Page 39 - 《摩擦学学报》2020年第5期

594 摩 擦 学 学 报 第 40 卷

80% of the total E-C rate. With the increase of tempering temperature, the microstructure of 20Cr13 stainless steel
changed from martensite to troostite and sorbite, the carbides gradually grew, the corrosion rate increased, and the total
E-C rate also increased. It was found that 20Cr13 stainless steel displayed the most excellent E-C resistance near 250 ℃
tempering.
Key words: 20Cr13 stainless steel; tempering temperature; liquid-solid two phase flow; erosion-corrosion(E-C);
synergism

液固两相流或多相流冲刷腐蚀磨损现象广泛存 工艺对20Cr13不锈钢在液固两相介质中的冲刷腐蚀
在于矿山、化工、冶金、水利水电和石油等领域传输带 磨损性能及其交互作用的研究还不多见 [21-23] .
有固体颗粒介质的料浆泵、管道、阀和喷嘴等过流部 本文作者以煤矿排水泵首级叶轮服役工况为背
件，由于受固体颗粒的冲刷作用、料浆液的腐蚀作用 景，研究了含固体颗粒酸性液固两相流介质中回火温
以及二者的交互作用，常常引起这些过流部件快速损 度对20Cr13不锈钢冲刷腐蚀性能的影响，为提高
坏，导致设备故障、停工维修. 因而，冲蚀磨损现象已 20Cr13不锈钢叶轮材料抗冲刷腐蚀性能及延长其使
引起人们的高度关注 [1-9] . 用寿命提供试验依据.
20Cr13不锈钢是一种价格低廉的不锈钢，具有较
1 试验部分
高的强度、硬度和冲击韧性等综合力学性能，以及较
好的耐腐蚀、抗氧化和焊接等性能，广泛应用于汽轮 1.1 试验材料
机叶片、阀体、紧固件和泵轴等部件 [10-16] . 20Cr13不锈 试验材料为商品20Cr13不锈钢棒材，其主要化学
钢良好性能主要是针对不同服役条件要求，通过不同 成分列于表1中. 使用线切割机将其切割成20 mm×20 mm×
淬火加回火热处理方法得到的. 虽然很多文献研究了 20 mm的试样用于金相组织观察和硬度测试，加工成
热处理工艺及化学成分对20Cr13不锈钢组织、力学性 10 mm×10 mm×10 mm的试样用于电化学腐蚀和10 mm×
能、耐腐蚀和抗磨损等性能的影响 [13-20] . 但有关热处理 10 mm×20 mm的试样用于冲蚀磨损试验.

表 1 20Cr13不锈钢的化学成分(w%)
Table 1 Chemical composition of 20Cr13 stainless steel(%)
w(C)/% w(Si)/% w(Mn)/% w(S)/% w(P)/% w(Cr)/% w(Ni)/% w(Fe)/%
0.20 0.56 0.32 0.019 0.022 12.44 0.18 Bal.

1.2 热处理及表征 蚀磨损性能的影响，本文中选取250 ℃(低温)、450 ℃
在箱式电阻炉中进行热处理，首先将试样加热至 (中温)和650 ℃(高温)3种回火温度试样，被测试表面
1 030 ℃、保温1 h后出炉油冷淬火处理. 然后将试样分 依次用200 、600 、800 和1 200 SiC金相砂纸进行研
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别放入箱式电阻炉中在250、300、350、400、450、500、 磨，酒精冲洗及丙酮脱脂清洗吹干，准备测试. 电化学
550、600和650 ℃下保温2 h进行回火处理. 采用洛氏 极化曲线的扫描范围为−0.5~2.5 V，扫描速度为2 mV/s [9-11] .
硬度计(SHBRV/187.5)测量不同回火温度下试样的硬 利用塔菲尔外推法计算出腐蚀电流密度I corr 、腐蚀电
度，将热处理好的试样研磨抛光，用王水腐蚀3~5 s，酒 位E corr 以及材料的腐蚀速率V corr .
精清洗干燥后采用倒置式金相显微镜(OM，GX51)观 1.4 冲刷腐蚀试验
察试样的显微组织形貌，采用扫描电镜(SEM-EDS， 冲刷腐蚀试验采用自制的旋转式冲刷腐蚀试验
Merlin Compact)对析出相进行成分分析和冲刷腐蚀 机 . 纯冲刷磨损试验用料浆液为10%石英砂+蒸馏
[12]
后表面形貌观察. 水；冲刷腐蚀试验料浆液为0.5MH SO +10%石英砂+
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1.3 电化学腐蚀试验 蒸馏水，石英砂粒度为40~70目. 纯冲刷磨损试验和冲
电化学测试采用电化学工作站(CS350)进行，使 刷腐蚀试验料浆液体积均为8 L. 试验电极转速采用
用标准的三电极体系，以饱和甘汞电极(SCE)为参比 1 200 r/min(即相对线速度为13.8 m/s)，试验过程中料
电极，镀铂钛合金为辅助电极，环氧树脂密封的试样 浆液温度控制在25±3 ℃，冲击角度90º，每次试验时间
(仅1个裸露表面用于测试)为工作电极，介质0.5MH SO ， 为2 h，每组试验重复3次.
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溶剂为蒸馏水. 为了研究回火温度对电化学腐蚀和冲 冲刷腐蚀试验前，各试样外表面经研磨、酒精冲