskeidelik. Tydens die deurlopende verkoelingsproses teen verskillende verkoelingstempo's, die superverkoelde austeniet sal verskillende fasetransformasies ondergaan, en die gevormde struktuur en morfologie sal dienooreenkomstig verander.
Volgens die meting, die austeniet begin transformasie temperatuur A_c1 punt tydens die verhitting van die oorspronklike monster is 722.3 ℃, en die transformasie-eindtemperatuur A_c3-punt is 849.5℃. Met die verhoging van verkoelingstempo, die beginpunt van fasetransformasie toon 'n afwaartse neiging, en die mikrostruktuur gaan geleidelik oor van ferriet en perliet na bainiet. Wanneer die afkoeltempo minder as 1℃/s is, die neerslag van perliet neem geleidelik toe, en bainiet sal verskyn as die afkoeling voortgesit word. Wanneer die afkoeltempo 1~10^∘ C/s bereik, die neerslag van perliet bereik sy maksimum. Met die verhoging van verkoelingstempo, wanneer dit 10℃/s oorskry, die neerslagfase is hoofsaaklik bainiet. As die afkoeling voortgesit word, die onderverkoelde austeniet sal uiteindelik in martensiet verander. Wanneer die Mn-inhoud toeneem, die austeniet transformasie temperatuur tydens verhitting word 705.9 ℃, en die transformasie-eindtemperatuur word 822.4℃. Die minimum tempo van perliet maksimum neerslag is groter as 1 ℃/s, en die martensiet transformasiepunt M neem af.

