正如之前所述,很久以前,人們就知道在奧氏體不銹鋼中添加鉬之后,耐點腐蝕能力會有所提高,這也適用于實際的鋼種。日本從1970年開始關注鉻對耐腐蝕性的影響,與此同時,也紛紛開始研究其他合金元素對耐蝕性的影響。伴隨著這些研究的開展,能改善耐點腐蝕性的奧氏體不銹鋼也被開發出來了。


  井上等(1973年)首先把15%~.25%Cr、6.5%~7%Ni、0.5%~5.5%Mo、0.03%~0.35%N、0.01%~0.08%C在(zai)規定(ding)范圍內按照(zhao)各(ge)種組合制成(cheng)奧氏體不(bu)銹(xiu)鋼,然后把(ba)這(zhe)些不(bu)銹(xiu)鋼置于30℃的10%FeCl3+1/20 mol/dm3HCl溶液中,采用(yong)(yong)多重回歸分析方法整理出了由點(dian)腐蝕(shi)造成(cheng)的腐蝕(shi)減量和化(hua)學組成(cheng)之間的關系,并把(ba)腐蝕(shi)減量的推算值Δw(g/(㎡·h))與化(hua)學組成(cheng)之間的關系用(yong)(yong)式(8-1)表示(shi)出來。


  log(Δw)=-0.3154(Cr+84.9C+10.2Si-0.3Mn+0.195Ni+2.5Mo+34.6N)+13.9820(8-1)


圖 3.jpg


  在這里,各(ge)種(zhong)(zhong)元素均用mass%表(biao)示(shi)。這一(yi)(yi)公式(shi)表(biao)明,C、N、Si、Mo、Cr使(shi)耐(nai)點(dian)腐(fu)(fu)(fu)(fu)(fu)(fu)蝕(shi)(shi)能力(li)增(zeng)強,而(er)(er)Mn卻(que)具有(you)(you)負面(mian)影(ying)(ying)響(xiang)。此(ci)外(wai),關于(yu)(yu)各(ge)種(zhong)(zhong)合(he)金(jin)元素對(dui)17 Cr-16 Ni鋼(gang)和17 Cr-16 Ni-4Mo鋼(gang)的(de)(de)(de)耐(nai)點(dian)腐(fu)(fu)(fu)(fu)(fu)(fu)蝕(shi)(shi)性的(de)(de)(de)影(ying)(ying)響(xiang),遲澤等(deng)(deng)人(1975年)采(cai)用氯化鐵浸泡試驗(yan)和對(dui)氯化物水(shui)溶液(ye)中點(dian)腐(fu)(fu)(fu)(fu)(fu)(fu)蝕(shi)(shi)電(dian)位(wei)(wei)的(de)(de)(de)測定,進(jin)行了(le)(le)系統性的(de)(de)(de)研究。其中,把合(he)金(jin)元素對(dui)17 Cr-16 Ni鋼(gang)影(ying)(ying)響(xiang)的(de)(de)(de)一(yi)(yi)部分(fen)用圖(tu)(tu)8.3表(biao)示(shi)了(le)(le)出來,從而(er)(er)證實了(le)(le)C、N、Si、Mo、Cu、W等(deng)(deng)元素使(shi)耐(nai)點(dian)腐(fu)(fu)(fu)(fu)(fu)(fu)蝕(shi)(shi)能力(li)得(de)到(dao)了(le)(le)提(ti)高。圖(tu)(tu)8.4 用來表(biao)示(shi)添加(jia)合(he)金(jin)元素對(dui)耐(nai)點(dian)腐(fu)(fu)(fu)(fu)(fu)(fu)蝕(shi)(shi)性的(de)(de)(de)影(ying)(ying)響(xiang),如圖(tu)(tu)8.4所示(shi),在酸性氯化物水(shui)溶液(ye)中的(de)(de)(de)鈍化臨界(jie)電(dian)流(liu)密度與氯化物水(shui)溶液(ye)中的(de)(de)(de)點(dian)腐(fu)(fu)(fu)(fu)(fu)(fu)蝕(shi)(shi)電(dian)位(wei)(wei)之間(jian)的(de)(de)(de)關系圖(tu)(tu)上(shang),合(he)金(jin)元素的(de)(de)(de)影(ying)(ying)響(xiang)顯示(shi)為曲線,這表(biao)明在促使(shi)不銹鋼(gang)發(fa)生(sheng)鈍化的(de)(de)(de)合(he)金(jin)化過程中,耐(nai)點(dian)腐(fu)(fu)(fu)(fu)(fu)(fu)蝕(shi)(shi)能力(li)有(you)(you)增(zeng)強的(de)(de)(de)傾向。但是在圖(tu)(tu)8.4中,只(zhi)有(you)(you)添加(jia)了(le)(le)氮的(de)(de)(de)不銹鋼(gang)偏離了(le)(le)整(zheng)體的(de)(de)(de)趨勢,與鈍化能力(li)(豎軸)相比,它更有(you)(you)助于(yu)(yu)提(ti)高點(dian)腐(fu)(fu)(fu)(fu)(fu)(fu)蝕(shi)(shi)電(dian)位(wei)(wei),所以(yi)只(zhi)有(you)(you)氮以(yi)不同(tong)的(de)(de)(de)原理使(shi)耐(nai)點(dian)腐(fu)(fu)(fu)(fu)(fu)(fu)蝕(shi)(shi)性得(de)到(dao)增(zeng)強。此(ci)外(wai),在蝕(shi)(shi)孔生(sheng)成時氮以(yi)NH4 陽離子的(de)(de)(de)形式(shi)存(cun)在于(yu)(yu)液(ye)體中,由此(ci)可推(tui)斷氮元素是通過抑制點(dian)腐(fu)(fu)(fu)(fu)(fu)(fu)蝕(shi)(shi)發(fa)生(sheng)處的(de)(de)(de)pH值下降,來避免點(dian)腐(fu)(fu)(fu)(fu)(fu)(fu)蝕(shi)(shi)進(jin)一(yi)(yi)步發(fa)展(zhan)。


