1. 鉻、鉬等元素對鐵素體不(bu)銹鋼(gang)耐蝕(shi)性能(neng)的影響
岡田等(1973年)通過氯化鐵浸泡試驗和陽極極化試驗,檢測了Cr(20%~30%)、Mo(0%~4%)及Nb(0%~2%)對鐵素體不銹鋼耐點腐蝕性的影響,結果顯示耐點腐蝕性主要由鉻和鉬的含量決定,當鉻含量為25%以上時,鐵的鈍化特性明顯得到改善。由此,岡田研制開發了25 Cr-3Mo-0.7Nb-0.03C鋼。為了進一步增強該不銹鋼的韌性,他們使鋼中的鎳元素增至8%,這樣之后耐點腐蝕能力反而下降,這是因為鐵素體單相變成了雙相的緣故。另外,小川等(1978年)通過AES、XPS發現,鋼鐵中的鉻含量越多,鈍化膜中的鉻比例越大,從而鈍化膜更穩定,這正是高鉻鋼擁有良好的耐點腐蝕能力的原因所在。
宮川等(1975年(nian))[41]使(shi)用25℃、5%NaCl溶(rong)液,檢測了Mo(0.5%~5%)、Mn(0%~3%)、S(0%~0.095%)如何影響(xiang)18Cr鋼在食鹽水中(zhong)的點腐蝕(shi)電(dian)(dian)位(wei)(wei),結果(guo)表明鉬含量(liang)(liang)(liang)增(zeng)加(jia)后(hou),點腐蝕(shi)電(dian)(dian)位(wei)(wei)升高(即耐點腐蝕(shi)能(neng)力(li)增(zeng)強);錳含量(liang)(liang)(liang)在1%以(yi)上時點腐蝕(shi)電(dian)(dian)位(wei)(wei)不受影響(xiang),1%以(yi)下時含量(liang)(liang)(liang)越(yue)少(shao),點腐蝕(shi)電(dian)(dian)位(wei)(wei)越(yue)高;硫(liu)含量(liang)(liang)(liang)越(yue)多,點腐蝕(shi)電(dian)(dian)位(wei)(wei)越(yue)低。
久松等(deng)(1976年(nian))采用再鈍(dun)化(hua)電位(縫隙內溶(rong)解反應(ying)完全停止(zhi)后,再度發生鈍(dun)化(hua)的(de)電位)此(ci)為衡量縫隙腐蝕安(an)全性的(de)標準,研究了鉬含量對25%Cr鋼的(de)影響,表明鉬具有防止(zhi)縫隙腐蝕的(de)效果。
還(huan)有,辻(辻)(1976年)等(deng)分析了Cr(16.9%~19.0%)、Mo(0%~3%)及各種微量元素的(de)含量對(dui)5%FeCl3+0.05 mol/dm3HCl溶(rong)液中的(de)18Cr-Mo系(xi)鋼點(dian)腐蝕(shi)(shi)的(de)影(ying)響,其中對(dui)耐點(dian)腐蝕(shi)(shi)性影(ying)響較大的(de)鉻及鉬的(de)影(ying)響如下式所示。
30℃時的(de)腐蝕(shi)度=35.25-1.53(%Cr)-1.65(%Mo),g/(㎡·h)
50℃時的腐蝕度=43.60-1.24(%Cr)-2.55(%Mo),g/(㎡·h)
由此可知(zhi),鉬的(de)影響(xiang)效果是鉻的(de)1~2倍。另外,它(ta)還表明了含有Cr、Mo組合成分的(de)鋼(gang)19Cr-2Mo和18Cr-3Mo都具有比SUS304更強的(de)耐點(dian)(dian)腐蝕(shi)性,而Si、Mn、Ni、Cu、P、S對點(dian)(dian)腐蝕(shi)的(de)影響(xiang)都很小。
另外(wai),岡田等(1987年)[44]使用54種不(bu)銹(xiu)鋼(gang),測定了它們在(zai)(zai)80℃、5%NaCl溶(rong)液中的(de)(de)(de)縫(feng)(feng)(feng)隙腐蝕(shi)的(de)(de)(de)臨界電(dian)位(wei),即(ji)縫(feng)(feng)(feng)隙腐蝕(shi)再(zai)鈍(dun)化(hua)電(dian)位(wei),然后經過重回歸分析,更加明確(que)了合金元素對(dui)縫(feng)(feng)(feng)隙腐蝕(shi)的(de)(de)(de)影(ying)響(xiang),其中Mo、Ni元素使鐵(tie)(tie)素體不(bu)銹(xiu)鋼(gang)(15種)的(de)(de)(de)縫(feng)(feng)(feng)隙腐蝕(shi)再(zai)鈍(dun)化(hua)電(dian)位(wei)升高。另外(wai),還在(zai)(zai)25℃的(de)(de)(de)12%NaCl溶(rong)液中測定了衡量耐縫(feng)(feng)(feng)隙腐蝕(shi)能力的(de)(de)(de)去(qu)鈍(dun)化(hua)pH值[45](pHa depassivation pH,由(you)于金屬離子的(de)(de)(de)加水(shui)分解,縫(feng)(feng)(feng)隙內(nei)的(de)(de)(de)pH值下降,活性溶(rong)解開(kai)始的(de)(de)(de)pH值),鐵(tie)(tie)素體的(de)(de)(de)脫離鈍(dun)化(hua)pH值如下式所(suo)示,Mo、Ni的(de)(de)(de)影(ying)響(xiang)同(tong)樣存在(zai)(zai)。
