基本信息
- 项目名称：
- 微合金元素Nb/V对弹簧钢耐腐蚀性能的影响
- 来源：
- 第十二届“挑战杯”省赛作品
- 小类：
- 能源化工
- 大类：
- 自然科学类学术论文
- 简介：
- 采用中性盐雾腐蚀实验和电化学实验，研究了微合金元素Nb/V对弹簧钢耐腐蚀性能的影响,得出结论：添加0.022%铌，能够提高点蚀电位106mV，明显降低中性盐雾腐蚀速率，显著全面地提高弹簧钢60Si2MnA的耐腐蚀性能。对比不同的铌添加量得出弹簧钢60Si2MnA中适宜的铌添加量约为0.02%。而添加微合金元素钒对中性盐雾腐蚀速率无明显影响，表明钒微合金化对弹簧钢的耐腐蚀性没有明显影响。
- 详细介绍：
- 由于高速公路网的开发，在寒冷地区常采用撒盐去除公路上的积雪，这种盐雪水喷溅到悬挂弹簧上，使悬挂弹簧像在海水或海水汽雾中工作一样，弹簧表面会出现腐蚀坑及裂纹，在应力作用下会导致腐蚀疲劳破坏。因而应重视这些地区使用的悬挂弹簧的表面腐蚀问题，特别要提高弹簧钢的抗腐蚀疲劳性能。国内外近年来开展了大量的相关研究工作，一般多采用降低碳含量和添加适当的合金元素来提高弹簧钢的耐腐蚀性能。研究表明添加Ni、Ti、Cr和Cu等合金元素能够提高弹簧钢的耐腐蚀性能[10-12]。而针对微合金元素Nb和V对弹簧钢耐腐蚀性能影响的研究工作则未见报道。 本文采用中性盐雾腐蚀实验和电化学实验，研究了微合金元素Nb/V对弹簧钢耐腐蚀性能的影响，并采用扫描电子显微技术对锈层显微形貌与结构进行观察和分析。 实验结果表明：添加0.022%铌，能够提高点蚀电位106mV，明显降低中性盐雾腐蚀速率，显著全面地提高弹簧钢60Si2MnA的耐腐蚀性能。对比不同的铌添加量0.022%、0.040%和0.057%对耐腐蚀性能的影响结果可知，弹簧钢60Si2MnA中适宜的铌添加量约为0.02%。添加0.12%钒，能够降低点蚀电位18mV，对中性盐雾腐蚀速率无明显影响，表明钒微合金化对弹簧钢的耐腐蚀性没有明显影响。此外，弹簧钢的中性盐雾腐蚀锈层分为内外两层，分别为FeO和Fe3O4，并且Si在内锈层富集。实验结果为高品质弹簧钢的研发提供了数据支持，对开拓微合金技术在中高碳钢中的应用提供指导作用。 研究意义在于：微合金元素Nb/V对弹簧钢耐腐蚀性能的影响研究工作具有开创性，有利于推进Nb/V微合金化技术在特殊钢和长条材中的应用，对铌在中高碳钢如非调质钢、硬线钢和磨具钢等中的应用具有指导作用，并有可能开拓微合金化技术新的应用领域。
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作品专业信息
撰写目的和基本思路
- 由于目前常采用撒盐去除公路上的积雪，盐雪水喷溅到悬挂弹簧上，使弹簧表面出现腐蚀坑及裂纹，在应力作用下会导致腐蚀疲劳破坏。本课题研究微合金元素Nb/V对弹簧钢耐腐蚀性能的影响，并从提高弹簧钢耐腐蚀性能的角度，本着经济有效的原则，分析弹簧钢中铌的最佳添加量。基本思路：进行盐雾腐蚀试验和电化学腐蚀试验及后续分析试验，评价试验材料的耐腐蚀性能，分析Nb/V对弹簧钢60Si2MnA耐腐蚀性能的影响。
科学性、先进性及独特之处
- 本课题通过采用中性盐雾腐蚀实验和电化学实验，研究结果表明：弹簧钢中铌添加量约为0.02%时，能够提高其点蚀电位，明显降低中性盐雾腐蚀速率，能显著地提高弹簧钢耐腐蚀性能，而钒微合金化对弹簧钢的耐腐蚀性能没有明显影响。国内外近年来开展了大量关于微合金化提高弹簧钢综合性能的相关研究工作，但针对微合金元素Nb/V对弹簧钢耐腐蚀性能影响的研究未见报道。因此，本作品具有鲜明的创新性及独特之处。
应用价值和现实意义
- 1）有利于推进Nb/V微合金化技术在特殊钢和长条材中的应用；2）对铌在中高碳钢如非调质钢、硬线钢和磨具钢等中的应用具有指导作用；3）开拓微合金化技术新的应用领域；4）延长弹簧的使用寿命，符合当前低碳环保的发展方向；5）有利于高品质弹簧钢的开发，由此能够减少相关产品进口，进而降低对国外产品的依赖性。
学术论文摘要
