影響點蝕(shi)的因素有材料因素和環境因素,其中以合金元素的影響最為重要。
鉻是提高鋼的耐蝕性的主要元素,鉻含量增至25%時,點蝕電位明顯增高,點蝕速率明顯下降。但在含氮雙相不銹鋼中,鉻含量增至30%時,耐點蝕能力反而下降,這是由于較多的氮溶于奧氏體,提高了奧氏體的點蝕抗力,致使鐵素體相優先溶解。提高鉻含量還會加速α→σ+y2的分解,增加脆化傾向,因此雙相不銹鋼中的鉻含量一般控制在25%以下。
在(zai)強氧化(hua)(hua)性酸(suan)和一些(xie)還原性介質中,只靠(kao)鉻(ge)的鈍化(hua)(hua)作用尚不足以維持(chi)其耐蝕性,還需要添加抑制陽極溶解的元素,如鎳、鉬、硅等,尤其是(shi)鉬。在(zai)中性氯化(hua)(hua)物的溶液中,鉻(ge)與(yu)鉬的配合(he)能顯(xian)著提高鋼的耐點蝕性能。
鉬顯著提高雙相不銹鋼的耐點蝕性能。鉬富集在靠近基體的鈍化膜中,提高了鈍化膜的穩定性,但鉬促進一些脆性相σ、X等的析出,尤其當鋼中的鉬含量在3.5%以上時,影響更為嚴重。在新一代超級雙(shuang)相(xiang)不銹鋼中含3%~4%Mo,但由于含有較高的氮及較好的相平衡,延緩了脆性相的析出。
鎳(nie)在雙相不銹鋼(gang)中的主要作(zuo)用是控(kong)制好組(zu)織,選(xuan)擇適當的鎳(nie)含(han)量,使α和γ相各占(zhan)50%左右。鎳(nie)含(han)量高于最(zui)佳值,y相含(han)量大于50%,α相中顯著富鉻,易在700~950℃轉變成。相等(deng),鋼(gang)的塑韌性下(xia)降;如果鎳(nie)含(han)量低于最(zui)佳值,α相含(han)量高,也會得到低的韌性,固態結晶時δ相立即形成,對鋼(gang)的焊接性不利。
氮在雙相不銹鋼中的作用日益受到重視(shi),在新(xin)一(yi)(yi)代超級雙相不銹鋼中都加入氮作為合(he)金元素。許多學(xue)者都致力(li)于研(yan)究氮的作用機制,并提出了一(yi)(yi)些(xie)通(tong)過氮合(he)金化(hua)而(er)改(gai)善耐點(dian)蝕性能的機理(li),主(zhu)要有氨形成(cheng)理(li)論、表面(mian)富集理(li)論等。
氨形成理論認為,從不銹鋼中分解的氮消耗小孔或縫隙溶液中的H+,形成NH+4,使初始小孔的pH升高,促進小孔再鈍化,并檢測到鈍化膜中存在NH+4或者NH3。也有學者認為,氮與鉬、鉻之間存在協同作用,如氮和鉬產生游離的NH和MoO2-4吸附在鈍化表面,NH+4的緩蝕有助于MoO2-4的穩定,并與靠近氧化物和金屬界面的鎳共同使雙相不銹鋼的鈍化膜保持均一性。
表(biao)面(mian)富集(ji)理論認(ren)為(wei),氮(dan)會(hui)在(zai)長時間的(de)鈍(dun)化(hua)期間內,于鈍(dun)化(hua)膜(mo)下大量富集(ji),這種富集(ji)能阻(zu)止或(huo)(huo)者降低鈍(dun)化(hua)膜(mo)破(po)損后基底層的(de)溶解速率。這些富集(ji)的(de)氮(dan)能與鉬或(huo)(huo)鉻發(fa)生化(hua)學相互作用,防止表(biao)面(mian)形成高(gao)密度電流,避免發(fa)生點蝕。
氮對雙相不銹鋼耐點(dian)蝕的影(ying)響(xiang)與其影(ying)響(xiang)合金(jin)元素在(zai)兩相之間的分(fen)配有關,氮可使鉻、鉬元素從(cong)鐵素體相向(xiang)奧(ao)氏體中(zhong)(zhong)轉移,鋼中(zhong)(zhong)的氮含量越(yue)高(gao),兩相中(zhong)(zhong)合金(jin)元素之差越(yue)小。同時氮在(zai)奧(ao)氏體中(zhong)(zhong)的溶解度遠高(gao)于(yu)在(zai)鐵素體中(zhong)(zhong),上述原因(yin)使奧(ao)氏體相的點(dian)蝕電位(wei)提高(gao),從(cong)而提高(gao)了整體點(dian)蝕電位(wei)。
錳對(dui)雙相(xiang)不(bu)銹鋼(gang)的(de)耐點蝕性能不(bu)利,這是由于錳主要與硫結(jie)合(he),形成(cheng)硫化(hua)錳,大多沿晶界(jie)分布,成(cheng)為(wei)點蝕敏(min)感(gan)點。