圖 4.jpg


  正如表8.2所總結的那樣,人(ren)們直到1975年(nian)左(zuo)右,才比較定性、比較明確地認識(shi)了合金元素(su)對(dui)(dui)奧氏體(ti)不銹(xiu)鋼點(dian)腐蝕(shi)的影(ying)響,進而通(tong)過提高Cr、Mo、N含(han)量和降(jiang)低Mn、S含(han)量等方法,開(kai)發(fa)具有耐(nai)點(dian)腐蝕(shi)能力(li)的不銹(xiu)鋼。此外(wai),如下所述(shu),研(yan)究者(zhe)在詳細探(tan)討鉻、鎳、鉬、銅、氮等元素(su)的影(ying)響同時,漸漸轉為研(yan)究合金元素(su)對(dui)(dui)縫(feng)隙腐蝕(shi)的影(ying)響。



鹽原等(1975年)研究了Mo、V、Si元素對18 Cr-20Ni鋼的點腐蝕和縫隙腐蝕(shi)的影響,從而證實了V、Si與Mo同時存在時,防蝕效果更顯著。另外,小田等(1976年)證實了銅的添加對25 Cr-23 Ni-3 Mo鋼的點腐蝕影響較小,尤其是添加銅元素后,在25℃的5%NaCl+2%H2O2溶液中的縫隙腐蝕量會減少。





