在雙相不銹鋼中添加合金元素后,各相比例也會發生變化,各相的合金成分隨之改變,因此合金元素對雙相不銹(xiu)鋼局部腐蝕的影響比較復雜。


1. 鉬、鎳、氮元素的影響


 水野(1970年)通過FeCl3溶液試驗,分析了Mo、Ni含量對含有25%Cr的Cr-Ni-Mo不銹鋼耐點腐蝕性的影響,結果如圖8.8所示,即不銹鋼的耐蝕范圍隨著Mo、Ni含量的增加而擴大。根據該試驗結果,鎳的防蝕效果很明顯,但被用于試驗的不銹鋼應含有0.1%以上的氮,另外還含有從鐵素體單相到奧氏體鐵素體雙相范圍內的成分,因此并不單純是受鎳元素影響的結果,還可能受各相中Cr、Mo、N元素組成的影響。關于各相中Cr、Mo、N的不同組成對耐蝕性的影響這一點,已在這之后的研究中得到證實。


圖 8.jpg


  氮(dan)可以改善耐點(dian)(dian)腐蝕性(xing)這一點(dian)(dian),已經在奧氏體不銹鋼中得到(dao)證(zheng)實,Streicherl 認為氮(dan)的(de)耐點(dian)(dian)腐蝕性(xing)效果是奧氏體相穩(wen)定(ding)化的(de)原因。此后的(de)研究證(zheng)實了氮(dan)能提高(gao)奧氏體鐵素體(雙(shuang)相)不銹鋼的(de)耐點(dian)(dian)腐蝕性(xing),并且明確(que)了氮(dan)與奧氏體的(de)穩(wen)定(ding)度沒有(you)直接(jie)關系。


  但是,岡(gang)田等(deng)(1972年)證實了在(zai)鐵素體(ti)(α)單相(xiang)(xiang)(xiang)(xiang)25Cr-3Mo鋼(gang)(gang)中添加鎳后(hou),奧(ao)氏體(ti)相(xiang)(xiang)(xiang)(xiang)出現,從而變成a+γ的(de)雙相(xiang)(xiang)(xiang)(xiang)不(bu)(bu)銹(xiu)鋼(gang)(gang),這(zhe)樣(yang)耐(nai)點(dian)(dian)腐(fu)蝕(shi)能力就(jiu)會降(jiang)低,但繼續增加鎳的(de)含量(liang)后(hou),其耐(nai)點(dian)(dian)腐(fu)蝕(shi)性重新得到改善。然后(hou)再通(tong)過熱處(chu)理后(hou),γ相(xiang)(xiang)(xiang)(xiang)從α相(xiang)(xiang)(xiang)(xiang)中析出,耐(nai)點(dian)(dian)腐(fu)蝕(shi)性仍舊降(jiang)低,這(zhe)是因為γ相(xiang)(xiang)(xiang)(xiang)中的(de)Cr、Mo含量(liang)減(jian)少的(de)緣故。該研(yan)究結果表明,在(zai)不(bu)(bu)含氮元素的(de)情(qing)況(kuang)下(xia),雙相(xiang)(xiang)(xiang)(xiang)不(bu)(bu)銹(xiu)鋼(gang)(gang)比單相(xiang)(xiang)(xiang)(xiang)不(bu)(bu)銹(xiu)鋼(gang)(gang)的(de)耐(nai)點(dian)(dian)腐(fu)蝕(shi)性差。


  小若等(1975年)分析了Ti、Nb、Sn、V、W、Ni、Mo、Cu等添加元素對25Cr-6Ni-N系雙相不銹鋼耐蝕性的影響。作為海水中縫隙腐蝕的加速試驗,他們在80℃(通風狀態)下的3%NaCl+0.05mol/dm3 Na2SO4 溶液中添加活性炭,然后把由25Cr-6Ni-3Mo-0.4Cu-0.5W-N構成的不銹鋼浸泡在該溶液中,結果沒有發生縫隙腐蝕。


