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鋼局部腐蝕的影響比較復雜。
1. 鉬、鎳、氮(dan)元素的(de)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。
氮(dan)可以改善耐點腐(fu)蝕(shi)性這(zhe)一點,已經在奧(ao)氏(shi)體(ti)(ti)不銹鋼(gang)中得(de)到證(zheng)實(shi),Streicherl 認(ren)為(wei)氮(dan)的(de)(de)耐點腐(fu)蝕(shi)性效果(guo)是(shi)奧(ao)氏(shi)體(ti)(ti)相穩定(ding)化的(de)(de)原因。此后的(de)(de)研究(jiu)證(zheng)實(shi)了氮(dan)能提高奧(ao)氏(shi)體(ti)(ti)鐵素體(ti)(ti)(雙相)不銹鋼(gang)的(de)(de)耐點腐(fu)蝕(shi)性,并且明(ming)確了氮(dan)與奧(ao)氏(shi)體(ti)(ti)的(de)(de)穩定(ding)度沒(mei)有直接關(guan)系(xi)。
但是,岡田等(1972年(nian))證實了在(zai)鐵素體(α)單相(xiang)(xiang)25Cr-3Mo鋼(gang)(gang)中(zhong)(zhong)添加(jia)鎳后(hou),奧氏體相(xiang)(xiang)出現,從而變成a+γ的雙相(xiang)(xiang)不(bu)銹鋼(gang)(gang),這樣耐(nai)(nai)點腐(fu)蝕能力就會降低,但繼續增加(jia)鎳的含量后(hou),其(qi)耐(nai)(nai)點腐(fu)蝕性重(zhong)新得到改善。然后(hou)再通過(guo)熱處(chu)理后(hou),γ相(xiang)(xiang)從α相(xiang)(xiang)中(zhong)(zhong)析出,耐(nai)(nai)點腐(fu)蝕性仍舊降低,這是因為γ相(xiang)(xiang)中(zhong)(zhong)的Cr、Mo含量減少的緣故。該研究結(jie)果表明,在(zai)不(bu)含氮元素的情況下,雙相(xiang)(xiang)不(bu)銹鋼(gang)(gang)比單相(xiang)(xiang)不(bu)銹鋼(gang)(gang)的耐(nai)(nai)點腐(fu)蝕性差。
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。
此外(wai),小(xiao)林等(1980年)針(zhen)對22~25 Cr-4~8.5 Ni-1.5 Cu-0.8 Cu構(gou)成的(de)雙相鋼(gang)(gang),分(fen)析(xi)了(le)C(0.001%~0.05%)、N(0.01%~0.2%)及Ti、REM(Rare Earth Metal)、B等元(yuan)素對經過退火(huo)或高溫加(jia)熱后的(de)點(dian)腐(fu)蝕(shi)(shi)電位(wei)的(de)影響,發現碳不(bu)影響耐點(dian)腐(fu)蝕(shi)(shi)性,氮(dan)使耐點(dian)腐(fu)蝕(shi)(shi)性升高(如圖8.9所示(shi))。而且該圖顯示(shi)在含(han)有4%的(de)鎳時(shi),即使不(bu)特地添加(jia)氮(dan)元(yuan)素也具有良好的(de)耐點(dian)腐(fu)蝕(shi)(shi)性,這(zhe)是因(yin)為(wei)(wei)是鐵(tie)素體單相的(de)緣故。另外(wai),越是鎳含(han)量(liang)多的(de)鋼(gang)(gang)材,氮(dan)含(han)量(liang)為(wei)(wei)0.02%~0.06%時(shi)的(de)點(dian)腐(fu)蝕(shi)(shi)電位(wei)越低,這(zhe)是鎳含(han)量(liang)引(yin)起相比(bi)例發生變化的(de)結果。小(xiao)林等人(ren)進(jin)一步得出(chu),在含(han)氮(dan)鋼(gang)(gang)中添加(jia)0.1%以上的(de)鈦后,高溫加(jia)熱鋼(gang)(gang)材的(de)耐點(dian)腐(fu)蝕(shi)(shi)能力(li)提高,REM沒有產(chan)生影響;另外(wai)添加(jia)0.01%左(zuo)右的(de)硼后,可(ke)以通過抑制α相的(de)析(xi)出(chu)來提高耐點(dian)腐(fu)蝕(shi)(shi)性。