  另一方面,中(zhong)田(tian)(1976年(nian))檢測了(le)合金元素對耐(nai)縫(feng)隙(xi)(xi)(xi)(xi)腐蝕(shi)(shi)(shi)性的(de)(de)判(pan)斷標準-脫(tuo)鈍(dun)(dun)化pH(pHa)的(de)(de)影(ying)響(xiang),把(ba)合金中(zhong)的(de)(de)(%Cr)+3(%Mo)+0.5(%Ni)對pHa的(de)(de)影(ying)響(xiang)用(yong)圖8.5 表(biao)示了(le)出來(lai),并(bing)證明了(le)銅能有效抑制(zhi)縫(feng)隙(xi)(xi)(xi)(xi)腐蝕(shi)(shi)(shi)(1977年(nian)),后在(zai)上(shang)述公(gong)式中(zhong)加入2(%Cu),用(yong)圖8.6表(biao)明了(le)與(yu)縫(feng)隙(xi)(xi)(xi)(xi)腐蝕(shi)(shi)(shi)量的(de)(de)關系(xi)。一般認為,鉬對縫(feng)隙(xi)(xi)(xi)(xi)腐蝕(shi)(shi)(shi)的(de)(de)影(ying)響(xiang)效果(guo)通過由鉬酸生(sheng)(sheng)成(cheng)引起(qi)的(de)(de)再鈍(dun)(dun)化來(lai)實現。根據鈴木(1979年(nian))的(de)(de)研(yan)究(jiu)成(cheng)果(guo),一般來(lai)說,鉬在(zai)奧氏體不銹鋼或鐵素體不銹鋼中(zhong)的(de)(de)濃度大于2%~3%時,就能有效抑制(zhi)縫(feng)隙(xi)(xi)(xi)(xi)腐蝕(shi)(shi)(shi)的(de)(de)發生(sheng)(sheng)。如果(guo)鉬在(zai)縫(feng)隙(xi)(xi)(xi)(xi)中(zhong)偏析后能發生(sheng)(sheng)再鈍(dun)(dun)化,那么(me)為確保(bao)一定比(bi)例以(yi)上(shang)的(de)(de)阻化劑濃度,2%~3%的(de)(de)鉬就是必(bi)要(yao)的(de)(de)組成(cheng)部分。


 圖 6.jpg 圖 5.jpg



   此(ci)外,小林等(1978年)研究了氮(dan)是如(ru)何影響Cr、Ni、Mo含(han)量不(bu)同的(de)(de)奧(ao)氏體不(bu)銹鋼(gang)(gang)的(de)(de)點腐蝕(shi)(shi)和縫(feng)隙腐蝕(shi)(shi)的(de)(de),他發現(xian)在(zai)20%~24%Cr、12%~20%Ni、2.5%~4.4%Mo這(zhe)一(yi)(yi)范(fan)圍內的(de)(de)不(bu)銹鋼(gang)(gang),比如(ru)22 Cr-20 Ni-3 Mo鋼(gang)(gang)中添加氮(dan)后(hou),點腐蝕(shi)(shi)臨界(jie)溫度升(sheng)高(gao),能有(you)效抗腐蝕(shi)(shi)。鉻(ge)及鉬(mu)的(de)(de)含(han)量越高(gao),抗腐蝕(shi)(shi)效果越明顯,而且氮(dan)也(ye)能改善縫(feng)隙腐蝕(shi)(shi)性,這(zhe)一(yi)(yi)效果也(ye)多(duo)見于高(gao)鉻(ge)、高(gao)鉬(mu)鋼(gang)(gang)。


 杉本等(deng)(1980年)針對0.3%~4%Cu、0.03%~0.1%N、0.8%~1.5%Si對19 Cr-10 Ni-1 Mo鋼(gang)(gang)耐(nai)蝕性(xing)的影響進行了研究。他們(men)測定了其在25℃的3.5%NaCl及(ji)80℃的1000x10-4%(ppm)Cl-中的點腐蝕電位(wei),結果顯(xian)示(shi)銅使(shi)耐(nai)點腐蝕性(xing)降(jiang)低,而氮和硅使(shi)耐(nai)點腐蝕性(xing)升(sheng)高,并開發了與SUS316一樣的耐(nai)局部(bu)腐蝕不銹(xiu)鋼(gang)(gang),即鉬含量減少的19Cr-10Ni-1Mo-1.5Si-0.1N鋼(gang)(gang)。


