Q235钢在熔融冰晶石中腐蚀行为研究

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Q235钢是一种在工业生产中最普遍的低碳钢之一,广泛地应用于化工、冶金、建筑、机械等领域。在电解铝行业中,Q235以其低廉的价格、优异的焊接性能、易于获取等特点,成为电解铝电解槽、打壳锤头、特殊工具等的首选材料。在电解槽中,工作环境温度大约100℃~500℃,熔融冰晶石电解质温度高达950℃,Q235容易受到高温冰晶石的腐蚀,从而使Q235材质的工作失效,降低并且制约了其服役寿命。当今对于Q235的腐蚀机理已经做了大量的研究,但是在电解铝行业中,对在电解铝槽环境中Q235钢的腐蚀机理研究的很少。目前,电解铝行业产能严重过剩,研究冰晶石对Q235的腐蚀机理对于电解铝行业有着很重要的意义。可以为电解铝行业材料的选择、降低成本、提升铝液质量、减轻劳动强度作参考。本文通过对Q235钢进行预氧化处理,在Q235表面生成一层耐熔融冰晶石腐蚀的氧化层,提高Q235钢耐高温腐蚀性能。应用XRD、SEM、EDS对氧化层的物相组织、形貌特征及化学成分进行测试分析,并从热力学、动力学方面详细的研究其预氧化Q235钢氧化层耐腐蚀性能,得出结论如下:(1)Q235钢经550℃保温30分钟后,表面生成氧化层仅由Fe3O4和Fe2O3组成,不生成FeO。其氧化层的结构由外向内依次为Fe2O3、Fe3O4,Fe2O3氧化层虽致密,但厚度较薄,与基体连接性能不好,易脱落。Fe3O4厚度均匀、分布规则、连续致密且与基体连接良好不易脱落。(2) Q235钢容易与高温熔融冰晶石粘结,随着保温时间的延长,冰晶石粘着与钢表面厚度增加,且不易剥离,而经550℃预氧化处理Q235,很少粘电解质。(3)经550℃预氧化处理Q235钢,随着保温时间的延长其表层的Fe2O3溶解于冰晶石中,Fe3O4具有反尖晶石结构,由于其属于立方晶系,具有出色的热稳定性。(4) Q235钢与预氧化Q235钢在熔融冰晶石中保温3小时后,Q235裸钢的腐蚀失重率大于经550℃预氧化处理过的Q235钢。经热力学分析,Q235裸钢在熔融冰晶石中,Fe会与冰晶石中的AlF3结合氧气生成氟化盐FeF3,熔点低,在1000℃易挥发,促进了化学反应4Fe+4AlF3+3O2=4FeF3+2Al2O3向右进行,使得Q235裸钢在熔融冰晶石中连续不断被腐蚀。(5)预氧化Q235钢表面生成的Fe3O4氧化膜对Q235钢在熔融冰晶石环境下的热腐蚀有一定的保护作用,可以降低腐蚀速率,减轻熔盐对基体的破坏并维持氧化膜的完整性。该方法可以为Q235钢在电解铝行业的应用提供一种经济、易行的方法。
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