  此(ci)外(wai),小林等(deng)(deng)(deng)(1980年)針對22~25 Cr-4~8.5 Ni-1.5 Cu-0.8 Cu構成的(de)雙相(xiang)鋼,分析(xi)了C(0.001%~0.05%)、N(0.01%~0.2%)及Ti、REM(Rare Earth Metal)、B等(deng)(deng)(deng)元素對經過退火或高(gao)(gao)(gao)溫加熱后(hou)(hou)的(de)點(dian)(dian)腐(fu)蝕(shi)電(dian)位的(de)影響,發現碳不影響耐(nai)點(dian)(dian)腐(fu)蝕(shi)性(xing)(xing),氮使耐(nai)點(dian)(dian)腐(fu)蝕(shi)性(xing)(xing)升(sheng)高(gao)(gao)(gao)(如圖8.9所示)。而且該圖顯(xian)示在(zai)含(han)(han)有(you)(you)4%的(de)鎳時,即使不特地添加氮元素也(ye)具有(you)(you)良好的(de)耐(nai)點(dian)(dian)腐(fu)蝕(shi)性(xing)(xing),這是因為(wei)是鐵素體單相(xiang)的(de)緣故。另(ling)外(wai),越是鎳含(han)(han)量多的(de)鋼材,氮含(han)(han)量為(wei)0.02%~0.06%時的(de)點(dian)(dian)腐(fu)蝕(shi)電(dian)位越低,這是鎳含(han)(han)量引起相(xiang)比例發生變化的(de)結果。小林等(deng)(deng)(deng)人進一(yi)步(bu)得出,在(zai)含(han)(han)氮鋼中添加0.1%以上的(de)鈦(tai)后(hou)(hou),高(gao)(gao)(gao)溫加熱鋼材的(de)耐(nai)點(dian)(dian)腐(fu)蝕(shi)能力提高(gao)(gao)(gao),REM沒有(you)(you)產生影響;另(ling)外(wai)添加0.01%左右的(de)硼后(hou)(hou),可(ke)以通過抑制α相(xiang)的(de)析(xi)出來(lai)提高(gao)(gao)(gao)耐(nai)點(dian)(dian)腐(fu)蝕(shi)性(xing)(xing)。


圖 9.jpg


金子等(deng)人(1985年)研究了Ni(0.7%~17%)和N(0.03%~0.2%)對23 Cr-2 Mo鋼(gang)(gang)(gang)在(zai)50℃、3.5%NaCl中的(de)(de)(de)點腐(fu)(fu)(fu)(fu)蝕(shi)(shi)(shi)(shi)電(dian)(dian)(dian)(dian)位(wei)、縫隙(xi)腐(fu)(fu)(fu)(fu)蝕(shi)(shi)(shi)(shi)電(dian)(dian)(dian)(dian)位(wei)及再鈍化(hua)電(dian)(dian)(dian)(dian)位(wei)所造成(cheng)的(de)(de)(de)影(ying)響,得出的(de)(de)(de)結(jie)論認為:在(zai)氮含量低(0.03%以下)的(de)(de)(de)情(qing)況下,點腐(fu)(fu)(fu)(fu)蝕(shi)(shi)(shi)(shi)電(dian)(dian)(dian)(dian)位(wei)隨著鎳(nie)含量發生變化(hua),在(zai)變為雙相鋼(gang)(gang)(gang)時,點腐(fu)(fu)(fu)(fu)蝕(shi)(shi)(shi)(shi)電(dian)(dian)(dian)(dian)位(wei)最低,這(zhe)一結(jie)果與前述岡田等(deng)人的(de)(de)(de)結(jie)果一致。此外,金子等(deng)人還證明(ming),氮的(de)(de)(de)添加使(shi)點腐(fu)(fu)(fu)(fu)蝕(shi)(shi)(shi)(shi)電(dian)(dian)(dian)(dian)位(wei)升高,經過(guo)高溫(wen)加熱(re)處理(li)后的(de)(de)(de)不(bu)銹鋼(gang)(gang)(gang)點腐(fu)(fu)(fu)(fu)蝕(shi)(shi)(shi)(shi)電(dian)(dian)(dian)(dian)位(wei)下降(jiang),鎳(nie)含量較低的(de)(de)(de)不(bu)銹鋼(gang)(gang)(gang)的(de)(de)(de)變化(hua)更明(ming)顯。而且還證實了縫隙(xi)腐(fu)(fu)(fu)(fu)蝕(shi)(shi)(shi)(shi)電(dian)(dian)(dian)(dian)位(wei)、點腐(fu)(fu)(fu)(fu)蝕(shi)(shi)(shi)(shi)電(dian)(dian)(dian)(dian)位(wei)及縫隙(xi)再鈍化(hua)電(dian)(dian)(dian)(dian)位(wei)受Ni、N含量的(de)(de)(de)影(ying)響不(bu)大。