  關(guan)于Cu(0.5%~2%)、Mo(0.5%~1%)對(dui)18Cr-10Ni鋼局部(bu)腐(fu)蝕(shi)(shi)的(de)影響,大橋等(1980年(nian))測定了在(zai)40℃的(de)5%NaCl溶(rong)液中的(de)點腐(fu)蝕(shi)(shi)電(dian)位(wei),發現銅有(you)使(shi)點腐(fu)蝕(shi)(shi)電(dian)位(wei)略(lve)微降(jiang)(jiang)低的(de)傾(qing)向,銅的(de)添加使(shi)40℃的(de)5%NaCl+2%H2O2溶(rong)液中的(de)腐(fu)蝕(shi)(shi)度降(jiang)(jiang)低,使(shi)縫隙部(bu)位(wei)的(de)腐(fu)蝕(shi)(shi)均勻。


此外,針(zhen)對Ni(20%~45%)和Cr(15%~30%)對含(han)3%Mo的(de)高鎳奧(ao)氏體不銹鋼(gang)的(de)影響,本(ben)田等(1983年)通過氯化(hua)鐵浸(jin)泡試驗(yan)進(jin)行了研(yan)究(jiu),結果(guo)如圖8.7所(suo)示,鎳的(de)防蝕效果(guo)雖比(bi)鉻小,但添加大量的(de)鎳后,效果(guo)就比(bi)較(jiao)明顯。


圖 7.jpg


  另外,20Cr-25Ni-6Mo鋼(gang)(gang)具有(you)良好的(de)耐(nai)局部腐蝕(shi)(shi)(shi)(shi)性(xing)(xing),名越等(1984年)就Cu、N、Ni含(han)量(liang)(liang)對該鋼(gang)(gang)點腐蝕(shi)(shi)(shi)(shi)和縫(feng)隙(xi)腐蝕(shi)(shi)(shi)(shi)的(de)影響進行(xing)了(le)深入的(de)研究,從而證實了(le)氮(dan)(dan)具有(you)耐(nai)點腐蝕(shi)(shi)(shi)(shi)的(de)效果,與(yu)此同時也(ye)表明了(le)鎳含(han)量(liang)(liang)的(de)減少能(neng)降低焊接部位的(de)耐(nai)蝕(shi)(shi)(shi)(shi)性(xing)(xing)。另外他(ta)們還(huan)進行(xing)了(le)實驗室(shi)及海水浸(jin)泡實驗,由此證實了(le)通(tong)過添(tian)加氮(dan)(dan)元(yuan)素和降低硫含(han)量(liang)(liang),銅添(tian)加鋼(gang)(gang)的(de)耐(nai)點腐蝕(shi)(shi)(shi)(shi)性(xing)(xing)和耐(nai)縫(feng)隙(xi)腐蝕(shi)(shi)(shi)(shi)性(xing)(xing)增強。


 宇城等(1984年)也對(dui)(dui)改(gai)變Ni、N含量后的(de)26Cr-19~30Ni-6Mo鋼和20Cr-22~25Ni-6Mo鋼進行了(le)點腐蝕(shi)電位(wei)(wei)測(ce)(ce)定(ding)和氯化鐵(tie)浸泡試驗,從(cong)而證(zheng)實了(le)氮元素能顯著(zhu)提高耐點腐蝕(shi)性(xing)、耐縫(feng)隙(xi)腐蝕(shi)性(xing),并表明(ming)了(le)縫(feng)隙(xi)腐蝕(shi)性(xing)大致可以用%Cr+3(%Mo)+70(%N)來衡量。此后,太田(tian)等(1986年)針對(dui)(dui)添(tian)加了(le)0.7%N的(de)20Cr-10Ni 鋼,采用加壓溶(rong)解的(de)方法測(ce)(ce)定(ding)了(le)該鋼在40℃的(de)0.5 mol/dm3 NaCl 溶(rong)液中(zhong)的(de)點腐蝕(shi)電位(wei)(wei),結(jie)果表明(ming)20Cr-10Ni-0.7N鋼的(de)耐點腐蝕(shi)性(xing)比(bi)SUS316鋼優良得多。


