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(shi)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(shang)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在規定范(fan)圍(wei)內按照各種組合制(zhi)成奧氏體不銹(xiu)鋼,然后(hou)把這些不銹(xiu)鋼置于(yu)30℃的(de)10%FeCl3+1/20 mol/dm3HCl溶(rong)液中,采用多重回歸分析方法整理出了由點腐蝕(shi)造成的(de)腐蝕(shi)減量和化(hua)(hua)學組成之(zhi)(zhi)間的(de)關系(xi)(xi),并把腐蝕(shi)減量的(de)推算值Δw(g/(㎡·h))與(yu)化(hua)(hua)學組成之(zhi)(zhi)間的(de)關系(xi)(xi)用式(8-1)表示出來。
log(Δw)=-0.3154(Cr+84.9C+10.2Si-0.3Mn+0.195Ni+2.5Mo+34.6N)+13.9820(8-1)

在這(zhe)里(li),各種元(yuan)(yuan)(yuan)素(su)(su)均用mass%表示。這(zhe)一(yi)公式表明,C、N、Si、Mo、Cr使耐點(dian)(dian)腐(fu)蝕(shi)能力(li)增(zeng)強(qiang),而Mn卻具(ju)有負面影(ying)(ying)響。此(ci)外,關于各種合(he)(he)金(jin)(jin)元(yuan)(yuan)(yuan)素(su)(su)對17 Cr-16 Ni鋼(gang)(gang)和17 Cr-16 Ni-4Mo鋼(gang)(gang)的(de)(de)(de)(de)(de)耐點(dian)(dian)腐(fu)蝕(shi)性(xing)的(de)(de)(de)(de)(de)影(ying)(ying)響,遲澤等人(1975年)采用氯化(hua)(hua)(hua)鐵浸泡試(shi)驗(yan)和對氯化(hua)(hua)(hua)物水(shui)溶(rong)液(ye)(ye)(ye)中(zhong)點(dian)(dian)腐(fu)蝕(shi)電(dian)位(wei)的(de)(de)(de)(de)(de)測定(ding),進行(xing)了(le)(le)系(xi)統性(xing)的(de)(de)(de)(de)(de)研究(jiu)。其(qi)中(zhong),把合(he)(he)金(jin)(jin)元(yuan)(yuan)(yuan)素(su)(su)對17 Cr-16 Ni鋼(gang)(gang)影(ying)(ying)響的(de)(de)(de)(de)(de)一(yi)部(bu)分(fen)用圖(tu)8.3表示了(le)(le)出來,從而證(zheng)實了(le)(le)C、N、Si、Mo、Cu、W等元(yuan)(yuan)(yuan)素(su)(su)使耐點(dian)(dian)腐(fu)蝕(shi)能力(li)得到了(le)(le)提(ti)高。圖(tu)8.4 用來表示添(tian)加合(he)(he)金(jin)(jin)元(yuan)(yuan)(yuan)素(su)(su)對耐點(dian)(dian)腐(fu)蝕(shi)性(xing)的(de)(de)(de)(de)(de)影(ying)(ying)響,如圖(tu)8.4所示,在酸性(xing)氯化(hua)(hua)(hua)物水(shui)溶(rong)液(ye)(ye)(ye)中(zhong)的(de)(de)(de)(de)(de)鈍(dun)化(hua)(hua)(hua)臨界電(dian)流密度與(yu)氯化(hua)(hua)(hua)物水(shui)溶(rong)液(ye)(ye)(ye)中(zhong)的(de)(de)(de)(de)(de)點(dian)(dian)腐(fu)蝕(shi)電(dian)位(wei)之間的(de)(de)(de)(de)(de)關系(xi)圖(tu)上,合(he)(he)金(jin)(jin)元(yuan)(yuan)(yuan)素(su)(su)的(de)(de)(de)(de)(de)影(ying)(ying)響顯示為曲線,這(zhe)表明在促(cu)使不(bu)銹(xiu)鋼(gang)(gang)發生鈍(dun)化(hua)(hua)(hua)的(de)(de)(de)(de)(de)合(he)(he)金(jin)(jin)化(hua)(hua)(hua)過程中(zhong),耐點(dian)(dian)腐(fu)蝕(shi)能力(li)有增(zeng)強(qiang)的(de)(de)(de)(de)(de)傾(qing)向。