三浦等人(1986年)通過6%FeCl3 水(shui)溶液中的臨(lin)界點(dian)(dian)腐(fu)(fu)蝕溫(wen)(wen)(wen)度(du)(du),評價(jia)了(le)鎳及氮(dan)(dan)含(han)量發生改變的22 Cr-3 Mo鋼(gang)的母材和焊接金屬的耐點(dian)(dian)腐(fu)(fu)蝕性,結果顯示氮(dan)(dan)元素(su)使臨(lin)界點(dian)(dian)腐(fu)(fu)蝕溫(wen)(wen)(wen)度(du)(du)上(shang)升;鎳含(han)量增加后(hou),母材的臨(lin)界點(dian)(dian)腐(fu)(fu)蝕溫(wen)(wen)(wen)度(du)(du)降低,而焊接材料的臨(lin)界點(dian)(dian)腐(fu)(fu)蝕溫(wen)(wen)(wen)度(du)(du)升高(gao),在鎳含(han)量達到6%以(yi)上(shang)時,此溫(wen)(wen)(wen)度(du)(du)大致保(bao)持在一定水(shui)平。特別是在焊接金屬方面(mian),Ni、N含(han)量減(jian)少后(hou),冷卻過程中γ的析出得到抑制,碳或氮(dan)(dan)不能(neng)在γ中完全固溶,導致析出物的生成顯著,因(yin)此耐點(dian)(dian)腐(fu)(fu)蝕能(neng)力(li)降低。


另外,岡山(shan)等(1987年)分析了(le)合金元素對在(zai)25℃、12%NaCl溶液中得出的雙(shuang)相不銹鋼(12種)脫鈍化(hua)pH(pH4)值(zhi)的影(ying)響,并把這一結果用下式表(biao)示出來(lai),其中合金元素表(biao)示為mass%.該(gai)式沒有表(biao)明鉻和(he)氮(dan)的影(ying)響。


pHd=-3.28 log Ni-0.13Mo-10.4P+2.95



2. 氮添加(jia)鋼中(zhong)相比例的影(ying)響


 在研究相(xiang)(xiang)比例(li)對雙(shuang)相(xiang)(xiang)不(bu)銹(xiu)鋼(gang)耐(nai)(nai)點(dian)腐蝕性(xing)的(de)影響時,通過改(gai)變對耐(nai)(nai)點(dian)腐蝕性(xing)影響小的(de)氮(dan)含量,或(huo)改(gai)變加熱溫(wen)度(du)來改(gai)變相(xiang)(xiang)比例(li)。正(zheng)如前面所講到的(de)岡田等人(ren)的(de)研究結果,在沒有特別添加氮(dan)的(de)雙(shuang)相(xiang)(xiang)不(bu)銹(xiu)鋼(gang)中,γ相(xiang)(xiang)從α相(xiang)(xiang)中析(xi)出后,γ相(xiang)(xiang)中所含的(de)Cr、Mo量比α相(xiang)(xiang)少,所以耐(nai)(nai)點(dian)腐蝕能力下降,但在添加了氮(dan)元素的(de)雙(shuang)相(xiang)(xiang)不(bu)銹(xiu)鋼(gang)中,當相(xiang)(xiang)比例(li)達(da)到某一程度(du)時,耐(nai)(nai)點(dian)腐蝕性(xing)升(sheng)至(zhi)最高。


