Mit der rasanten Entwicklung der Sozialwirtschaft rücken die Weiten des Ozeans und seine reichen Meeresressourcen zunehmend in den Fokus der Öffentlichkeit. Der Ozean ist eine wahre Schatzkammer an Ressourcen, reich an biologischen, energetischen und marinen Energieressourcen. Die Entwicklung und Nutzung mariner Ressourcen sind untrennbar mit der Forschung und Entwicklung von Spezialwerkstoffen für den maritimen Bereich verbunden. Reibung und Verschleiß in den rauen Meeresumgebungen stellen dabei zentrale Herausforderungen dar, die die Anwendung solcher Werkstoffe und die Entwicklung von Schiffsausrüstung einschränken. In dieser Studie wird das Korrosions- und Verschleißverhalten der Edelstähle 316L und 2205 unter zwei gängigen Meerwasserbedingungen untersucht: Meerwasserkorrosion und kathodischer Korrosionsschutz. Mithilfe verschiedener Prüfmethoden wie Röntgenbeugung (XRD), Metallographie, elektrochemischen Tests und der Analyse der Korrosions- und Verschleißphasenveränderungen im Mikrogefüge wird der Einfluss des Gleitverschleißes in Meerwasser auf die Korrosions- und Verschleißeigenschaften des Edelstahls analysiert. Die Forschungsergebnisse sind wie folgt:
(1) Der Verschleiß von 316L unter hoher Belastung ist geringer als unter niedriger Belastung. Röntgenbeugungs- und metallographische Analysen zeigen, dass 316L während des Gleitverschleißes in Meerwasser eine martensitische Umwandlung durchläuft, deren Umwandlungseffizienz bei etwa 60 % oder mehr liegt. Ein Vergleich der Martensit-Umwandlungsraten unter zwei Meerwasserbedingungen ergab, dass die Meerwasserkorrosion die Martensit-Umwandlung hemmt.
(2) Mittels potentiodynamischer Polarisationsmessungen und elektrochemischer Impedanzspektroskopie wurde der Einfluss mikrostruktureller Veränderungen von 316L auf das Korrosionsverhalten untersucht. Die Ergebnisse zeigten, dass die martensitische Phasenumwandlung die Eigenschaften und die Stabilität der Passivschicht auf der Edelstahloberfläche beeinträchtigt und somit zu Korrosion führt. Die Korrosionsbeständigkeit wird geschwächt; die elektrochemische Impedanzspektroskopie (EIS) bestätigte diese Schlussfolgerung. Der entstehende Martensit und der nicht umgewandelte Austenit bilden eine mikroskopische elektrische Kopplung, die wiederum das elektrochemische Verhalten des Edelstahls verändert.
(3) Der materielle Verlust vonEdelstahl 316LUnter Meerwasser umfasst der Materialverlust reine Reibung und Verschleiß (W0), den synergistischen Effekt der Korrosion auf den Verschleiß (S') und den synergistischen Effekt des Verschleißes auf die Korrosion (S'), während die martensitische Phasenumwandlung den Zusammenhang zwischen dem Materialverlust der einzelnen Teile beeinflusst.
(4) Das Korrosions- und Verschleißverhalten von2205Es wurde der Verschleiß von Zweiphasenstahl unter zwei verschiedenen Meerwasserbedingungen untersucht. Die Ergebnisse zeigten, dass der Verschleiß des Zweiphasenstahls 2205 unter hoher Belastung geringer war und dass der Gleitverschleiß in Meerwasser zur Bildung der σ-Phase an der Oberfläche des Stahls führte. Mikrostrukturelle Veränderungen wie Deformationen, Versetzungen und Gitterverschiebungen verbessern die Verschleißfestigkeit des Zweiphasenstahls. Im Vergleich zu 316L weist der Zweiphasenstahl 2205 eine geringere Verschleißrate und eine bessere Verschleißfestigkeit auf.
(5) Zur Untersuchung der elektrochemischen Eigenschaften der Verschleißoberfläche des Zweiphasenstahls wurde eine elektrochemische Messstation verwendet. Nach Gleitverschleiß in Meerwasser wurde das Selbstkorrosionspotenzial des2205Der Zweiphasenstahl nahm ab und die Stromdichte zu; aus der elektrochemischen Impedanzspektroskopie (EIS) wurde außerdem geschlossen, dass der Widerstandswert der Verschleißoberfläche von Duplexstahl abnimmt und die Beständigkeit gegen Meerwasserkorrosion geschwächt wird; die durch den Gleitverschleiß von Duplexstahl durch Meerwasser entstehende σ-Phase reduziert die Cr- und Mo-Elemente um das Ferrit und Austenit herum, wodurch Duplexstahl anfälliger für Meerwasserkorrosion wird, und in diesen defekten Bereichen bilden sich auch gerne Lochfraßstellen.
(6) Der materielle Verlust vonDuplexstahl 2205Der Hauptgrund für den Materialverlust liegt in reiner Reibung und Verschleiß, der etwa 80 bis 90 % des Gesamtverlustes ausmacht. Im Vergleich zu Edelstahl 316L ist der Materialverlust an den einzelnen Bauteilen von Duplexstahl geringer als bei 316L.
Zusammenfassend lässt sich feststellen, dass der Zweiphasenstahl 2205 eine bessere Korrosionsbeständigkeit in Meerwasserumgebungen aufweist und sich daher besser für Anwendungen in Meerwasserkorrosions- und verschleißbelasteten Umgebungen eignet.
Veröffentlichungsdatum: 04.12.2023