基本信息
- 項目名稱：
- 微合金元素Nb/V對彈簧鋼耐腐蝕性能的影響
- 小類：
- 能源化工
- 大類：
- 自然科學類學術論文
- 簡介：
- 采用中性鹽霧腐蝕實驗和電化學實驗，研究了微合金元素Nb/V對彈簧鋼耐腐蝕性能的影響,得出結論：添加0.022%鈮，能夠提高點蝕電位106mV，明顯降低中性鹽霧腐蝕速率，顯著全面地提高彈簧鋼60Si2MnA的耐腐蝕性能。對比不同的鈮添加量得出彈簧鋼60Si2MnA中適宜的鈮添加量約為0.02%。而添加微合金元素釩對中性鹽霧腐蝕速率無明顯影響，表明釩微合金化對彈簧鋼的耐腐蝕性沒有明顯影響。
- 詳細介紹：
- 由于高速公路網(wǎng)的開發(fā)，在寒冷地區(qū)常采用撒鹽去除公路上的積雪，這種鹽雪水噴濺到懸掛彈簧上，使懸掛彈簧像在海水或海水汽霧中工作一樣，彈簧表面會出現(xiàn)腐蝕坑及裂紋，在應力作用下會導致腐蝕疲勞破壞。因而應重視這些地區(qū)使用的懸掛彈簧的表面腐蝕問題，特別要提高彈簧鋼的抗腐蝕疲勞性能。國內(nèi)外近年來開展了大量的相關研究工作，一般多采用降低碳含量和添加適當?shù)暮辖鹪貋硖岣邚椈射摰哪透g性能。研究表明添加Ni、Ti、Cr和Cu等合金元素能夠提高彈簧鋼的耐腐蝕性能[10-12]。而針對微合金元素Nb和V對彈簧鋼耐腐蝕性能影響的研究工作則未見報道。 本文采用中性鹽霧腐蝕實驗和電化學實驗，研究了微合金元素Nb/V對彈簧鋼耐腐蝕性能的影響，并采用掃描電子顯微技術對銹層顯微形貌與結構進行觀察和分析。 實驗結果表明：添加0.022%鈮，能夠提高點蝕電位106mV，明顯降低中性鹽霧腐蝕速率，顯著全面地提高彈簧鋼60Si2MnA的耐腐蝕性能。對比不同的鈮添加量0.022%、0.040%和0.057%對耐腐蝕性能的影響結果可知，彈簧鋼60Si2MnA中適宜的鈮添加量約為0.02%。添加0.12%釩，能夠降低點蝕電位18mV，對中性鹽霧腐蝕速率無明顯影響，表明釩微合金化對彈簧鋼的耐腐蝕性沒有明顯影響。此外，彈簧鋼的中性鹽霧腐蝕銹層分為內(nèi)外兩層，分別為FeO和Fe3O4，并且Si在內(nèi)銹層富集。實驗結果為高品質(zhì)彈簧鋼的研發(fā)提供了數(shù)據(jù)支持，對開拓微合金技術在中高碳鋼中的應用提供指導作用。 研究意義在于：微合金元素Nb/V對彈簧鋼耐腐蝕性能的影響研究工作具有開創(chuàng)性，有利于推進Nb/V微合金化技術在特殊鋼和長條材中的應用，對鈮在中高碳鋼如非調(diào)質(zhì)鋼、硬線鋼和磨具鋼等中的應用具有指導作用，并有可能開拓微合金化技術新的應用領域。
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作品專業(yè)信息
撰寫目的和基本思路
- 由于目前常采用撒鹽去除公路上的積雪，鹽雪水噴濺到懸掛彈簧上，使彈簧表面出現(xiàn)腐蝕坑及裂紋，在應力作用下會導致腐蝕疲勞破壞。本課題研究微合金元素Nb/V對彈簧鋼耐腐蝕性能的影響，并從提高彈簧鋼耐腐蝕性能的角度，本著經(jīng)濟有效的原則，分析彈簧鋼中鈮的最佳添加量?；舅悸罚哼M行鹽霧腐蝕試驗和電化學腐蝕試驗及后續(xù)分析試驗，評價試驗材料的耐腐蝕性能，分析Nb/V對彈簧鋼60Si2MnA耐腐蝕性能的影響。