金(jin)子(zi)等人(1985年(nian))研究了(le)Ni(0.7%~17%)和N(0.03%~0.2%)對23 Cr-2 Mo鋼在50℃、3.5%NaCl中的(de)點腐(fu)蝕電(dian)(dian)位(wei)(wei)(wei)(wei)(wei)(wei)、縫(feng)隙腐(fu)蝕電(dian)(dian)位(wei)(wei)(wei)(wei)(wei)(wei)及再鈍化(hua)電(dian)(dian)位(wei)(wei)(wei)(wei)(wei)(wei)所(suo)造(zao)成的(de)影響,得出(chu)的(de)結論認為(wei):在氮(dan)(dan)含(han)量低(0.03%以下)的(de)情況下,點腐(fu)蝕電(dian)(dian)位(wei)(wei)(wei)(wei)(wei)(wei)隨著鎳含(han)量發生變化(hua),在變為(wei)雙相(xiang)鋼時,點腐(fu)蝕電(dian)(dian)位(wei)(wei)(wei)(wei)(wei)(wei)最低,這一(yi)結果與前述(shu)岡田等人的(de)結果一(yi)致。此外,金(jin)子(zi)等人還證明,氮(dan)(dan)的(de)添(tian)加(jia)使點腐(fu)蝕電(dian)(dian)位(wei)(wei)(wei)(wei)(wei)(wei)升高,經過(guo)高溫(wen)加(jia)熱處理(li)后的(de)不(bu)銹(xiu)鋼點腐(fu)蝕電(dian)(dian)位(wei)(wei)(wei)(wei)(wei)(wei)下降,鎳含(han)量較低的(de)不(bu)銹(xiu)鋼的(de)變化(hua)更明顯。而(er)且還證實了(le)縫(feng)隙腐(fu)蝕電(dian)(dian)位(wei)(wei)(wei)(wei)(wei)(wei)、點腐(fu)蝕電(dian)(dian)位(wei)(wei)(wei)(wei)(wei)(wei)及縫(feng)隙再鈍化(hua)電(dian)(dian)位(wei)(wei)(wei)(wei)(wei)(wei)受Ni、N含(han)量的(de)影響不(bu)大(da)。
三(san)浦等(deng)人(1986年)通過6%FeCl3 水溶(rong)液中的(de)(de)臨(lin)(lin)界(jie)點(dian)腐蝕(shi)(shi)溫度(du)(du),評(ping)價(jia)了鎳(nie)及氮含(han)量(liang)發生改變的(de)(de)22 Cr-3 Mo鋼的(de)(de)母材和(he)焊(han)(han)接(jie)(jie)金屬的(de)(de)耐(nai)點(dian)腐蝕(shi)(shi)性,結果顯(xian)示氮元(yuan)素(su)使臨(lin)(lin)界(jie)點(dian)腐蝕(shi)(shi)溫度(du)(du)上升(sheng);鎳(nie)含(han)量(liang)增(zeng)加(jia)后,母材的(de)(de)臨(lin)(lin)界(jie)點(dian)腐蝕(shi)(shi)溫度(du)(du)降低(di),而焊(han)(han)接(jie)(jie)材料的(de)(de)臨(lin)(lin)界(jie)點(dian)腐蝕(shi)(shi)溫度(du)(du)升(sheng)高(gao),在(zai)(zai)鎳(nie)含(han)量(liang)達到(dao)6%以上時,此(ci)溫度(du)(du)大致(zhi)保持在(zai)(zai)一定水平。特別是在(zai)(zai)焊(han)(han)接(jie)(jie)金屬方面,Ni、N含(han)量(liang)減(jian)少后,冷卻過程中γ的(de)(de)析(xi)出得到(dao)抑制(zhi),碳(tan)或氮不能(neng)在(zai)(zai)γ中完(wan)全固溶(rong),導致(zhi)析(xi)出物的(de)(de)生成顯(xian)著(zhu),因(yin)此(ci)耐(nai)點(dian)腐蝕(shi)(shi)能(neng)力降低(di)。
另(ling)外,岡山等(1987年)分析了合金元素對在25℃、12%NaCl溶液中得出(chu)的雙相不銹(xiu)鋼(12種)脫鈍化pH(pH4)值的影響,并把(ba)這(zhe)一結果用下式表(biao)示出(chu)來,其中合金元素表(biao)示為mass%.該式沒有表(biao)明鉻和(he)氮的影響。
pHd=-3.28 log Ni-0.13Mo-10.4P+2.95
2. 氮(dan)添加(jia)鋼中相(xiang)比例的影響