- 为满足安全及环保的要求，汽车悬架弹簧用钢向着高强度、高品质和高可靠性方向发展。从而对弹簧钢综合性能提出了更高的要求。微合金化被证明是经济有效地提高弹簧钢综合性能的重要途径之一。国内外近年来开展了大量的相关研究工作，但针对微合金元素Nb/V对弹簧钢耐腐蚀性能影响的研究未见报道。 本文研究了微合金元素Nb/V对弹簧钢耐腐蚀性能的影响，并采用扫描电子显微技术对锈层显微形貌与结构进行观察和分析。 实验结果表明：添加0.022%铌，能够提高点蚀电位106mV，明显降低中性盐雾腐蚀速率，显著全面地提高弹簧钢60Si2MnA的耐腐蚀性能。对比不同的铌添加量0.022%、0.040%和0.057%对耐腐蚀性能的影响结果可知，弹簧钢60Si2MnA中适宜的铌添加量约为0.02%。添加0.12%钒，能够降低点蚀电位18mV，对中性盐雾腐蚀速率无明显影响。结果表明钒微合金化对弹簧钢的耐腐蚀性没有明显影响。弹簧钢的中性盐雾腐蚀锈层分为内外两层，分别为FeO和Fe3O4，并且Si在内锈层富集。实验结果为高品质弹簧钢的研发提供了数据支持，对开拓微合金技术在中高碳钢中的应用提供指导作用。
获奖情况
- 2010年12月在“摇篮杯”大学生课外学术科技作品竞赛中荣获一等奖。 2010年论文《Nb-V复合微合金化对60Si2MnA弹簧钢耐腐蚀性能的影响》在《金属热处理》（中文核心期刊）发表 (内容见附加材料)
鉴定结果
- 无
参考文献
- [1] 徐德祥，尹锺大．弹簧钢高强度化及合金元素的作用[J]．金属热处理，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] 黎业生，饶克．低碳马氏体弹簧钢35Si2CrVB弹性减退性能的研究[J]．金属热处理，2001，26(4)：18-20． [4] Morrison W B. Microalloy Steels – the Beginning [J]. Materials Science and Technology, 2009, 25(9): 1066-1073. [5] 孙曼丽，惠卫军，张代明，等．Ti对新型中碳高强度弹簧钢耐腐蚀性能的影响[J]．金属热处理，2008，33(7)：1-4． [6] 林翠，王凤平，李晓刚．大气腐蚀研究方法进展[J]．中国腐蚀与防护学报，2004，24(4)：249-256． [7] 墓立俊，赵文轸．腐蚀的电化学研究现状[J]．石油化工腐蚀与防护，2008，25(6)：5-9． [8] 侯文泰，于敬敦，梁彩风．钢的大气腐蚀性4年调查及其机理研究[J]．腐蚀科学与防护技术，1994，6(2)：137-142．
同类课题研究水平概述
- 为满足汽车轻量化及铁路重载提速的要求，无论是汽车悬架弹簧用钢还是铁路用弹簧钢，都向着高强度、高品质、高可靠性方向发展。此外，新钢种的开发必须在提高综合性能的同时兼顾其经济性，才能被广大用户所接受。但是，目前我国高档次及深加工弹簧钢的生产尚不能满足需求，主要依靠进口。微合金化被证明是经济有效地提高弹簧钢综合性能的重要途径之一。因此研发微合金化优质高强度弹簧钢是一种即经济又有效的途径，具有重大的现实意义和经济前景。 对于提高弹簧钢的抗腐蚀疲劳性能，国内外近年来开展了大量的相关研究工作，一般多采用降低碳含量和添加适当的合金元素来提高弹簧钢的耐腐蚀性能。研究表明添加Ni、Ti等合金元素能够提高弹簧钢的耐腐蚀性能。 采用加速腐蚀（5%NaCl盐雾）试验和旋转弯曲疲劳试验，研究了0.52~1.00%Ni对2000MPa级中碳弹簧钢NHS（%: 0.44~0.45C、1.95~2.08Si、0.68~0.70Mn、0.90~0.92Cr、0.14~0.15V）腐蚀疲劳性能的影响。结果表明，增加NHS钢中的Ni含量，腐蚀坑深度降低，在5%NaCl水溶液中钢的点蚀电位增加，从而导致腐蚀疲劳强度提高。与传统的60Si2CrVA弹簧钢相比，NHS弹簧钢呈现出良好的耐腐蚀疲劳性能。 采用加速腐蚀试验（盐雾试验）和电化学试验，研究了不同Ti含量的2000MPa级新型中碳弹簧钢的腐蚀力学性能、腐蚀行为和极化曲线，并与传统60Si2MnA弹簧钢的性能进行了对比。结果表明，增加中碳高强度弹簧钢中的Ti含量，腐蚀后的拉伸强度损失、腐蚀质量损失和腐蚀坑深度均降低，在5%NaCl水溶液中的点蚀电位增加。这表明，钢中添加Ti能够进一步改善试验钢的耐腐蚀性能。与传统的60Si2MnA弹簧钢相比，添加Ti的新型中碳高强度弹簧钢呈现出良好的耐腐蚀性能。 但是目前国内外针对微合金元素Nb和V对弹簧钢耐腐蚀性能影响的研究工作则未见报道。
