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(deng)(1973年)首(shou)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)范圍內按照各(ge)種(zhong)組(zu)合制(zhi)成奧氏體不銹(xiu)鋼,然后把這些(xie)不銹(xiu)鋼置于30℃的(de)10%FeCl3+1/20 mol/dm3HCl溶(rong)液中(zhong),采(cai)用(yong)多重(zhong)回歸分析方法整理出(chu)了(le)由點腐蝕(shi)造成的(de)腐蝕(shi)減量(liang)和化學組(zu)成之(zhi)間的(de)關(guan)(guan)系(xi),并把腐蝕(shi)減量(liang)的(de)推算值(zhi)Δw(g/(㎡·h))與化學組(zu)成之(zhi)間的(de)關(guan)(guan)系(xi)用(yong)式(8-1)表示出(chu)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(zai)(zai)這(zhe)里,各(ge)種(zhong)元(yuan)(yuan)素(su)(su)均用mass%表(biao)(biao)示(shi)。這(zhe)一(yi)(yi)公式(shi)表(biao)(biao)明,C、N、Si、Mo、Cr使(shi)耐點腐(fu)(fu)蝕(shi)(shi)(shi)(shi)(shi)能(neng)力(li)增強,而Mn卻具有(you)負面影(ying)(ying)響(xiang)(xiang)。此(ci)外,關(guan)于各(ge)種(zhong)合金(jin)元(yuan)(yuan)素(su)(su)對(dui)17 Cr-16 Ni鋼和(he)(he)17 Cr-16 Ni-4Mo鋼的(de)耐點腐(fu)(fu)蝕(shi)(shi)(shi)(shi)(shi)性(xing)(xing)的(de)影(ying)(ying)響(xiang)(xiang),遲(chi)澤(ze)等人(1975年)采用氯(lv)化(hua)鐵(tie)浸(jin)泡試(shi)驗和(he)(he)對(dui)氯(lv)化(hua)物水溶(rong)液中(zhong)(zhong)點腐(fu)(fu)蝕(shi)(shi)(shi)(shi)(shi)電位(wei)的(de)測定,進行了(le)(le)(le)系(xi)統性(xing)(xing)的(de)研(yan)究。其中(zhong)(zhong),把合金(jin)元(yuan)(yuan)素(su)(su)對(dui)17 Cr-16 Ni鋼影(ying)(ying)響(xiang)(xiang)的(de)一(yi)(yi)部(bu)分用圖8.3表(biao)(biao)示(shi)了(le)(le)(le)出來,從而證實了(le)(le)(le)C、N、Si、Mo、Cu、W等元(yuan)(yuan)素(su)(su)使(shi)耐點腐(fu)(fu)蝕(shi)(shi)(shi)(shi)(shi)能(neng)力(li)得到了(le)(le)(le)提高(gao)。圖8.4 用來表(biao)(biao)示(shi)添加合金(jin)元(yuan)(yuan)素(su)(su)對(dui)耐點腐(fu)(fu)蝕(shi)(shi)(shi)(shi)(shi)性(xing)(xing)的(de)影(ying)(ying)響(xiang)(xiang),如圖8.4所(suo)示(shi),在(zai)(zai)酸性(xing)(xing)氯(lv)化(hua)物水溶(rong)液中(zhong)(zhong)的(de)鈍(dun)(dun)化(hua)臨界電流密度(du)與氯(lv)化(hua)物水溶(rong)液中(zhong)(zhong)的(de)點腐(fu)(fu)蝕(shi)(shi)(shi)(shi)(shi)電位(wei)之間的(de)關(guan)系(xi)圖上,合金(jin)元(yuan)(yuan)素(su)(su)的(de)影(ying)(ying)響(xiang)(xiang)顯示(shi)為曲線,這(zhe)表(biao)(biao)明在(zai)(zai)促使(shi)不銹鋼發(fa)生(sheng)鈍(dun)(dun)化(hua)的(de)合金(jin)化(hua)過(guo)(guo)程中(zhong)(zhong),耐點腐(fu)(fu)蝕(shi)(shi)(shi)(shi)(shi)能(neng)力(li)有(you)增強的(de)傾向。但是在(zai)(zai)圖8.4中(zhong)(zhong),只有(you)添加了(le)(le)(le)氮(dan)的(de)不銹鋼偏(pian)離了(le)(le)(le)整體的(de)趨(qu)勢,與鈍(dun)(dun)化(hua)能(neng)力(li)(豎軸(zhou))相(xiang)比,它(ta)更有(you)助于提高(gao)點腐(fu)(fu)蝕(shi)(shi)(shi)(shi)(shi)電位(wei),所(suo)以只有(you)氮(dan)以不同的(de)原理(li)使(shi)耐點腐(fu)(fu)蝕(shi)(shi)(shi)(shi)(shi)性(xing)(xing)得到增強。此(ci)外,在(zai)(zai)蝕(shi)(shi)(shi)(shi)(shi)孔(kong)生(sheng)成時(shi)氮(dan)以NH4 陽離子的(de)形式(shi)存在(zai)(zai)于液體中(zhong)(zhong),由此(ci)可推(tui)斷氮(dan)元(yuan)(yuan)素(su)(su)是通過(guo)(guo)抑制(zhi)點腐(fu)(fu)蝕(shi)(shi)(shi)(shi)(shi)發(fa)生(sheng)處的(de)pH值下降,來避免點腐(fu)(fu)蝕(shi)(shi)(shi)(shi)(shi)進一(yi)(yi)步發(fa)展。


