Khảo sát độ bền ăn mòn của thép đúc crômmangan 1Cr14Mn11 có hợp kim hóa bằng xeri với hàm lƣợng 0,15; 0,25 và 0,50% (theo tính toán) trong các dung dịch H2SO4 và HCl với nồng độ khác nhau, Ngô Quốc Long và Nguyễn Văn Chiến [13] đã chứng minh rằng ở nhiệt độ phòng, trong các môi trƣờng H2SO4 và HCl khi tăng nồng độ dung dịch thì tốc độ ăn mòn của cả 4 mác thép crômmangan đều tăng lên (hình 1.21 và 1.22). Khi hàm lƣợng xeri càng tăng thì các mẫu thép càng ít bị ăn mòn hơn. Tuy nhiên trong môi trƣờng HCl, tốc độ ăn mòn của 4 mác thép đạt giá trị cực đại trong khoảng nồng độ dung dịch thử nghiệm. Ở nhiệt độ 50°C, trong các môi trƣờng H2SO4 và HCl khi tăng nồng độ dung dịch thì tốc độ ăn mòn của 4 mác thép đều có xu hƣớng đạt giá trị cực đại.
18
Trong cả hai môi trƣờng H2SO4, HCl với nồng độ khác nhau thử nghiệm ở nhiệt độ phòng và ở 50°C, mác thép có hợp kim hóa 0,5% Ce luôn tỏ ra bền vững nhất và có giá trị tốc độ ăn mòn chỉ bằng từ 1/3 đến 1/2 giá trị tốc độ ăn mòn của các mác thép còn lại.
Hình 1.21 Tốc độ ăn mòn thép 1Cr14Mn11 thay đổi trong dung dịch H2SO4 có nồng độ khác nhau [13].
Hình 1.22 Tốc độ ăn mòn thép 1Cr14Mn11 thay đổi trong dung dịch HCl có nồng độ khác nhau [13].
Hình 1.23 trình bày các đƣờng cong phân cực anôt thế động anôt của 4 mác thép crômmangan trong dung dịch 5% H2SO4 ở nhiệt độ phòng với tốc độ quét 1
19
mV/s. Cả 4 mác thép đều có dạng đƣờng cong phân cực anôt giống nhau. Mật độ dòng điện thụ động của thép 1Cr14Mn11 là nhỏ nhất. Khi hợp kim hóa với xeri thì mật độ dòng điện thụ động trở nên rất ổn định và càng tăng hàm lƣợng xeri trong thép thì mật độ dòng điện thụ động càng lớn. Hợp kim hóa với xeri làm điện thế ăn mòn của thép dịch chuyển về phía dƣơng tùy vào hàm lƣợng xeri cho thêm. Xét khả năng bền ăn mòn của thép theo đƣờng cong phân cực anôt thì việc hợp kim hóa thép bằng xeri đã đạt đƣợc mác thép bền vững nhất là thép có 0,15% Ce và kém bền nhất là thép có 0,50% Ce.
Hình 1.23 Đường cong phân cực anôt thép đúc 1Cr14Mn11 trong dung dịch 5% H2SO4 ở nhiệt độ phòng [13].
Đào Mạnh Hùng và Nguyễn Văn Dũng đã đánh giá độ bền ăn mòn các mác thép crômmangan 4Cr14Mn22 và 4Cr14Mn22Ce ở trạng thái đúc trong hai môi trƣờng H2SO4 và HCl với nồng độ khác nhau ở nhiệt độ phòng [14].
Trong môi trƣờng H2SO4, khi tăng nồng độ dung dịch thì tốc độ ăn mòn của các mác thép đều tăng và đạt giá trị cực đại tại nồng độ 20% và có xu hƣớng giảm xuống rõ rệt (hình 1.24). Khi hợp kim hóa thép crômmangan bằng mischmetal (0,6% Ce) thì tốc độ ăn mòn của thép 4Cr14Mn22Ce so với thép 4Cr14Mn22 hầu nhƣ ít khác nhau, hay nói khác đi ảnh hƣởng của xeri ít thuận lợi cho độ bền ăn mòn của thép.