但是在圖(tu)8.4中(zhong),只有添(tian)加了(le)(le)氮的(de)(de)(de)(de)(de)不(bu)銹(xiu)鋼(gang)(gang)偏(pian)離(li)了(le)(le)整體的(de)(de)(de)(de)(de)趨勢,與(yu)鈍(dun)化(hua)(hua)(hua)能力(li)(豎軸)相(xiang)比,它更有助于提(ti)高點(dian)(dian)腐(fu)蝕(shi)電(dian)位(wei),所以(yi)(yi)(yi)只有氮以(yi)(yi)(yi)不(bu)同的(de)(de)(de)(de)(de)原理使耐點(dian)(dian)腐(fu)蝕(shi)性(xing)得到增(zeng)強(qiang)。此(ci)外,在蝕(shi)孔生成時氮以(yi)(yi)(yi)NH4 陽離(li)子(zi)的(de)(de)(de)(de)(de)形式存(cun)在于液(ye)(ye)(ye)體中(zhong),由此(ci)可(ke)推斷氮元(yuan)(yuan)(yuan)素(su)(su)是通過抑制點(dian)(dian)腐(fu)蝕(shi)發生處的(de)(de)(de)(de)(de)pH值下降,來避免點(dian)(dian)腐(fu)蝕(shi)進一(yi)步發展。

正如表8.2所總結的(de)那樣(yang),人們直到1975年(nian)左右,才(cai)比(bi)較定性、比(bi)較明確地認(ren)識了合金元(yuan)素對(dui)奧(ao)氏體(ti)不銹鋼點腐蝕(shi)(shi)的(de)影(ying)響(xiang),進而通過(guo)提(ti)高Cr、Mo、N含量和降低Mn、S含量等方法,開發具有耐點腐蝕(shi)(shi)能力的(de)不銹鋼。此外,如下所述,研究(jiu)者在詳細探討鉻、鎳、鉬、銅(tong)、氮(dan)等元(yuan)素的(de)影(ying)響(xiang)同時,漸漸轉為研究(jiu)合金元(yuan)素對(dui)縫隙腐蝕(shi)(shi)的(de)影(ying)響(xiang)。
鹽原等(1975年)研究了Mo、V、Si元素對18 Cr-20Ni鋼的點腐蝕和縫隙腐(fu)蝕的影響,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(yi)方面,中(zhong)(zhong)田(1976年(nian))檢(jian)測了(le)合金元素(su)對(dui)(dui)耐縫(feng)隙腐蝕(shi)性的(de)(de)(de)判斷(duan)標(biao)準-脫鈍(dun)化(hua)(hua)pH(pHa)的(de)(de)(de)影響,把合金中(zhong)(zhong)的(de)(de)(de)(%Cr)+3(%Mo)+0.5(%Ni)對(dui)(dui)pHa的(de)(de)(de)影響用圖8.5 表示了(le)出來,并證明(ming)(ming)了(le)銅能有(you)效抑(yi)制(zhi)縫(feng)隙腐蝕(shi)(1977年(nian)),后在(zai)上述(shu)公式中(zhong)(zhong)加入2(%Cu),用圖8.6表明(ming)(ming)了(le)與縫(feng)隙腐蝕(shi)量的(de)(de)(de)關(guan)系。一(yi)般認(ren)為,鉬(mu)(mu)對(dui)(dui)縫(feng)隙腐蝕(shi)的(de)(de)(de)影響效果通(tong)過由(you)鉬(mu)(mu)酸生成引(yin)起的(de)(de)(de)再鈍(dun)化(hua)(hua)來實(shi)現(xian)。根據鈴木(mu)(1979年(nian))的(de)(de)(de)研究成果,一(yi)般來說,鉬(mu)(mu)在(zai)奧氏體不(bu)銹鋼或鐵素(su)體不(bu)銹鋼中(zhong)(zhong)的(de)(de)(de)濃(nong)度大于2%~3%時,就能有(you)效抑(yi)制(zhi)縫(feng)隙腐蝕(shi)的(de)(de)(de)發生。如果鉬(mu)(mu)在(zai)縫(feng)隙中(zhong)(zhong)偏析后能發生再鈍(dun)化(hua)(hua),那么為確保(bao)一(yi)定比例以上的(de)(de)(de)阻化(hua)(hua)劑濃(nong)度,2%~3%的(de)(de)(de)鉬(mu)(mu)就是必要的(de)(de)(de)組成部(bu)分。