圖 4.jpg


  正如表8.2所總結的那樣,人們直到1975年左右,才比較(jiao)定(ding)性、比較(jiao)明(ming)確地(di)認識了合(he)金元(yuan)素對奧氏體不(bu)銹(xiu)鋼點腐(fu)蝕的影響(xiang),進而(er)通(tong)過(guo)提(ti)高Cr、Mo、N含(han)量和降低Mn、S含(han)量等(deng)方法,開發具有耐點腐(fu)蝕能力的不(bu)銹(xiu)鋼。此外,如下所述(shu),研究者(zhe)在詳(xiang)細探討鉻、鎳、鉬、銅、氮等(deng)元(yuan)素的影響(xiang)同時,漸漸轉為研究合(he)金元(yuan)素對縫隙腐(fu)蝕的影響(xiang)。



鹽原等(1975年)研究了Mo、V、Si元素對18 Cr-20Ni鋼的點腐蝕和縫(feng)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(ling)一(yi)方面,中(zhong)田(1976年(nian))檢(jian)測了(le)合金元(yuan)素對(dui)耐縫隙(xi)(xi)腐(fu)(fu)蝕(shi)(shi)性的(de)(de)(de)判斷標準-脫鈍(dun)化(hua)(hua)pH(pHa)的(de)(de)(de)影(ying)(ying)響(xiang),把合金中(zhong)的(de)(de)(de)(%Cr)+3(%Mo)+0.5(%Ni)對(dui)pHa的(de)(de)(de)影(ying)(ying)響(xiang)用圖8.5 表(biao)示了(le)出來,并證明了(le)銅能(neng)有(you)效(xiao)抑制(zhi)(zhi)縫隙(xi)(xi)腐(fu)(fu)蝕(shi)(shi)(1977年(nian)),后(hou)在上述公式中(zhong)加入(ru)2(%Cu),用圖8.6表(biao)明了(le)與縫隙(xi)(xi)腐(fu)(fu)蝕(shi)(shi)量的(de)(de)(de)關(guan)系。一(yi)般認為(wei)(wei),鉬(mu)(mu)對(dui)縫隙(xi)(xi)腐(fu)(fu)蝕(shi)(shi)的(de)(de)(de)影(ying)(ying)響(xiang)效(xiao)果(guo)通過由鉬(mu)(mu)酸生成引(yin)起的(de)(de)(de)再鈍(dun)化(hua)(hua)來實現。根(gen)據(ju)鈴木(1979年(nian))的(de)(de)(de)研究成果(guo),一(yi)般來說(shuo),鉬(mu)(mu)在奧氏體不(bu)銹鋼或鐵(tie)素體不(bu)銹鋼中(zhong)的(de)(de)(de)濃(nong)度(du)大于2%~3%時,就(jiu)能(neng)有(you)效(xiao)抑制(zhi)(zhi)縫隙(xi)(xi)腐(fu)(fu)蝕(shi)(shi)的(de)(de)(de)發生。如果(guo)鉬(mu)(mu)在縫隙(xi)(xi)中(zhong)偏析后(hou)能(neng)發生再鈍(dun)化(hua)(hua),那么為(wei)(wei)確保(bao)一(yi)定比例以上的(de)(de)(de)阻化(hua)(hua)劑濃(nong)度(du),2%~3%的(de)(de)(de)鉬(mu)(mu)就(jiu)是必(bi)要(yao)的(de)(de)(de)組成部(bu)分。