20
Hình 1.24 Tốc độ ăn mòn các mác thép thay đổi theo nồng độ H2SO4 [14].
Trong môi trƣờng HCl khi tăng nồng độ dung dịch, tốc độ ăn mòn của thép 4Cr14Mn22Ce luôn lớn hơn so với thép 4Cr14Mn22 và cũng đạt giá trị cực đại trong khoảng nồng độ từ 1,5 M đến 2,5 M (hình 1.25). Thép 4Cr14Mn22Ce đƣợc hợp kim hóa bằng mischmetal đã làm giảm hàm lƣợng lƣu huỳnh do tạo thành CeS lấy từ MnS, hình dạng các tạp chất thay đổi sang dạng co cụm và tập trung tại một vài vị trí, thép chủ yếu bị tạp chất phi kim loại làm bẩn với kích thƣớc nhỏ phân tán đều trên toàn nền mẫu.
Hình 1.25 Tốc độ ăn mòn các mác thép thay đổi theo nồng độ dung dịch HCl [14].
Hình 1.26 biểu diễn đƣờng cong phân cực anôt thế động anôt trong dung dịch 5% H2SO4 ở nhiệt độ phòng. Trong miền thụ động cũng nhƣ trong miền hoạt
21
hóa, đƣờng cong phân cực anôt chỉ rõ thép 4Cr14Mn22 có mật độ dòng điện ăn mòn nhỏ hơn thép 4Cr14Mn22Ce. Nếu lựa chọn mật độ dòng điện giới hạn của hợp kim làm phép đo khả năng bền ăn mòn đối với các hợp kim thụ động đƣợc trong môi trƣờng không ức chế thì các giá trị mật độ dòng điện giới hạn càng thấp cho thấy độ bền ăn mòn của hợp kim thụ động càng tăng. Nhƣ vậy, thép 4Cr14Mn22 bền ăn mòn hơn thép 4Cr14Mn22Ce.
Hình 1.26 Đường cong phân cực anôt thép crôm–mangan trong dung dịch 5% H2SO4 ở nhiệt độ phòng [14].
Trong khoảng mƣời năm gần đây, thép không gỉ auxtenit chủng loại crôm– mangan ngày càng phát triển mạnh. Tuy nhiên các công trình nghiên cứu trên thế giới về vai trò của NTĐH đối với độ bền ăn mòn của thép crôm–mangan hầu nhƣ không thấy công bố mà chỉ thấy tập trung chủ yếu vào các loại thép duplex và thép auxtenit chủng loại crôm–niken [8–12]. Ở trong nƣớc cũng có một số công trình nghiên cứu trên thép không gỉ crôm–mangan đã đƣợc công bố [13, 14]. Trong các công trình này các tác giả đã xác định đƣợc vai trò có ích của NTĐH đối với độ bền ăn mòn của thép crôm–mangan. Tuy nhiên có một đặc điểm chung là chƣa có điều kiện xác định đƣợc chính xác hàm lƣợng NTĐH thực tế có trong thép đã gây ra ảnh hƣởng đó. Vì vậy cần xác định ảnh hƣởng của NTĐH đến độ bền ăn mòn của thép crôm–mangan với mối tƣơng quan giữa hàm lƣợng NTĐH và độ bền ăn mòn. Nếu
22
có điều kiện nên tìm ra hàm lƣợng NTĐH tối ƣu để thép crôm–mangan có độ bền ăn mòn lớn nhất.
Đề tài: “Ảnh hưởng của nguyên tố đất hiếm đến tính chất ăn mòn của thép không gỉ crôm–mamgan” đƣợc tiến hành nghiên cứu trong phòng thí nghiệm của Viện Kỹ thuật Nhiệt đới với hy vọng tìm đƣợc quan hệ giữa hàm lƣợng NTĐH và độ bền ăn mòn thép không gỉ crôm–mamgan để sử dụng NTĐH vào sản xuất thép không gỉ tại Việt Nam.
23