銅在雙(shuang)相(xiang)不銹鋼中(zhong)(zhong)對點蝕(shi)的影響(xiang)尚有爭議。在雙(shuang)相(xiang)不銹鋼鍛(duan)件(jian)中(zhong)(zhong),銅加入(ru)量不超(chao)(chao)過(guo)2%,在鑄(zhu)件(jian)中(zhong)(zhong)最高不超(chao)(chao)過(guo)3%,主要是從(cong)鋼的熱塑(su)性和可焊性方面來(lai)考慮的。
研究者研究了銅在Ferralium 255中的作用,認為銅與溶液中的Cl-反應形成的CuCl2沉積在鈍化膜表面MnS夾雜處,防止了點蝕的形成。
碳對雙(shuang)相不銹鋼的(de)耐(nai)點(dian)蝕性能是有害的(de),但隨(sui)鋼中氮含(han)量的(de)增加,碳的(de)不利作用減弱。
綜上所述,在氯化物環(huan)境中影響點蝕(shi)的(de)主要合(he)金元素是鉻、鉬和氮。研究(jiu)者為便于(yu)描述合(he)金元素與耐點蝕(shi)性能之間的(de)關系(xi),建立了數(shu)學關系(xi)式,提出了點蝕(shi)抗力(li)當量值或(huo)稱耐點蝕(shi)指數(shu) PREN(pitting resistance equivalent number),其(qi)中最常(chang)用的(de)關系(xi)式:
PREN16=C+3.3Mo+16N (9.12)
PREN30=Cr+3.3Mo+30N (9.13)
常使用16作為氮的系數,還建立了引入其他元素的數學關系式。這些關系式給出了一個快捷的評定點蝕抗力的方法,但是它只考慮鉻、鉬、氮的作用,而沒有考慮組織的不均一性和析出相的影響。有決定性的鉻、鉬、氮等元素在兩相之間的分配并不平衡,這些元素的貧化區必然是抗點蝕的最弱區,易優先遭到腐蝕。因此,應分別計算每一相的PREN,鋼的實際點蝕抗力取決于PREN低的相。通過選擇合適的固溶溫度,使兩相獲得相當的PREN,會使鋼具有最佳的耐點蝕性能。高氮的雙相不銹鋼通過適宜的固溶溫度可以使兩相的PREN相當。例如,022Cr25Ni7Mo4N(SAF 2507)超級雙相不銹鋼經1075℃固溶處理可取得兩相都相近的PREN,如表9.44所示。氮主要集中于奧氏體相中,改善了它的點蝕抗力,同時也提高了整體鋼的耐點蝕性能。

金屬間化合物中以。相對鋼的點蝕性能影響最大,少量析出的。相即可惡化鋼的耐點蝕性能。非金屬夾雜物的組成及其分布對點蝕也有重大影響。關于鋼中硫化物夾雜影響的研究指出,FeS、MnS等一類簡單硫化物,在FeCl3溶液中只是
自(zi)身的化學(xue)溶解(jie)(jie),溶解(jie)(jie)后反應(ying)即終止,對基(ji)體(ti)(ti)不會帶來(lai)影響。還有一類是(shi)(shi)以(yi)硫化物(wu)(wu)(wu)(wu)為(wei)外殼包圍著的氧(yang)化物(wu)(wu)(wu)(wu),或在氧(yang)化物(wu)(wu)(wu)(wu)中(zhong)分布有極(ji)(ji)微小硫化物(wu)(wu)(wu)(wu)質點的復合夾(jia)雜(za)(za)物(wu)(wu)(wu)(wu)。這些氧(yang)化物(wu)(wu)(wu)(wu)主要是(shi)(shi)鋁、鈣(gai)、鎂的復合氧(yang)化物(wu)(wu)(wu)(wu),硫化物(wu)(wu)(wu)(wu)主要是(shi)(shi)(Ca,Mn)S或(Fe,Mn)xS。這種復合夾(jia)雜(za)(za)物(wu)(wu)(wu)(wu)在FeCl3溶液中(zhong)浸泡很短時間(jian)就會在夾(jia)雜(za)(za)和基(ji)體(ti)(ti)間(jian)產生極(ji)(ji)窄的縫隙(xi)或微小孔洞,繼之腐蝕(shi)從縫隙(xi)處開始向(xiang)基(ji)體(ti)(ti)金(jin)屬(shu)蔓延,形(xing)成稍大(da)的蝕(shi)坑,并迅速擴大(da),在金(jin)屬(shu)表面留下大(da)小不等、肉眼可(ke)見的蝕(shi)坑。為(wei)提高鋼(gang)的點蝕(shi)性能,宜用(yong)硅鈣(gai)取代鋁以(yi)及降低鋼(gang)中(zhong)硫、錳量都是(shi)(shi)有效辦法(fa)。
另外,在評價不銹鋼耐點蝕性能時,常采用測定其在特定溶液體系(如含侵蝕性Cl-)中的臨界點蝕溫度(critical pitting temperature,CPT)的方法。