 圖 6.jpg 圖 5.jpg



   此外,小林等(1978年)研究(jiu)了氮是如何影響(xiang)Cr、Ni、Mo含(han)量不同的(de)奧氏體不銹鋼(gang)(gang)(gang)的(de)點腐(fu)蝕(shi)(shi)和縫隙(xi)腐(fu)蝕(shi)(shi)的(de),他(ta)發現在20%~24%Cr、12%~20%Ni、2.5%~4.4%Mo這(zhe)一范圍內的(de)不銹鋼(gang)(gang)(gang),比(bi)如22 Cr-20 Ni-3 Mo鋼(gang)(gang)(gang)中添加氮后(hou),點腐(fu)蝕(shi)(shi)臨(lin)界溫度升高(gao),能有(you)效(xiao)抗(kang)腐(fu)蝕(shi)(shi)。鉻及鉬的(de)含(han)量越高(gao),抗(kang)腐(fu)蝕(shi)(shi)效(xiao)果(guo)越明顯,而(er)且氮也(ye)能改善縫隙(xi)腐(fu)蝕(shi)(shi)性,這(zhe)一效(xiao)果(guo)也(ye)多見于高(gao)鉻、高(gao)鉬鋼(gang)(gang)(gang)。


 杉本等(1980年)針對(dui)0.3%~4%Cu、0.03%~0.1%N、0.8%~1.5%Si對(dui)19 Cr-10 Ni-1 Mo鋼耐(nai)(nai)蝕性的影響進行(xing)了研究。他們(men)測定(ding)了其在25℃的3.5%NaCl及80℃的1000x10-4%(ppm)Cl-中的點(dian)腐蝕電位,結(jie)果顯示銅使耐(nai)(nai)點(dian)腐蝕性降低,而氮(dan)和硅使耐(nai)(nai)點(dian)腐蝕性升高,并開發了與SUS316一樣的耐(nai)(nai)局部腐蝕不(bu)銹鋼,即鉬含(han)量減(jian)少的19Cr-10Ni-1Mo-1.5Si-0.1N鋼。


  關于Cu(0.5%~2%)、Mo(0.5%~1%)對(dui)18Cr-10Ni鋼(gang)局部腐(fu)蝕(shi)(shi)的(de)(de)(de)影響,大橋等(1980年)測定(ding)了在40℃的(de)(de)(de)5%NaCl溶液中的(de)(de)(de)點腐(fu)蝕(shi)(shi)電位,發現銅有使點腐(fu)蝕(shi)(shi)電位略(lve)微降低的(de)(de)(de)傾向(xiang),銅的(de)(de)(de)添加使40℃的(de)(de)(de)5%NaCl+2%H2O2溶液中的(de)(de)(de)腐(fu)蝕(shi)(shi)度(du)降低,使縫(feng)隙部位的(de)(de)(de)腐(fu)蝕(shi)(shi)均勻。


此外,針對(dui)Ni(20%~45%)和Cr(15%~30%)對(dui)含3%Mo的高鎳(nie)奧氏(shi)體不銹鋼的影響,本田等(1983年(nian))通過氯化(hua)鐵浸泡(pao)試驗進行了(le)研究,結果如圖(tu)8.7所示,鎳(nie)的防蝕效果雖比(bi)鉻小,但(dan)添加(jia)大量的鎳(nie)后,效果就比(bi)較明顯(xian)。


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  另外,20Cr-25Ni-6Mo鋼具有良(liang)好的(de)耐(nai)局部(bu)腐(fu)(fu)蝕(shi)(shi)性,名越等(deng)(1984年)就Cu、N、Ni含量(liang)(liang)對該鋼點(dian)腐(fu)(fu)蝕(shi)(shi)和縫隙(xi)腐(fu)(fu)蝕(shi)(shi)的(de)影響進行了(le)深入的(de)研究(jiu),從而證實(shi)(shi)了(le)氮具有耐(nai)點(dian)腐(fu)(fu)蝕(shi)(shi)的(de)效果(guo),與此(ci)同時也表明了(le)鎳含量(liang)(liang)的(de)減少能降低焊接部(bu)位的(de)耐(nai)蝕(shi)(shi)性。另外他們還進行了(le)實(shi)(shi)驗室及海(hai)水(shui)浸泡(pao)實(shi)(shi)驗,由此(ci)證實(shi)(shi)了(le)通(tong)過(guo)添加氮元素和降低硫含量(liang)(liang),銅添加鋼的(de)耐(nai)點(dian)腐(fu)(fu)蝕(shi)(shi)性和耐(nai)縫隙(xi)腐(fu)(fu)蝕(shi)(shi)性增強。