科學性、先進性及獨特之處
- 本課題通過采用中性鹽霧腐蝕實驗和電化學實驗，研究結果表明：彈簧鋼中鈮添加量約為0.02%時，能夠提高其點蝕電位，明顯降低中性鹽霧腐蝕速率，能顯著地提高彈簧鋼耐腐蝕性能，而釩微合金化對彈簧鋼的耐腐蝕性能沒有明顯影響。國內(nèi)外近年來開展了大量關于微合金化提高彈簧鋼綜合性能的相關研究工作，但針對微合金元素Nb/V對彈簧鋼耐腐蝕性能影響的研究未見報道。因此，本作品具有鮮明的創(chuàng)新性及獨特之處。
應用價值和現(xiàn)實意義
- 1）有利于推進Nb/V微合金化技術在特殊鋼和長條材中的應用；2）對鈮在中高碳鋼如非調(diào)質(zhì)鋼、硬線鋼和磨具鋼等中的應用具有指導作用；3）開拓微合金化技術新的應用領域；4）延長彈簧的使用壽命，符合當前低碳環(huán)保的發(fā)展方向；5）有利于高品質(zhì)彈簧鋼的開發(fā)，由此能夠減少相關產(chǎn)品進口，進而降低對國外產(chǎn)品的依賴性。
學術論文摘要
- 為滿足安全及環(huán)保的要求，汽車懸架彈簧用鋼向著高強度、高品質(zhì)和高可靠性方向發(fā)展。從而對彈簧鋼綜合性能提出了更高的要求。微合金化被證明是經(jīng)濟有效地提高彈簧鋼綜合性能的重要途徑之一。國內(nèi)外近年來開展了大量的相關研究工作，但針對微合金元素Nb/V對彈簧鋼耐腐蝕性能影響的研究未見報道。 本文研究了微合金元素Nb/V對彈簧鋼耐腐蝕性能的影響，并采用掃描電子顯微技術對銹層顯微形貌與結構進行觀察和分析。 實驗結果表明：添加0.022%鈮，能夠提高點蝕電位106mV，明顯降低中性鹽霧腐蝕速率，顯著全面地提高彈簧鋼60Si2MnA的耐腐蝕性能。對比不同的鈮添加量0.022%、0.040%和0.057%對耐腐蝕性能的影響結果可知，彈簧鋼60Si2MnA中適宜的鈮添加量約為0.02%。添加0.12%釩，能夠降低點蝕電位18mV，對中性鹽霧腐蝕速率無明顯影響。結果表明釩微合金化對彈簧鋼的耐腐蝕性沒有明顯影響。彈簧鋼的中性鹽霧腐蝕銹層分為內(nèi)外兩層，分別為FeO和Fe3O4，并且Si在內(nèi)銹層富集。實驗結果為高品質(zhì)彈簧鋼的研發(fā)提供了數(shù)據(jù)支持，對開拓微合金技術在中高碳鋼中的應用提供指導作用。
獲獎情況
- 2010年12月在“搖籃杯”大學生課外學術科技作品競賽中榮獲一等獎。 2010年論文《Nb-V復合微合金化對60Si2MnA彈簧鋼耐腐蝕性能的影響》在《金屬熱處理》（中文核心期刊）發(fā)表 (內(nèi)容見附加材料)
鑒定結果
- 無
參考文獻
- [1] 徐德祥，尹鍾大．彈簧鋼高強度化及合金元素的作用[J]．金屬熱處理，2003，28(12)：30-36． [2] Ardehali Barani A, Li F, Romano P, et al. Design of high-strength steels by microalloying and thermomechanical treatment [J]. Materials Science and Engineering A, 2007, 463(1-2): 138-146. [3] 黎業(yè)生，饒克．