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奧氏體不鏽鋼/低碳鋼爆炸復合板由於其高強度、高耐蝕性和價格相對低廉的優勢，廣氾應用於壓力容器行業。

而壓力容器運行過程中，腐蝕是影響其結構失效常見的原因之一。

鈦/鋁爆炸復合板在人工海水溶液中腐蝕試驗，由於結合界面處產生了局部熔融物和爆炸焊接殘餘應力，腐蝕主要集中在母材和結合界面處，但可以滿足工業生產對復合板的耐腐蝕性能要求。

Q235鋼-鋁合金爆炸復合接頭組織發生強烈的塑性變形和熔化，組織和性能的不均勻性使腐蝕情況更為嚴重，在3.5%NaCl溶液中發生了電偶腐蝕和晶間腐蝕。

鋁-鋼和鋁-鈦-鋼爆炸復合材料發生電偶腐蝕，且在鋁-鈦之間形成腐蝕溝槽。

但是，爆炸復合板結合界面耐蝕性的影響機理研究尚不深入。

以304/Q245R爆炸復合為研究對象，對復合板結合界面組織的不均勻性及其耐蝕性進行分析，根據電化學腐蝕試驗數據，研究復合板結合界面耐蝕性的影響機理。

1、實驗材料及方法

1.1、實驗材料。

304/Q245R爆炸復合板，復材304厚度為3mm，基材Q245R厚度為20mm，將基板和復板結合的形變區域稱為結合界面。

出廠前，該復合板進行消應力退火處理，加熱溫度(630±10)℃，保溫時間為1h，空冷。

1.2、試驗方法

垂直于復合板表面取樣，並沿平行于爆炸方向制樣，確保觀察面平行于爆炸方向。

試件經打磨、拋光，基板側腐蝕液為4%的硝酸酒精，復板側為王水。應用德國蔡司Axiovert200MAT金相顯微鏡，對制得的試件結合界面形貌進行分析，並應用顯微鏡中自帶軟件對波形結合界面寬度進行測量。

應用日本日立S-4800掃描電鏡(EDS)，對爆炸復合板不同結合方式的界面內元素是否發生擴散進行線掃描分析。

採用CHI660E型電化學工作站，常規的三電極系統，參比電極為飽和的甘汞電極，輔助電極為鉑電極，電解介質為質量分數3.5%NaCl水溶液，室溫。

對爆炸復合板基板、復板和結合界面拋光后進行電化學腐蝕試驗，依據復合板Tafel極化曲線和電化學阻抗譜(electrochemicalimpedancespectroscopy，EIS)的Nyquist圖研究其電化學腐蝕規律。

2、驗結果及分析

2.1、復合板結合界面形貌

復合板在爆轟波的作用下，基板和復板結合界面附近產生較大的塑性變形，晶粒平行于爆炸方向被拉長。

越靠近基材表面，塑性變形程度越嚴重。

消應力退火處理消除了復合板宏觀範圍的內應力，也改變了結合界面附近組織結構及性能。

基板與復板以波形結合，波長約為900μm，波高約為250μm。

基板和復板結合界面均發生較大塑性變形，距離基板和復板界面越近，形變程度越大，退火處理時，回復再結晶越容易發生。

緊挨基板和復板界面處，基材側細小的等軸晶粒出現，為退火再結晶組織，其寬度為20μm左右。

基材側變形區寬度約為150μm。

可以看出，復合板結合界面為直接結合和熔化層結合兩種結合方式，且熔化層內部存在漩渦組織。

對漩渦組織進一步放大，其漩渦組織內部存在大量縮松、夾雜和未熔合等類似于鑄造組織的缺陷，且組織不連續。

2.2、爆炸復合板結合界面成分掃描

退火態復合板結合界面EDS線掃描圖譜，基板和復板界面處Fe、Cr和Ni三種元素含量發生較大變化，可以看出，界面處出現寬度為5μm左右擴散區。

這主要是因為該區域爆炸復合板為金屬間的直接結合，在巨大的壓力作用下，發生不同材料間的原子結合，固態下原子擴散係數相對較小，元素的擴散距離很短，擴散量有限，元素來不及發生長距離擴散。