在(zai)研(yan)究相比(bi)例對雙相不(bu)銹(xiu)鋼耐(nai)(nai)(nai)點腐蝕(shi)(shi)性的影響(xiang)時(shi),通過改變對耐(nai)(nai)(nai)點腐蝕(shi)(shi)性影響(xiang)小的氮含量(liang),或改變加熱溫度來改變相比(bi)例。正如前面所講到的岡田等(deng)人(ren)的研(yan)究結(jie)果,在(zai)沒有(you)特(te)別(bie)添(tian)加氮的雙相不(bu)銹(xiu)鋼中(zhong),γ相從(cong)α相中(zhong)析出后,γ相中(zhong)所含的Cr、Mo量(liang)比(bi)α相少(shao),所以耐(nai)(nai)(nai)點腐蝕(shi)(shi)能力下降,但(dan)在(zai)添(tian)加了氮元素的雙相不(bu)銹(xiu)鋼中(zhong),當相比(bi)例達到某一程度時(shi),耐(nai)(nai)(nai)點腐蝕(shi)(shi)性升至(zhi)最高。
長(chang)田等(1981年(nian))(1984年(nian))在以(yi)23Cr-1.5Mo及25Cr-1.5~3.5Mo為(wei)主要成分的(de)不(bu)銹鋼(gang)(gang)中添加(jia)了0.1%N,然后(hou)通過改(gai)變其(qi)中的(de)鎳含量(liang)(liang)來(lai)改(gai)變相(xiang)(xiang)(xiang)比(bi)例,使(shi)其(qi)構成各種雙(shuang)相(xiang)(xiang)(xiang)鋼(gang)(gang),然后(hou)對這些雙(shuang)相(xiang)(xiang)(xiang)鋼(gang)(gang)進行(xing)了點腐蝕(shi)(shi)(shi)電位測定(ding)和(he)氯(lv)化鐵(tie)浸(jin)泡(pao)(pao)試(shi)(shi)驗。該(gai)試(shi)(shi)驗結果(guo)(guo)如圖8.10所示,即使(shi)Cr、Mo含量(liang)(liang)相(xiang)(xiang)(xiang)同(tong)(tong),當γ量(liang)(liang)達(da)(da)到一(yi)定(ding)范圍(wei)(30%~40%)時(shi),耐(nai)點腐蝕(shi)(shi)(shi)能力達(da)(da)到最高水平(ping)。另外,酒井等人(ren)(1983年(nian))對由鎳含量(liang)(liang)發生(sheng)改(gai)變的(de)25Cr和(he)22Cr-3Mo-0.15N-xNi組(zu)成的(de)雙(shuang)相(xiang)(xiang)(xiang)不(bu)銹鋼(gang)(gang),進行(xing)了氯(lv)化鐵(tie)浸(jin)泡(pao)(pao)試(shi)(shi)驗來(lai)測定(ding)其(qi)耐(nai)點腐蝕(shi)(shi)(shi)性(xing)(xing)(xing),結果(guo)(guo)顯(xian)示γ量(liang)(liang)在50%左右時(shi),耐(nai)點腐蝕(shi)(shi)(shi)性(xing)(xing)(xing)最好。另一(yi)方面,藤原等(1987年(nian))把SUS329J3L 和(he)相(xiang)(xiang)(xiang)當于(yu)329J4L的(de)鋼(gang)(gang)材進行(xing)高溫處理,以(yi)改(gai)變相(xiang)(xiang)(xiang)比(bi)例,然后(hou)通過氯(lv)化鐵(tie)浸(jin)泡(pao)(pao)試(shi)(shi)驗來(lai)檢(jian)測耐(nai)點腐蝕(shi)(shi)(shi)性(xing)(xing)(xing)。該(gai)試(shi)(shi)驗結果(guo)(guo)同(tong)(tong)樣顯(xian)示在γ相(xiang)(xiang)(xiang)達(da)(da)到某一(yi)比(bi)例時(shi),耐(nai)點腐蝕(shi)(shi)(shi)性(xing)(xing)(xing)為(wei)最高。
如上所(suo)述,相(xiang)(xiang)(xiang)比(bi)(bi)例(li)(li)達到(dao)某(mou)一(yi)程(cheng)度(du)時(shi),耐(nai)(nai)(nai)(nai)(nai)點(dian)(dian)(dian)腐(fu)蝕(shi)(shi)性(xing)達到(dao)最高(gao)(gao)水平。根(gen)本(ben)等人(ren)(1987年)證實了(le)(le),這一(yi)相(xiang)(xiang)(xiang)比(bi)(bi)例(li)(li)的(de)(de)出(chu)(chu)現是由(you)改善耐(nai)(nai)(nai)(nai)(nai)點(dian)(dian)(dian)腐(fu)蝕(shi)(shi)性(xing)的(de)(de)元(yuan)素(su)(su)(su)Cr、Mo、N在(zai)各相(xiang)(xiang)(xiang)中(zhong)的(de)(de)構成(cheng)不(bu)同(tong)而(er)引起的(de)(de)。