 宇城等(1984年)也對改變Ni、N含量后的(de)(de)(de)26Cr-19~30Ni-6Mo鋼(gang)和20Cr-22~25Ni-6Mo鋼(gang)進行(xing)了(le)(le)點(dian)腐(fu)(fu)蝕(shi)電(dian)位測(ce)定和氯(lv)化鐵浸泡試驗,從而證實(shi)了(le)(le)氮元素能顯著提高耐(nai)點(dian)腐(fu)(fu)蝕(shi)性(xing)、耐(nai)縫隙(xi)腐(fu)(fu)蝕(shi)性(xing),并表明了(le)(le)縫隙(xi)腐(fu)(fu)蝕(shi)性(xing)大(da)致可以(yi)用%Cr+3(%Mo)+70(%N)來衡量。此后,太田(tian)等(1986年)針(zhen)對添(tian)加了(le)(le)0.7%N的(de)(de)(de)20Cr-10Ni 鋼(gang),采(cai)用加壓溶解的(de)(de)(de)方(fang)法測(ce)定了(le)(le)該鋼(gang)在(zai)40℃的(de)(de)(de)0.5 mol/dm3 NaCl 溶液中的(de)(de)(de)點(dian)腐(fu)(fu)蝕(shi)電(dian)位,結果表明20Cr-10Ni-0.7N鋼(gang)的(de)(de)(de)耐(nai)點(dian)腐(fu)(fu)蝕(shi)性(xing)比(bi)SUS316鋼(gang)優良得多。


 岡山等(1987年)測定(ding)了(le)80℃的(de)3%NaCl溶液(ye)中(zhong)的(de)縫隙(xi)再鈍(dun)(dun)化電(dian)位(ER),采(cai)用(yong)多重(zhong)回歸分析法分析了(le)合金(jin)元素對(dui)ER的(de)影(ying)響。該分析結果表(biao)(biao)明(ming),對(dui)奧(ao)(ao)氏體(ti)不銹(xiu)(xiu)鋼(gang)(gang)來(lai)說(shuo),鉻(ge)和鉬使ER升(sheng)高(gao),但鉬對(dui)含有2%~3%Cu的(de)不銹(xiu)(xiu)鋼(gang)(gang)卻沒有這(zhe)種作(zuo)用(yong),而是銅的(de)添加使ER升(sheng)高(gao)。另外(wai),該結果還表(biao)(biao)明(ming)鎳含量(liang)的(de)增加使ER降低,氮(dan)沒有使ER升(sheng)高(gao)。并且他們在25℃、12%NaCl溶液(ye)中(zhong)測量(liang)出奧(ao)(ao)氏體(ti)不銹(xiu)(xiu)鋼(gang)(gang)的(de)脫(tuo)鈍(dun)(dun)化pH(pHa)值(zhi),并把合金(jin)元素對(dui)pH,值(zhi)的(de)影(ying)響用(yong)下式表(biao)(biao)示出來(lai),其中(zhong)元素用(yong)mass%表(biao)(biao)示。


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


另外,針(zhen)對Cu含(han)量在0.9%以上的奧氏體不銹鋼,得出下式:


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


 也就是說(shuo),Cr、Mo、Cu使pH,值(zhi)(zhi)降低,但與(yu)鐵素體(ti)不(bu)(bu)銹(xiu)鋼(gang)或雙相不(bu)(bu)銹(xiu)鋼(gang)不(bu)(bu)同的(de)(de)是,鎳使奧氏體(ti)不(bu)(bu)銹(xiu)鋼(gang)的(de)(de)pH,值(zhi)(zhi)下降。可見,在鎳對(dui)不(bu)(bu)銹(xiu)鋼(gang)的(de)(de)影響方面,這一結果(guo)與(yu)剛才所示(shi)的(de)(de)中田等人的(de)(de)結果(guo)相矛盾。而且在這一研究中沒有涉及氮元(yuan)素的(de)(de)影響。


針對18Cr-14Ni和(he)14Cr-16Ni鋼(gang),陳等(deng)人(1996年)通過使用莫爾條紋法的(de)腐(fu)(fu)蝕面三維測(ce)量系(xi)統,測(ce)定了合(he)金元(yuan)素(P、Si、Mn、Cu、Al)對這兩種鋼(gang)在80℃、3%NaCl溶液中產生(sheng)縫(feng)(feng)隙腐(fu)(fu)蝕和(he)腐(fu)(fu)蝕擴散時的(de)溶解所造成的(de)影響。該研究(jiu)結果表明,合(he)金元(yuan)素對初(chu)級階(jie)段(duan)的(de)縫(feng)(feng)隙腐(fu)(fu)蝕只產生(sheng)很小的(de)影響,而(er)對處于發展階(jie)段(duan)的(de)腐(fu)(fu)蝕(即ER)的(de)影響卻很大。


上述各個試驗結(jie)(jie)果(guo)明確了Cr、Mo、N對(dui)縫隙腐蝕(shi)具有(you)抑(yi)制效果(guo)。關于鎳的影響目前(qian)還不清楚,但因為奧氏體(ti)不銹鋼中含有(you)大(da)量的鎳,所以今后應該進一(yi)步明確鎳對(dui)腐蝕(shi)的影響程度及(ji)其結(jie)(jie)構。