結合界麵線掃描分析可知，該區域Fe、Cr和Ni元素含量介於復板304奧氏體不鏽鋼和基板Q245R之間，是由於爆炸焊接過程中，瞬間高溫高壓使基板和復板部分組織熔化，混合后形成的凝固組織，界面為熔化層結合，其內部殘存着少量破碎的金屬。

線掃描分析，捲入熔化層破碎的金屬碎屑各元素含量與基材相同，可知，破碎金屬為基材Q245R鐵素體組織;在界面處，Cr和Ni元素擴散現象不明顯，但Fe可以看出發生明顯的擴散現象，由於其過程發生在微秒級別，並不能發生元素的長距離擴散。

由以上分析可知，在同一個波形內，存在着直接結合和熔化層結合兩種結合方式，且界面均發生元素擴散現象，擴散距離較短，擴散層厚度大約在幾個微米範圍之內。

2.3、電化學腐蝕

電化學腐蝕理論中，同種電解質的Tafel極化曲線，不同材料的自腐蝕電位反映了其耐腐蝕的程度，自腐蝕電位越高，表明材料在電解質溶液中耐腐蝕性能越好，腐蝕越不容易發生;自腐蝕電流表明材料抗腐蝕的能力，自腐蝕電流越小，材料抗耐腐蝕能力越強，腐蝕速率較慢，金屬材料的耐腐蝕性能越強。

爆炸復合板不同界面動電位極化曲線，測試結果表明，復板304不鏽鋼在電化學曲線出現一定的平台，表明在腐蝕過程中具有一定的鈍性;而304不鏽鋼極化曲線中的拐點所對應的電位為不鏽鋼的點蝕電位，點蝕電位越高，鈍化時間越長，耐腐蝕性能越好。

點蝕是由於不鏽鋼的鈍化膜在Cl的作用下被擊穿，進而發生不鏽鋼表面的局部腐蝕。

對三種界面極化曲線分析，304不鏽鋼的自腐蝕電位高而自腐蝕電流低。

可知，304不鏽鋼其耐腐蝕性能好。而結合界面和Q245R的極化曲線相差不大。

試驗過程中測得的爆炸復合板304/Q245R不同界面的自腐蝕電位和自腐蝕電流。

結合界面耐腐蝕性能略高于Q245R側，但顯著低於304不鏽鋼側，表明結合界面組織的不均勻性促進了電化學腐蝕傾向，爆炸復合板結合界面存在漩渦組織，其漩渦組織內部的縮松、夾雜和未熔合等類似于鑄造組織的缺陷和復合板形變組織中的位錯等缺陷使電化學腐蝕更容易進行，但由於漩渦組織較小，對結合界面整體腐蝕性能影響較小。

而基板和復板結合界面存在細小的退火再結晶等軸晶粒和大變形退火回復組織，降低了電化學腐蝕速率，抑制了結合界面的電化學腐蝕反應。

綜上，爆炸復合板結合界面的組織的不均勻性與漩渦內組織缺陷存在的綜合作用，使結合界面的耐蝕性高于基板Q245R，表明結合界面的耐腐蝕性能符合工程實際中的應用。

(1)、爆炸復合板以波形結合，波長900μm，波高250μm，基材側結合界面存在退火再結晶細小等軸晶粒，再結晶區域寬度20μm，殘餘形變組織150μm左右。

(2)、爆炸復合板結合界面為直接結合和熔化層結合兩種結合方式，兩種結合方式均發生元素擴散現象，擴散距離小於5μm，熔化層中捲入的金屬碎屑為基材Q245R組織。

(3)、爆炸焊接復合板結合界面組織的不均勻抑制了腐蝕進行，耐蝕性高于Q245側，符合工程實際使用要求。

 

鍋爐容器卷板 Q245R 9.5 1500 C 28.96 噸 安陽 邯寶

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鍋爐容器卷板 Q245R 4 1500 C 42.36 噸 安陽 邯寶

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