3 Ontleding en bespreking

Die kern van perliet is 'n fasemengsel van ferriet en sementiet. Voorbeeld 1# Q235B is 'n materiaal met ferriet as die hoofkomponent. In die C-ryke area, as gevolg van vervormingsbehandeling soos smee, strek of ekstrusie, die C-ryke mikro-area word vergroot, die C-inhoudkonsentrasie word verminder, en die aaneenlopende sementiet is moeilik om in ewewig te presipiteer. Dit word slegs op 'n gestippelde wyse op die oppervlak van die matriks versprei, wat 'n ongelyke perlietstruktuur toon.
Die korrosiepotensiaal van monster 1# in NaCl-oplossing is -0.863V, en die korrosiestroomdigtheid (J_korr) is -5.109A·cm^(-2). Die korrosiepotensiaal van monster 4# in NaCl-oplossing is -0.710V, en die korrosiestroomdigtheid is -4,869A·cm^(-2). Oor die algemeen, hoe kleiner die korrosiestroomdigtheid, hoe meer positief die korrosiepotensiaal, hoe groter die impedansieradius, en hoe beter die korrosieprestasie van die materiaal12. Die korrosiestroomdigtheid word gewoonlik gebruik om die korrosietempo te evalueer. Dit kan gesien word dat oksiedfilms soos Cr_2 O_3 die korrosietempo effektief vertraag. Aangesien die vloeibare omgewing ryk is aan CI, die materiaal ondergaan hoofsaaklik suurstofabsorpsiekorrosie, en die Fe in die matriks word in Fe-oksiede geoksideer, waaronder B-FeOOH maklik gevorm word. Sy tonnelstruktuur in die eenheidsel laat CI in die oplossing verder diffundeer, wat lei tot die vernietiging van die stabiliteit van die passiewe film op die oppervlak van die materiaal. Aangesien dit baie maklik is om aan die oppervlak van die materiaalmatriks vas te hou, dit het 'n inhiberende effek op die vorming van die passiewe film. In Q235B, die inhoud van belangrike legeringselemente soos Si, Mn, en Cr is relatief laag, en die oksiedfilm is nie maklik om te bestaan ​​nie, wat lei tot swak korrosieprestasie van die materiaal. Na onderdompeling, die korrosiemorfologie van die twee materiale in verskillende oplossings verskil aansienlik. Daar is geen makroskopiese verandering op die oppervlak van die twee materiale in nie 5% NaCl solution, maar na onderdompeling in suur en alkaliese oplossings, die oppervlak korrosie graad van 1# materiaal is aansienlik groter as dié van 4# Q420B materiaal. As gevolg van die hoë konsentrasie van CI ione en lae Cr inhoud, die stabiliteit van die passiewe film is swak. Onder suur toestande, korrosieputte verskyn op die oppervlak van die substraat van materiaal 1#, en die mate van korrosie is groter as dié van materiaal 4#, wat 'n pitkorrosie-verskynsel toon; onder alkaliese toestande, verskillende getalle deeltjies verskyn op die oppervlak van die twee materiale. Na oppervlakskandering, daar kan vasgestel word dat die deeltjies hoofsaaklik met oksiede verryk is, en oksidasiekorrosie verminder die korrosieprestasie van die materiaal. Die mate van adhesie van oksieddeeltjies in monster 1# is baie groter as dié van monster 4#, en die korrosiebestandheid is swak.
In staal materiale, die rol van V is soortgelyk aan dié van Cr. Dit kombineer met koolstofelemente om karbiede te vorm, wat die effek het om grafitisering te belemmer. Die toename in V-inhoud kan effektief die hardheid en trek eienskappe van die materiaal verbeter. Soos die inhoud van legeringselemente soos Mn in die materiaal geleidelik toeneem, dit vertoon geleidelik uitstekende meganiese eienskappe soos verlenging en vloeisterkte tydens die trekproses15. Die Mn-element sal van ferriet na austeniet versprei word, maak die plaaslike austeniet geleidelik ryk aan Mn. Hierdie Mn-ryke austeniete sal die migrasie van ferrietkorrelgrense voorkom, die groei en vergroting van korrels verder inhibeer, en verbeter die stabiliteit van Mn-ryke austeniet; tydens die verhittingsproses, die toename in Mn-inhoud verhoog die kernvormingsposisie van ferriet, verfyn die struktuur, verhoog die stabiliteit van ferriet, en verminder die transformasietemperatuur effektief van ferriet na austeniet7; die legeringselement Mn produseer Al_6 na oplossing uitgloeiing Mn deeltjies is versprei in die matriks, die hardheid van die materiaal te verbeter. Wanneer die inhoud daarvan toeneem, die M-punt wat martensietiese transformasie bevorder, word verminder, die organisasie word verbeter, en die meganiese eienskappe van die materiaal word verbeter. 18

4 Afsluiting

(1) Die elektrochemiese korrosieprestasie van Q235B-staal is swakker as dié van Q420B-staal. Onder suur toestande, putkorrosie vind plaas op die oppervlak van Q235B-staal, en die korrosiegraad is groter as dié van Q420B-staal. Onder alkaliese toestande, die oksidasiegraad is diep, en die oksieddeeltjies van Q235B-staal is aan die matriks geheg. Onder 5% NaCl toestande, geen makroskopiese korrosie kom in die twee materiale voor nie. As gevolg van die teenwoordigheid van Si, Kr, ens. in Q420B staal, die korrosietempo is relatief hoog. Die hoë inhoud van legeringselemente verbeter die stabiliteit van die passiewe film op die oppervlak van die materiaal, verminder die adhesie en indringing van CI en die oksidasietempo van die materiaal, en vertoon uitstekende korrosiebestandheid in die gesimuleerde toepassingsomgewing;
(2) Die meganiese eienskappe van Q420B-staal is beter as dié van Q235B-staal. Die toename van legeringselement V inhibeer effektief grafitisering en verbeter die hardheid en trek eienskappe van die materiaal;
(3) Na die gesimuleerde legeringselement word Mn-inhoud verhoog, die ferrietkorrels word verfyn en die organisatoriese stabiliteit word verbeter; sy verspreide deeltjies versterk die matriks, verminder die martensietiese fase transformasie temperatuur, die organisasie te verbeter, en verbeter die meganiese eienskappe.