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(deng)(1973年)首(shou)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(zai)規定范圍內按(an)照各(ge)種(zhong)組(zu)合制成奧氏(shi)體不(bu)(bu)銹(xiu)鋼(gang)(gang),然(ran)后把(ba)這(zhe)些不(bu)(bu)銹(xiu)鋼(gang)(gang)置于30℃的(de)(de)10%FeCl3+1/20 mol/dm3HCl溶液中,采用多(duo)重回歸分(fen)析方法整理出了由點(dian)腐蝕造(zao)成的(de)(de)腐蝕減量和(he)化(hua)學組(zu)成之(zhi)間(jian)的(de)(de)關(guan)系(xi),并(bing)把(ba)腐蝕減量的(de)(de)推算(suan)值Δw(g/(㎡·h))與化(hua)學組(zu)成之(zhi)間(jian)的(de)(de)關(guan)系(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)


圖 3.jpg


  在(zai)(zai)這里,各種元(yuan)素(su)均用(yong)mass%表(biao)示(shi)。這一(yi)公式表(biao)明,C、N、Si、Mo、Cr使耐點(dian)(dian)(dian)(dian)腐(fu)蝕(shi)(shi)(shi)(shi)能(neng)(neng)力增(zeng)強,而Mn卻具(ju)有(you)(you)負(fu)面影(ying)響。此外,關于各種合金元(yuan)素(su)對17 Cr-16 Ni鋼(gang)和17 Cr-16 Ni-4Mo鋼(gang)的(de)(de)(de)耐點(dian)(dian)(dian)(dian)腐(fu)蝕(shi)(shi)(shi)(shi)性的(de)(de)(de)影(ying)響,遲澤等(deng)(deng)人(1975年)采用(yong)氯(lv)化(hua)(hua)(hua)鐵浸泡試驗和對氯(lv)化(hua)(hua)(hua)物(wu)水溶(rong)液中點(dian)(dian)(dian)(dian)腐(fu)蝕(shi)(shi)(shi)(shi)電(dian)位的(de)(de)(de)測定,進(jin)行了(le)系(xi)統性的(de)(de)(de)研究。其中,把合金元(yuan)素(su)對17 Cr-16 Ni鋼(gang)影(ying)響的(de)(de)(de)一(yi)部(bu)分用(yong)圖(tu)8.3表(biao)示(shi)了(le)出來(lai),從而證實(shi)了(le)C、N、Si、Mo、Cu、W等(deng)(deng)元(yuan)素(su)使耐點(dian)(dian)(dian)(dian)腐(fu)蝕(shi)(shi)(shi)(shi)能(neng)(neng)力得到(dao)了(le)提(ti)高。圖(tu)8.4 用(yong)來(lai)表(biao)示(shi)添加合金元(yuan)素(su)對耐點(dian)(dian)(dian)(dian)腐(fu)蝕(shi)(shi)(shi)(shi)性的(de)(de)(de)影(ying)響,如圖(tu)8.4所(suo)示(shi),在(zai)(zai)酸(suan)性氯(lv)化(hua)(hua)(hua)物(wu)水溶(rong)液中的(de)(de)(de)鈍(dun)(dun)(dun)化(hua)(hua)(hua)臨界(jie)電(dian)流密度與氯(lv)化(hua)(hua)(hua)物(wu)水溶(rong)液中的(de)(de)(de)點(dian)(dian)(dian)(dian)腐(fu)蝕(shi)(shi)(shi)(shi)電(dian)位之(zhi)間的(de)(de)(de)關系(xi)圖(tu)上,合金元(yuan)素(su)的(de)(de)(de)影(ying)響顯示(shi)為曲線,這表(biao)明在(zai)(zai)促使不(bu)銹(xiu)鋼(gang)發生(sheng)鈍(dun)(dun)(dun)化(hua)(hua)(hua)的(de)(de)(de)合金化(hua)(hua)(hua)過程中,耐點(dian)(dian)(dian)(dian)腐(fu)蝕(shi)(shi)(shi)(shi)能(neng)(neng)力有(you)(you)增(zeng)強的(de)(de)(de)傾向。但是在(zai)(zai)圖(tu)8.4中,只有(you)(you)添加了(le)氮的(de)(de)(de)不(bu)銹(xiu)鋼(gang)偏離了(le)整體(ti)的(de)(de)(de)趨勢,與鈍(dun)(dun)(dun)化(hua)(hua)(hua)能(neng)(neng)力(豎軸(zhou))相比,它(ta)更有(you)(you)助(zhu)于提(ti)高點(dian)(dian)(dian)(dian)腐(fu)蝕(shi)(shi)(shi)(shi)電(dian)位,所(suo)以(yi)只有(you)(you)氮以(yi)不(bu)同(tong)的(de)(de)(de)原理使耐點(dian)(dian)(dian)(dian)腐(fu)蝕(shi)(shi)(shi)(shi)性得到(dao)增(zeng)強。此外,在(zai)(zai)蝕(shi)(shi)(shi)(shi)孔生(sheng)成時氮以(yi)NH4 陽離子(zi)的(de)(de)(de)形式存在(zai)(zai)于液體(ti)中,由此可推斷(duan)氮元(yuan)素(su)是通過抑制點(dian)(dian)(dian)(dian)腐(fu)蝕(shi)(shi)(shi)(shi)發生(sheng)處的(de)(de)(de)pH值下降,來(lai)避免點(dian)(dian)(dian)(dian)腐(fu)蝕(shi)(shi)(shi)(shi)進(jin)一(yi)步發展(zhan)。


