影響點(dian)蝕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。
在強氧化性酸和一(yi)些還(huan)原(yuan)性介質中(zhong),只靠鉻的鈍化作用尚(shang)不足以(yi)維持其(qi)耐蝕(shi)性,還(huan)需要(yao)添加抑制陽極溶解的元(yuan)素,如鎳、鉬(mu)、硅(gui)等(deng),尤其(qi)是(shi)鉬(mu)。在中(zhong)性氯(lv)化物的溶液中(zhong),鉻與(yu)鉬(mu)的配合能顯著(zhu)提高鋼的耐點蝕(shi)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。
鎳在雙相不(bu)銹鋼(gang)中的(de)(de)主要作用是控制好(hao)組(zu)織,選擇適當的(de)(de)鎳含(han)量(liang)(liang),使α和γ相各占50%左右。鎳含(han)量(liang)(liang)高(gao)于(yu)最(zui)佳(jia)值(zhi),y相含(han)量(liang)(liang)大(da)于(yu)50%,α相中顯著(zhu)富鉻,易在700~950℃轉變成。相等,鋼(gang)的(de)(de)塑韌性(xing)下降(jiang);如(ru)果鎳含(han)量(liang)(liang)低于(yu)最(zui)佳(jia)值(zhi),α相含(han)量(liang)(liang)高(gao),也(ye)會得(de)到低的(de)(de)韌性(xing),固態結(jie)晶時δ相立即形成,對鋼(gang)的(de)(de)焊接性(xing)不(bu)利。
氮(dan)(dan)在雙相(xiang)不銹(xiu)(xiu)鋼中的(de)作用(yong)日(ri)益受(shou)到重視,在新一代超級雙相(xiang)不銹(xiu)(xiu)鋼中都(dou)加入(ru)氮(dan)(dan)作為(wei)合金(jin)元素。許(xu)多(duo)學者(zhe)都(dou)致(zhi)力于(yu)研究氮(dan)(dan)的(de)作用(yong)機制,并提出了一些(xie)通(tong)過(guo)氮(dan)(dan)合金(jin)化而(er)改善耐點蝕性能的(de)機理(li)(li),主要有氨形成理(li)(li)論、表面富集理(li)(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)(mian)富(fu)集(ji)理(li)論認(ren)為,氮會在長(chang)時(shi)間(jian)的(de)鈍化期間(jian)內,于鈍化膜(mo)下大量富(fu)集(ji),這(zhe)種(zhong)富(fu)集(ji)能阻止(zhi)或者降低鈍化膜(mo)破損后基底(di)層的(de)溶解速率。這(zhe)些富(fu)集(ji)的(de)氮能與鉬或鉻發生(sheng)化學相互作用,防止(zhi)表(biao)面(mian)(mian)形成高密(mi)度電流,避免發生(sheng)點蝕。
氮(dan)對雙(shuang)相不銹鋼耐點(dian)(dian)蝕的影響與(yu)其影響合金元(yuan)(yuan)素(su)在(zai)兩相之間的分配有(you)關,氮(dan)可使鉻、鉬元(yuan)(yuan)素(su)從(cong)鐵素(su)體(ti)(ti)相向奧氏(shi)(shi)體(ti)(ti)中(zhong)轉移,鋼中(zhong)的氮(dan)含(han)量越(yue)(yue)高(gao),兩相中(zhong)合金元(yuan)(yuan)素(su)之差越(yue)(yue)小。同時氮(dan)在(zai)奧氏(shi)(shi)體(ti)(ti)中(zhong)的溶解度遠(yuan)高(gao)于在(zai)鐵素(su)體(ti)(ti)中(zhong),上述原因使奧氏(shi)(shi)體(ti)(ti)相的點(dian)(dian)蝕電位提高(gao),從(cong)而提高(gao)了整體(ti)(ti)點(dian)(dian)蝕電位。
錳對雙相(xiang)不銹鋼(gang)的(de)耐點蝕性能不利(li),這是由于錳主要(yao)與硫結合,形成硫化錳,大多(duo)沿晶界分布,成為點蝕敏感點。
銅(tong)在雙相(xiang)不(bu)銹鋼中對點蝕的(de)影響尚有爭議。在雙相(xiang)不(bu)銹鋼鍛件(jian)中,銅(tong)加入量不(bu)超過(guo)2%,在鑄件(jian)中最高不(bu)超過(guo)3%,主要(yao)是從鋼的(de)熱塑性和可(ke)焊(han)性方面(mian)來考慮的(de)。
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)耐點蝕性能是有(you)害的(de),但(dan)隨鋼中氮含(han)量的(de)增加,碳的(de)不利作用減弱。
綜(zong)上所述(shu),在(zai)氯化物環境中影響點(dian)蝕的主要(yao)合(he)金(jin)元素是鉻、鉬和氮。研究(jiu)者為便于描(miao)述(shu)合(he)金(jin)元素與(yu)耐點(dian)蝕性(xing)能(neng)之間(jian)的關(guan)(guan)系(xi),建立了(le)數學關(guan)(guan)系(xi)式(shi),提出了(le)點(dian)蝕抗(kang)力(li)當量值或稱耐點(dian)蝕指數 PREN(pitting resistance equivalent number),其中最常用的關(guan)(guan)系(xi)式(shi):
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(de)化(hua)(hua)學(xue)溶(rong)解,溶(rong)解后(hou)反(fan)應即終止,對(dui)基(ji)體(ti)(ti)不會帶來(lai)影響。還有一(yi)類是(shi)以(yi)硫化(hua)(hua)物(wu)(wu)為外殼包圍(wei)著的(de)氧化(hua)(hua)物(wu)(wu),或(huo)在氧化(hua)(hua)物(wu)(wu)中分布(bu)有極(ji)微(wei)小(xiao)硫化(hua)(hua)物(wu)(wu)質點的(de)復合夾(jia)雜物(wu)(wu)。這些氧化(hua)(hua)物(wu)(wu)主(zhu)要(yao)是(shi)鋁、鈣(gai)、鎂的(de)復合氧化(hua)(hua)物(wu)(wu),硫化(hua)(hua)物(wu)(wu)主(zhu)要(yao)是(shi)(Ca,Mn)S或(huo)(Fe,Mn)xS。這種復合夾(jia)雜物(wu)(wu)在FeCl3溶(rong)液中浸泡很(hen)短時(shi)間就會在夾(jia)雜和基(ji)體(ti)(ti)間產生極(ji)窄的(de)縫(feng)隙或(huo)微(wei)小(xiao)孔洞,繼之腐蝕(shi)從縫(feng)隙處開始向(xiang)基(ji)體(ti)(ti)金屬蔓延,形成稍大(da)的(de)蝕(shi)坑,并迅速(su)擴大(da),在金屬表面留(liu)下大(da)小(xiao)不等、肉眼可(ke)見的(de)蝕(shi)坑。為提高(gao)鋼(gang)的(de)點蝕(shi)性能,宜用硅鈣(gai)取代鋁以(yi)及(ji)降(jiang)低鋼(gang)中硫、錳量都是(shi)有效(xiao)辦法。
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。