 長田(tian)等(deng)(deng)(1981年(nian))(1984年(nian))在(zai)以(yi)23Cr-1.5Mo及25Cr-1.5~3.5Mo為主(zhu)要成分(fen)的(de)不(bu)銹(xiu)鋼(gang)(gang)中(zhong)添加了0.1%N,然后(hou)(hou)通(tong)過改(gai)變(bian)其(qi)中(zhong)的(de)鎳含量來改(gai)變(bian)相(xiang)(xiang)(xiang)比例,使其(qi)構成各種雙(shuang)相(xiang)(xiang)(xiang)鋼(gang)(gang),然后(hou)(hou)對這些雙(shuang)相(xiang)(xiang)(xiang)鋼(gang)(gang)進(jin)(jin)行了點(dian)(dian)(dian)腐(fu)蝕電位測定和氯化鐵浸泡試(shi)(shi)驗。該試(shi)(shi)驗結(jie)果如圖8.10所示(shi),即(ji)使Cr、Mo含量相(xiang)(xiang)(xiang)同(tong),當γ量達到(dao)一定范圍(30%~40%)時,耐(nai)點(dian)(dian)(dian)腐(fu)蝕能力達到(dao)最高(gao)(gao)水平。另外,酒井等(deng)(deng)人(1983年(nian))對由鎳含量發生改(gai)變(bian)的(de)25Cr和22Cr-3Mo-0.15N-xNi組成的(de)雙(shuang)相(xiang)(xiang)(xiang)不(bu)銹(xiu)鋼(gang)(gang),進(jin)(jin)行了氯化鐵浸泡試(shi)(shi)驗來測定其(qi)耐(nai)點(dian)(dian)(dian)腐(fu)蝕性,結(jie)果顯(xian)示(shi)γ量在(zai)50%左(zuo)右時,耐(nai)點(dian)(dian)(dian)腐(fu)蝕性最好。另一方面,藤(teng)原等(deng)(deng)(1987年(nian))把SUS329J3L 和相(xiang)(xiang)(xiang)當于329J4L的(de)鋼(gang)(gang)材(cai)進(jin)(jin)行高(gao)(gao)溫處理,以(yi)改(gai)變(bian)相(xiang)(xiang)(xiang)比例,然后(hou)(hou)通(tong)過氯化鐵浸泡試(shi)(shi)驗來檢測耐(nai)點(dian)(dian)(dian)腐(fu)蝕性。該試(shi)(shi)驗結(jie)果同(tong)樣顯(xian)示(shi)在(zai)γ相(xiang)(xiang)(xiang)達到(dao)某(mou)一比例時,耐(nai)點(dian)(dian)(dian)腐(fu)蝕性為最高(gao)(gao)。