此外,小林等(1978年)研(yan)究了氮是如(ru)何影(ying)響Cr、Ni、Mo含量(liang)不同(tong)的奧氏(shi)體不銹鋼(gang)的點(dian)腐(fu)蝕(shi)和(he)縫隙腐(fu)蝕(shi)的,他發現在20%~24%Cr、12%~20%Ni、2.5%~4.4%Mo這(zhe)一范圍內的不銹鋼(gang),比如(ru)22 Cr-20 Ni-3 Mo鋼(gang)中(zhong)添(tian)加氮后,點(dian)腐(fu)蝕(shi)臨界溫(wen)度升高,能有效抗腐(fu)蝕(shi)。鉻及鉬的含量(liang)越高,抗腐(fu)蝕(shi)效果越明顯,而且氮也能改善(shan)縫隙腐(fu)蝕(shi)性,這(zhe)一效果也多(duo)見于高鉻、高鉬鋼(gang)。
杉本(ben)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)蝕性(xing)的(de)(de)(de)影(ying)響進行了(le)研究。他們測定了(le)其(qi)在25℃的(de)(de)(de)3.5%NaCl及80℃的(de)(de)(de)1000x10-4%(ppm)Cl-中的(de)(de)(de)點(dian)腐(fu)蝕電位,結果(guo)顯示(shi)銅使耐(nai)點(dian)腐(fu)蝕性(xing)降(jiang)低,而氮和硅使耐(nai)點(dian)腐(fu)蝕性(xing)升高,并開發了(le)與SUS316一樣的(de)(de)(de)耐(nai)局部(bu)腐(fu)蝕不(bu)銹鋼,即鉬含量(liang)減少(shao)的(de)(de)(de)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(ju)部腐(fu)(fu)蝕的(de)影(ying)響,大橋等(1980年)測(ce)定(ding)了(le)在(zai)40℃的(de)5%NaCl溶(rong)液(ye)中(zhong)(zhong)的(de)點腐(fu)(fu)蝕電位,發現銅有(you)使點腐(fu)(fu)蝕電位略微降低的(de)傾向,銅的(de)添加使40℃的(de)5%NaCl+2%H2O2溶(rong)液(ye)中(zhong)(zhong)的(de)腐(fu)(fu)蝕度降低,使縫隙部位的(de)腐(fu)(fu)蝕均(jun)勻。
此外(wai),針(zhen)對Ni(20%~45%)和(he)Cr(15%~30%)對含3%Mo的(de)高鎳奧氏體不銹鋼的(de)影響,本田等(1983年)通過氯化鐵浸泡(pao)試驗進行了研(yan)究,結果(guo)如圖8.7所示,鎳的(de)防蝕效果(guo)雖比鉻小,但添加大量的(de)鎳后,效果(guo)就比較明(ming)顯。

另外(wai),20Cr-25Ni-6Mo鋼(gang)具有良好的(de)(de)耐(nai)(nai)局部腐(fu)蝕(shi)性(xing)(xing),名越等(1984年(nian))就Cu、N、Ni含(han)量(liang)對該鋼(gang)點(dian)(dian)(dian)腐(fu)蝕(shi)和縫(feng)隙(xi)腐(fu)蝕(shi)的(de)(de)影響(xiang)進(jin)行了(le)(le)(le)(le)深入的(de)(de)研究(jiu),從而證(zheng)(zheng)實了(le)(le)(le)(le)氮(dan)具有耐(nai)(nai)點(dian)(dian)(dian)腐(fu)蝕(shi)的(de)(de)效果,與此同(tong)時(shi)也表明了(le)(le)(le)(le)鎳含(han)量(liang)的(de)(de)減(jian)少能降低焊接部位(wei)的(de)(de)耐(nai)(nai)蝕(shi)性(xing)(xing)。另外(wai)他(ta)們還進(jin)行了(le)(le)(le)(le)實驗室及海水浸泡實驗,由此證(zheng)(zheng)實了(le)(le)(le)(le)通過(guo)添加氮(dan)元素和降低硫含(han)量(liang),銅添加鋼(gang)的(de)(de)耐(nai)(nai)點(dian)(dian)(dian)腐(fu)蝕(shi)性(xing)(xing)和耐(nai)(nai)縫(feng)隙(xi)腐(fu)蝕(shi)性(xing)(xing)增(zeng)強。
