盐雾腐蚀环境下TSZ410新型铁素体不锈钢力学性能演化及本构模型

摘要

为定量模拟TSZ410新型铁素体不锈钢在海洋大气环境下的服役性能，开展了20 d、40 d、60 d、80 d、100 d和120 d的中性盐雾加速腐蚀试验、腐蚀后的宏微观测试及力学性能试验，并选择Q420钢作为对比组，阐明了腐蚀形貌、锈层成分和质量损失率的演化规律，确立了力学性能与加速腐蚀天数的定量关系，分别提出了两种钢材在腐蚀环境下的本构模型．研究结果表明：随着腐蚀时间的增长，TSZ410钢也会出现轻微锈蚀，锈层成分由初期疏松的MnO（OH）-α-FeOOH锈层逐渐转化为致密的MnCr₂O₄-Fe₃O₄复合锈层，因此抗侵蚀性能增强，120 d时质量损失率仅为1.76%;Q420钢锈层全周期以疏松多孔的Fe₃O₄为主，伴随α-FeOOH、Fe₂O₃向Fe3O₄转化，腐蚀速率加快，120 d时质量损失率高达13.51%．此外，建立了强度参数（屈服强度、极限强度和断裂强度）、应变参数（硬化应变、极限应变和断裂应变）、弹性模量以及断后延伸率随腐蚀时间的线性劣化方程．120 d时，Q420钢屈服强度、极限强度降幅高达12.53%，而TSZ410钢的对应值降幅仅为4.65%．在此基础上，建立了基于腐蚀时间演化的双硬化（D-H）、二次流塑性（S-FP）和Ramberg-Osgood（R-O）本构模型，推荐Q420钢和TSZ410钢分别采用D-H模型和R-O模型建立精细化本构（误差小于2%）,TSZ410钢的R-O模型在工程中也可不计腐蚀影响（控制曲线形状的参数取常数25.64），亦能取得可以接受的结果（误差小于6%）．本文结果为工程中评估TSZ410铁素体不锈钢腐蚀后的力学性能提供了理论依据．

关键词

铁素体不锈钢 / 腐蚀 / 质量损失 / 力学性能劣化 / 本构模型

基金资助

国家自然科学基金资助项目(52208192,52478194); 山西省基础研究计划资助项目(202203021221062)