圖 10.jpg


 如上(shang)所述,相(xiang)比(bi)(bi)例(li)達到某(mou)一(yi)程度時(shi),耐點(dian)(dian)(dian)(dian)腐(fu)蝕性(xing)(xing)(xing)(xing)達到最(zui)高(gao)(gao)水平。根本等人(1987年(nian))證實(shi)了(le),這一(yi)相(xiang)比(bi)(bi)例(li)的(de)(de)(de)出現(xian)是由改(gai)善耐點(dian)(dian)(dian)(dian)腐(fu)蝕性(xing)(xing)(xing)(xing)的(de)(de)(de)元(yuan)(yuan)素(su)(su)(su)(su)Cr、Mo、N在(zai)各相(xiang)中(zhong)(zhong)(zhong)(zhong)的(de)(de)(de)構(gou)成(cheng)不(bu)同而引起的(de)(de)(de)。圖(tu)(tu)8.11模式化地表(biao)明了(le)相(xiang)比(bi)(bi)例(li)對雙相(xiang)不(bu)銹(xiu)鋼(gang)(gang)耐點(dian)(dian)(dian)(dian)腐(fu)蝕性(xing)(xing)(xing)(xing)的(de)(de)(de)影響,其中(zhong)(zhong)(zhong)(zhong)豎軸(zhou)表(biao)示(shi)根據Cr、Mo、N在(zai)各相(xiang)中(zhong)(zhong)(zhong)(zhong)的(de)(de)(de)含量所得出的(de)(de)(de)耐點(dian)(dian)(dian)(dian)腐(fu)蝕性(xing)(xing)(xing)(xing)指數,而Cr、Mo、N均為(wei)能(neng)顯著提(ti)高(gao)(gao)耐點(dian)(dian)(dian)(dian)腐(fu)蝕性(xing)(xing)(xing)(xing)的(de)(de)(de)元(yuan)(yuan)素(su)(su)(su)(su)。當鐵素(su)(su)(su)(su)體(ti)(ti)(ti)單相(xiang)的(de)(de)(de)耐點(dian)(dian)(dian)(dian)腐(fu)蝕指數為(wei)a時(shi),添加對耐點(dian)(dian)(dian)(dian)腐(fu)蝕性(xing)(xing)(xing)(xing)影響較小的(de)(de)(de)鎳元(yuan)(yuan)素(su)(su)(su)(su)使之(zhi)成(cheng)為(wei)由雙相(xiang)構(gou)成(cheng),這樣鐵素(su)(su)(su)(su)體(ti)(ti)(ti)的(de)(de)(de)生成(cheng)元(yuan)(yuan)素(su)(su)(su)(su)Cr、Mo就(jiu)固(gu)溶在(zai)鐵素(su)(su)(su)(su)體(ti)(ti)(ti)相(xiang)中(zhong)(zhong)(zhong)(zhong),因此該相(xiang)的(de)(de)(de)耐點(dian)(dian)(dian)(dian)腐(fu)蝕性(xing)(xing)(xing)(xing)升高(gao)(gao);而在(zai)奧氏體(ti)(ti)(ti)相(xiang)方面,雖(sui)然(ran)Cr、Mo含量有所減少(shao),但奧氏體(ti)(ti)(ti)的(de)(de)(de)生成(cheng)元(yuan)(yuan)素(su)(su)(su)(su)氮固(gu)溶在(zai)奧氏體(ti)(ti)(ti)相(xiang)中(zhong)(zhong)(zhong)(zhong),因此仍然(ran)表(biao)現(xian)出良好(hao)的(de)(de)(de)耐點(dian)(dian)(dian)(dian)腐(fu)蝕能(neng)力。當相(xiang)比(bi)(bi)例(li)達到沒有析出物(wu)質、兩相(xiang)的(de)(de)(de)耐點(dian)(dian)(dian)(dian)腐(fu)蝕性(xing)(xing)(xing)(xing)一(yi)致(圖(tu)(tu)中(zhong)(zhong)(zhong)(zhong)的(de)(de)(de)箭頭位置(zhi))時(shi),這種雙相(xiang)不(bu)銹(xiu)鋼(gang)(gang)呈現(xian)出最(zui)強的(de)(de)(de)耐點(dian)(dian)(dian)(dian)腐(fu)蝕能(neng)力。可以根據這類圖(tu)(tu)斷定,在(zai)奧氏體(ti)(ti)(ti)不(bu)銹(xiu)鋼(gang)(gang)或(huo)鐵素(su)(su)(su)(su)體(ti)(ti)(ti)不(bu)銹(xiu)鋼(gang)(gang)中(zhong)(zhong)(zhong)(zhong)分別有鐵素(su)(su)(su)(su)體(ti)(ti)(ti)相(xiang)或(huo)奧氏體(ti)(ti)(ti)相(xiang)析出的(de)(de)(de)情況下,不(bu)管(guan)哪(na)一(yi)相(xiang)都(dou)容易發生點(dian)(dian)(dian)(dian)腐(fu)蝕。