宇城等(1984年(nian))也對改變Ni、N含量后的(de)26Cr-19~30Ni-6Mo鋼和(he)20Cr-22~25Ni-6Mo鋼進行(xing)了(le)(le)(le)點腐(fu)(fu)(fu)蝕(shi)(shi)電(dian)位測定和(he)氯(lv)化鐵浸泡試驗,從(cong)而證實了(le)(le)(le)氮元素能顯著提高(gao)耐點腐(fu)(fu)(fu)蝕(shi)(shi)性、耐縫隙腐(fu)(fu)(fu)蝕(shi)(shi)性,并表明了(le)(le)(le)縫隙腐(fu)(fu)(fu)蝕(shi)(shi)性大致(zhi)可以(yi)用%Cr+3(%Mo)+70(%N)來(lai)衡量。此后,太田(tian)等(1986年(nian))針對添加(jia)了(le)(le)(le)0.7%N的(de)20Cr-10Ni 鋼,采用加(jia)壓溶解的(de)方法測定了(le)(le)(le)該(gai)鋼在(zai)40℃的(de)0.5 mol/dm3 NaCl 溶液中的(de)點腐(fu)(fu)(fu)蝕(shi)(shi)電(dian)位,結果表明20Cr-10Ni-0.7N鋼的(de)耐點腐(fu)(fu)(fu)蝕(shi)(shi)性比SUS316鋼優良得多。
岡(gang)山(shan)等(1987年(nian))測定(ding)了80℃的(de)3%NaCl溶液(ye)中的(de)縫隙再鈍化電位(ER),采(cai)用多重回歸(gui)分析(xi)(xi)法分析(xi)(xi)了合金元(yuan)素(su)(su)對(dui)(dui)ER的(de)影(ying)響。該分析(xi)(xi)結果表(biao)明(ming)(ming),對(dui)(dui)奧氏體(ti)不銹鋼來說,鉻和鉬(mu)使(shi)(shi)ER升(sheng)高(gao),但鉬(mu)對(dui)(dui)含有2%~3%Cu的(de)不銹鋼卻沒有這(zhe)種作(zuo)用,而(er)是銅(tong)的(de)添加(jia)(jia)使(shi)(shi)ER升(sheng)高(gao)。另外,該結果還表(biao)明(ming)(ming)鎳含量(liang)的(de)增(zeng)加(jia)(jia)使(shi)(shi)ER降(jiang)低,氮(dan)沒有使(shi)(shi)ER升(sheng)高(gao)。并且他們在25℃、12%NaCl溶液(ye)中測量(liang)出奧氏體(ti)不銹鋼的(de)脫鈍化pH(pHa)值,并把合金元(yuan)素(su)(su)對(dui)(dui)pH,值的(de)影(ying)響用下式表(biao)示出來,其中元(yuan)素(su)(su)用mass%表(biao)示。
pHd=-0.248Cr+1.29logNi-0.219Mo+2.66C+74.9S+4.09
另(ling)外,針對Cu含量(liang)在0.9%以上的奧氏體不銹鋼,得(de)出下式:
pHd=-0.144Cr+1.73logNi-0.206Mo-0.146Cu+1.17Si-0.177Nb+1.89
也就(jiu)是說,Cr、Mo、Cu使(shi)pH,值降低(di),但與鐵素(su)(su)體(ti)不(bu)(bu)銹鋼(gang)或雙相不(bu)(bu)銹鋼(gang)不(bu)(bu)同的是,鎳使(shi)奧氏體(ti)不(bu)(bu)銹鋼(gang)的pH,值下降。可見(jian),在鎳對不(bu)(bu)銹鋼(gang)的影(ying)響方面,這一(yi)結果(guo)(guo)與剛才所示(shi)的中田等人的結果(guo)(guo)相矛(mao)盾。而且在這一(yi)研究中沒有(you)涉(she)及氮元素(su)(su)的影(ying)響。
針對(dui)18Cr-14Ni和14Cr-16Ni鋼,陳等人(1996年)通過使(shi)用莫爾條紋(wen)法(fa)的(de)(de)腐蝕(shi)面(mian)三維測(ce)(ce)量系統,測(ce)(ce)定了合金元素(su)(P、Si、Mn、Cu、Al)對(dui)這兩(liang)種鋼在80℃、3%NaCl溶(rong)液中產生縫隙腐蝕(shi)和腐蝕(shi)擴散時的(de)(de)溶(rong)解所造成的(de)(de)影響。該研究結果表明,合金元素(su)對(dui)初級(ji)階(jie)段(duan)的(de)(de)縫隙腐蝕(shi)只產生很(hen)小的(de)(de)影響,而對(dui)處(chu)于(yu)發展階(jie)段(duan)的(de)(de)腐蝕(shi)(即(ji)ER)的(de)(de)影響卻很(hen)大。
上(shang)述(shu)各個(ge)試驗結(jie)果明確了Cr、Mo、N對縫(feng)隙腐(fu)蝕具(ju)有(you)抑(yi)制效果。關于鎳的影(ying)響(xiang)目前還(huan)不清楚(chu),但(dan)因為奧氏(shi)體不銹(xiu)鋼(gang)中含(han)有(you)大量的鎳,所(suo)以今后應(ying)該進一步明確鎳對腐(fu)蝕的影(ying)響(xiang)程(cheng)度及其結(jie)構。