低碳馬氏體彈簧鋼35Si2CrVB彈性減退性能的研究[J]．金屬熱處理，2001，26(4)：18-20． [4] Morrison W B. Microalloy Steels – the Beginning [J]. Materials Science and Technology, 2009, 25(9): 1066-1073. [5] 孫曼麗，惠衛(wèi)軍，張代明，等．Ti對新型中碳高強度彈簧鋼耐腐蝕性能的影響[J]．金屬熱處理，2008，33(7)：1-4． [6] 林翠，王鳳平，李曉剛．大氣腐蝕研究方法進展[J]．中國腐蝕與防護學報，2004，24(4)：249-256． [7] 墓立俊，趙文軫．腐蝕的電化學研究現(xiàn)狀[J]．石油化工腐蝕與防護，2008，25(6)：5-9． [8] 侯文泰，于敬敦，梁彩風．鋼的大氣腐蝕性4年調(diào)查及其機理研究[J]．腐蝕科學與防護技術，1994，6(2)：137-142．
同類課題研究水平概述
- 為滿足汽車輕量化及鐵路重載提速的要求，無論是汽車懸架彈簧用鋼還是鐵路用彈簧鋼，都向著高強度、高品質(zhì)、高可靠性方向發(fā)展。此外，新鋼種的開發(fā)必須在提高綜合性能的同時兼顧其經(jīng)濟性，才能被廣大用戶所接受。但是，目前我國高檔次及深加工彈簧鋼的生產(chǎn)尚不能滿足需求，主要依靠進口。微合金化被證明是經(jīng)濟有效地提高彈簧鋼綜合性能的重要途徑之一。因此研發(fā)微合金化優(yōu)質(zhì)高強度彈簧鋼是一種即經(jīng)濟又有效的途徑，具有重大的現(xiàn)實意義和經(jīng)濟前景。 對于提高彈簧鋼的抗腐蝕疲勞性能，國內(nèi)外近年來開展了大量的相關研究工作，一般多采用降低碳含量和添加適當?shù)暮辖鹪貋硖岣邚椈射摰哪透g性能。研究表明添加Ni、Ti等合金元素能夠提高彈簧鋼的耐腐蝕性能。 采用加速腐蝕（5%NaCl鹽霧）試驗和旋轉(zhuǎn)彎曲疲勞試驗，研究了0.52~1.00%Ni對2000MPa級中碳彈簧鋼NHS（%: 0.44~0.45C、1.95~2.08Si、0.68~0.70Mn、0.90~0.92Cr、0.14~0.15V）腐蝕疲勞性能的影響。結果表明，增加NHS鋼中的Ni含量，腐蝕坑深度降低，在5%NaCl水溶液中鋼的點蝕電位增加，從而導致腐蝕疲勞強度提高。與傳統(tǒng)的60Si2CrVA彈簧鋼相比，NHS彈簧鋼呈現(xiàn)出良好的耐腐蝕疲勞性能。 采用加速腐蝕試驗（鹽霧試驗）和電化學試驗，研究了不同Ti含量的2000MPa級新型中碳彈簧鋼的腐蝕力學性能、腐蝕行為和極化曲線，并與傳統(tǒng)60Si2MnA彈簧鋼的性能進行了對比。結果表明，增加中碳高強度彈簧鋼中的Ti含量，腐蝕后的拉伸強度損失、腐蝕質(zhì)量損失和腐蝕坑深度均降低，在5%NaCl水溶液中的點蝕電位增加。這表明，鋼中添加Ti能夠進一步改善試驗鋼的耐腐蝕性能。與傳統(tǒng)的60Si2MnA彈簧鋼相比，添加Ti的新型中碳高強度彈簧鋼呈現(xiàn)出良好的耐腐蝕性能。 但是目前國內(nèi)外針對微合金元素Nb和V對彈簧鋼耐腐蝕性能影響的研究工作則未見報道。