圖(tu)8.11模式化地表(biao)(biao)明了(le)(le)相(xiang)(xiang)(xiang)比(bi)(bi)例(li)(li)對雙相(xiang)(xiang)(xiang)不(bu)銹(xiu)(xiu)鋼(gang)耐(nai)(nai)(nai)(nai)(nai)點(dian)(dian)(dian)腐(fu)蝕(shi)(shi)性(xing)的(de)(de)影響,其中(zhong)豎軸(zhou)表(biao)(biao)示(shi)根(gen)據Cr、Mo、N在(zai)各相(xiang)(xiang)(xiang)中(zhong)的(de)(de)含量所(suo)得(de)出(chu)(chu)的(de)(de)耐(nai)(nai)(nai)(nai)(nai)點(dian)(dian)(dian)腐(fu)蝕(shi)(shi)性(xing)指(zhi)數(shu),而(er)Cr、Mo、N均(jun)為能(neng)顯(xian)著(zhu)提高(gao)(gao)耐(nai)(nai)(nai)(nai)(nai)點(dian)(dian)(dian)腐(fu)蝕(shi)(shi)性(xing)的(de)(de)元(yuan)素(su)(su)(su)。當鐵素(su)(su)(su)體(ti)(ti)單相(xiang)(xiang)(xiang)的(de)(de)耐(nai)(nai)(nai)(nai)(nai)點(dian)(dian)(dian)腐(fu)蝕(shi)(shi)指(zhi)數(shu)為a時(shi),添(tian)加對耐(nai)(nai)(nai)(nai)(nai)點(dian)(dian)(dian)腐(fu)蝕(shi)(shi)性(xing)影響較小(xiao)的(de)(de)鎳(nie)元(yuan)素(su)(su)(su)使(shi)之(zhi)成(cheng)為由(you)雙相(xiang)(xiang)(xiang)構成(cheng),這樣鐵素(su)(su)(su)體(ti)(ti)的(de)(de)生成(cheng)元(yuan)素(su)(su)(su)Cr、Mo就固溶(rong)在(zai)鐵素(su)(su)(su)體(ti)(ti)相(xiang)(xiang)(xiang)中(zhong),因(yin)此該相(xiang)(xiang)(xiang)的(de)(de)耐(nai)(nai)(nai)(nai)(nai)點(dian)(dian)(dian)腐(fu)蝕(shi)(shi)性(xing)升高(gao)(gao);而(er)在(zai)奧氏(shi)體(ti)(ti)相(xiang)(xiang)(xiang)方面,雖(sui)然Cr、Mo含量有所(suo)減(jian)少,但奧氏(shi)體(ti)(ti)的(de)(de)生成(cheng)元(yuan)素(su)(su)(su)氮固溶(rong)在(zai)奧氏(shi)體(ti)(ti)相(xiang)(xiang)(xiang)中(zhong),因(yin)此仍然表(biao)(biao)現出(chu)(chu)良好(hao)的(de)(de)耐(nai)(nai)(nai)(nai)(nai)點(dian)(dian)(dian)腐(fu)蝕(shi)(shi)能(neng)力(li)。當相(xiang)(xiang)(xiang)比(bi)(bi)例(li)(li)達到(dao)沒有析(xi)出(chu)(chu)物質、兩(liang)相(xiang)(xiang)(xiang)的(de)(de)耐(nai)(nai)(nai)(nai)(nai)點(dian)(dian)(dian)腐(fu)蝕(shi)(shi)性(xing)一(yi)致(圖(tu)中(zhong)的(de)(de)箭頭(tou)位置)時(shi),這種雙相(xiang)(xiang)(xiang)不(bu)銹(xiu)(xiu)鋼(gang)呈現出(chu)(chu)最強的(de)(de)耐(nai)(nai)(nai)(nai)(nai)點(dian)(dian)(dian)腐(fu)蝕(shi)(shi)能(neng)力(li)。可以根(gen)據這類圖(tu)斷定,在(zai)奧氏(shi)體(ti)(ti)不(bu)銹(xiu)(xiu)鋼(gang)或鐵素(su)(su)(su)體(ti)(ti)不(bu)銹(xiu)(xiu)鋼(gang)中(zhong)分別有鐵素(su)(su)(su)體(ti)(ti)相(xiang)(xiang)(xiang)或奧氏(shi)體(ti)(ti)相(xiang)(xiang)(xiang)析(xi)出(chu)(chu)的(de)(de)情(qing)況下,不(bu)管哪一(yi)相(xiang)(xiang)(xiang)都容易發生點(dian)(dian)(dian)腐(fu)蝕(shi)(shi)。