 岡山等(1987年)測(ce)定了80℃的(de)(de)3%NaCl溶液(ye)中的(de)(de)縫(feng)隙再鈍化電位(ER),采用(yong)多重回(hui)歸分析(xi)(xi)法分析(xi)(xi)了合金元素(su)對(dui)ER的(de)(de)影(ying)響。該(gai)分析(xi)(xi)結果(guo)(guo)表(biao)明,對(dui)奧氏體不銹鋼(gang)來(lai)(lai)說,鉻(ge)和(he)鉬(mu)使(shi)ER升(sheng)高,但鉬(mu)對(dui)含有2%~3%Cu的(de)(de)不銹鋼(gang)卻沒有這種作用(yong),而是(shi)銅的(de)(de)添加使(shi)ER升(sheng)高。另外,該(gai)結果(guo)(guo)還表(biao)明鎳含量(liang)的(de)(de)增(zeng)加使(shi)ER降(jiang)低,氮沒有使(shi)ER升(sheng)高。并且他們在25℃、12%NaCl溶液(ye)中測(ce)量(liang)出奧氏體不銹鋼(gang)的(de)(de)脫鈍化pH(pHa)值,并把合金元素(su)對(dui)pH,值的(de)(de)影(ying)響用(yong)下式表(biao)示(shi)出來(lai)(lai),其(qi)中元素(su)用(yong)mass%表(biao)示(shi)。


pHd=-0.248Cr+1.29logNi-0.219Mo+2.66C+74.9S+4.09


另外(wai),針對Cu含量在0.9%以(yi)上的奧氏體不(bu)銹(xiu)鋼,得出下式(shi):


pHd=-0.144Cr+1.73logNi-0.206Mo-0.146Cu+1.17Si-0.177Nb+1.89


 也就是說,Cr、Mo、Cu使(shi)pH,值(zhi)降(jiang)低,但與(yu)鐵素體不銹鋼(gang)(gang)或雙相(xiang)(xiang)不銹鋼(gang)(gang)不同(tong)的(de)是,鎳使(shi)奧氏體不銹鋼(gang)(gang)的(de)pH,值(zhi)下(xia)降(jiang)。可見,在(zai)鎳對不銹鋼(gang)(gang)的(de)影響方(fang)面,這一(yi)結(jie)果(guo)與(yu)剛才所示的(de)中田等人的(de)結(jie)果(guo)相(xiang)(xiang)矛盾。而且在(zai)這一(yi)研究(jiu)中沒有涉及氮元素的(de)影響。


針對18Cr-14Ni和14Cr-16Ni鋼,陳等人(1996年(nian))通過(guo)使(shi)用莫爾條紋(wen)法(fa)的(de)腐(fu)蝕(shi)面三維測量系統,測定了合金元(yuan)素(P、Si、Mn、Cu、Al)對這兩種鋼在80℃、3%NaCl溶液中產(chan)生縫隙腐(fu)蝕(shi)和腐(fu)蝕(shi)擴散時(shi)的(de)溶解所造成的(de)影(ying)響(xiang)(xiang)(xiang)。該研究結果表明,合金元(yuan)素對初級階段的(de)縫隙腐(fu)蝕(shi)只(zhi)產(chan)生很小(xiao)的(de)影(ying)響(xiang)(xiang)(xiang),而對處于發展階段的(de)腐(fu)蝕(shi)(即(ji)ER)的(de)影(ying)響(xiang)(xiang)(xiang)卻很大。


上述(shu)各(ge)個試驗結(jie)果明確(que)了Cr、Mo、N對縫隙(xi)腐蝕具有(you)抑制效(xiao)果。關于鎳(nie)的影(ying)響目前還不清楚,但因(yin)為奧氏(shi)體不銹鋼中含(han)有(you)大量的鎳(nie),所以今(jin)后應該進一步明確(que)鎳(nie)對腐蝕的影(ying)響程度及其結(jie)構(gou)。