pHd=-0.157 log(%Ni)-0.460(%Mo)+1.15
2. 鈦、鈮、鋯元素對鐵(tie)素體(ti)不銹鋼耐蝕性能的影響
與(yu)Cr、Mo不(bu)同,為(wei)防止鐵素體(ti)不(bu)銹(xiu)鋼發生(sheng)晶間(jian)腐(fu)蝕而添加(jia)的(de)Ti、Nb、Zr等元素,是通過(guo)固定(ding)C、N來改善耐(nai)點腐(fu)蝕性和耐(nai)縫(feng)隙腐(fu)蝕性的(de),另外Ti還擁有(you)其(qi)他功效。
首先(xian),小林等(1973年)研究了(le)V、Ti、Zr的添加(jia)對17Cr、17Cr-2Mo、25Cr、25Cr-1Mo鋼(gang)耐點(dian)腐(fu)(fu)蝕性的影(ying)(ying)響(xiang)(xiang),結果表(biao)明(ming)Ti、Zr通過固(gu)(gu)定C、N來抑(yi)制鉻的碳化物或氮化物的生成,由此來影(ying)(ying)響(xiang)(xiang)鋼(gang)的耐點(dian)腐(fu)(fu)蝕性。而且他們還在試(shi)驗(yan)中證明(ming)了(le)釩(fan)對耐點(dian)腐(fu)(fu)蝕的影(ying)(ying)響(xiang)(xiang)雖(sui)然與(yu)C、N的固(gu)(gu)定無關,但釩(fan)的影(ying)(ying)響(xiang)(xiang)程度比鉬要小。
另外,門等(deng)(1976年)證明了在17Cr系鋼中添加(jia)鈦后,其耐點腐(fu)(fu)蝕性(耐銹性)增(zeng)強,尤其是未與C、N結合(he)的(de)固溶Ti的(de)含量(liang)達到0.2%以(yi)上(shang)時(shi),容易引發腐(fu)(fu)蝕的(de)MnS消失,并(bing)變為TiS.山本等(deng)(1976年)針對C、N影響(xiang)大大減(jian)少的(de)超低C、N13Cr鋼所做試驗表明,添加(jia)0.3%的(de)Ti后,鈍化膜會更加(jia)穩定,因(yin)此固溶Ti能有效防(fang)止腐(fu)(fu)蝕。
足立等(deng)(1978年)也(ye)對(dui)17Cr鋼(gang)進行(xing)了系(xi)統性的(de)(de)(de)研(yan)究,結果(guo)發現鈦(tai)(tai)或鈮的(de)(de)(de)添加能提高(gao)17Cr鋼(gang)的(de)(de)(de)耐(nai)(nai)點(dian)腐蝕性,這一效果(guo)能通過這些(xie)元素(su)與C+N總量(liang)(liang)的(de)(de)(de)比例(li)來表(biao)示,而(er)添加了Ti元素(su)的(de)(de)(de)鋼(gang)材(cai)耐(nai)(nai)點(dian)腐蝕能力更強(qiang)。這是因為(wei)添加了鈮元素(su)的(de)(de)(de)鋼(gang)材(cai)中含有(you)MnS,而(er)鈦(tai)(tai)促使了硫化物的(de)(de)(de)生成,這使容易引發腐蝕的(de)(de)(de)MnS消失。而(er)且鈦(tai)(tai)也(ye)有(you)抑制蝕孔內活(huo)性溶(rong)(rong)解(jie)的(de)(de)(de)作(zuo)用(yong)。另外,中田等(deng)(1979年)也(ye)認為(wei)在(zai)17Cr-Ti鋼(gang)中,主要(yao)原(yuan)材(cai)料(liao)和介質的(de)(de)(de)耐(nai)(nai)蝕性也(ye)隨(sui)著鈦(tai)(tai)含量(liang)(liang)的(de)(de)(de)增(zeng)多而(er)提高(gao),固溶(rong)(rong)鈦(tai)(tai)改善了耐(nai)(nai)銹性。
并且(qie),根(gen)據(ju)足立等(deng)(1978年)的(de)研(yan)究,在耐蝕性更好的(de)18Cr-2Mo中添加鈦(tai)和(he)鈮后(hou),鈦(tai)和(he)鈮的(de)差(cha)別顯(xian)示不出來。