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  正如表(biao)8.2所(suo)總結的(de)(de)(de)那(nei)樣,人們直到1975年(nian)左右,才比(bi)(bi)較(jiao)定性(xing)、比(bi)(bi)較(jiao)明確地認(ren)識了(le)合金元(yuan)素對奧(ao)氏(shi)體不銹鋼點腐(fu)蝕的(de)(de)(de)影(ying)(ying)響(xiang),進而通過提(ti)高Cr、Mo、N含(han)量(liang)和(he)降低Mn、S含(han)量(liang)等方法,開(kai)發具有耐(nai)點腐(fu)蝕能(neng)力的(de)(de)(de)不銹鋼。此外,如下所(suo)述,研究者在詳細探討鉻、鎳、鉬、銅、氮等元(yuan)素的(de)(de)(de)影(ying)(ying)響(xiang)同時,漸(jian)漸(jian)轉為研究合金元(yuan)素對縫隙腐(fu)蝕的(de)(de)(de)影(ying)(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(xi)腐蝕(shi)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。





  另一方(fang)面,中(zhong)田(1976年(nian))檢(jian)測了合金元素(su)對(dui)耐縫(feng)(feng)(feng)隙(xi)腐(fu)(fu)蝕(shi)性的判斷標準(zhun)-脫鈍化(hua)(hua)pH(pHa)的影響(xiang),把(ba)合金中(zhong)的(%Cr)+3(%Mo)+0.5(%Ni)對(dui)pHa的影響(xiang)用(yong)圖8.5 表示(shi)了出來,并(bing)證(zheng)明(ming)了銅(tong)能(neng)有效抑(yi)制縫(feng)(feng)(feng)隙(xi)腐(fu)(fu)蝕(shi)(1977年(nian)),后(hou)在(zai)上(shang)述(shu)公式中(zhong)加入(ru)2(%Cu),用(yong)圖8.6表明(ming)了與縫(feng)(feng)(feng)隙(xi)腐(fu)(fu)蝕(shi)量的關系。一般認(ren)為,鉬(mu)(mu)對(dui)縫(feng)(feng)(feng)隙(xi)腐(fu)(fu)蝕(shi)的影響(xiang)效果通過(guo)由鉬(mu)(mu)酸生成引起的再鈍化(hua)(hua)來實現。根(gen)據鈴木(1979年(nian))的研究成果,一般來說,鉬(mu)(mu)在(zai)奧(ao)氏(shi)體(ti)不(bu)銹(xiu)鋼或鐵素(su)體(ti)不(bu)銹(xiu)鋼中(zhong)的濃度大于2%~3%時,就(jiu)能(neng)有效抑(yi)制縫(feng)(feng)(feng)隙(xi)腐(fu)(fu)蝕(shi)的發生。如果鉬(mu)(mu)在(zai)縫(feng)(feng)(feng)隙(xi)中(zhong)偏析后(hou)能(neng)發生再鈍化(hua)(hua),那么為確保一定比例以上(shang)的阻化(hua)(hua)劑濃度,2%~3%的鉬(mu)(mu)就(jiu)是(shi)必要的組成部分(fen)。


 圖 6.jpg 圖 5.jpg



   此外,小林等(1978年(nian))研究了氮(dan)是如何影響Cr、Ni、Mo含(han)量(liang)不同的(de)奧氏體不銹鋼(gang)的(de)點腐蝕(shi)(shi)和縫隙腐蝕(shi)(shi)的(de),他發現在(zai)20%~24%Cr、12%~20%Ni、2.5%~4.4%Mo這一(yi)范圍內的(de)不銹鋼(gang),比(bi)如22 Cr-20 Ni-3 Mo鋼(gang)中添(tian)加氮(dan)后(hou),點腐蝕(shi)(shi)臨(lin)界溫度升高(gao),能(neng)有效(xiao)(xiao)抗腐蝕(shi)(shi)。鉻及鉬的(de)含(han)量(liang)越高(gao),抗腐蝕(shi)(shi)效(xiao)(xiao)果越明顯,而(er)且氮(dan)也能(neng)改善縫隙腐蝕(shi)(shi)性,這一(yi)效(xiao)(xiao)果也多見于高(gao)鉻、高(gao)鉬鋼(gang)。


 杉本等(1980年)針(zhen)對0.3%~4%Cu、0.03%~0.1%N、0.8%~1.5%Si對19 Cr-10 Ni-1 Mo鋼耐蝕(shi)性的(de)(de)影(ying)響進行了(le)(le)(le)研究。他們測(ce)定了(le)(le)(le)其在25℃的(de)(de)3.5%NaCl及80℃的(de)(de)1000x10-4%(ppm)Cl-中的(de)(de)點腐蝕(shi)電位,結果顯示銅使(shi)耐點腐蝕(shi)性降低,而氮(dan)和硅使(shi)耐點腐蝕(shi)性升高,并開(kai)發了(le)(le)(le)與SUS316一樣的(de)(de)耐局部腐蝕(shi)不銹鋼,即鉬含量減(jian)少的(de)(de)19Cr-10Ni-1Mo-1.5Si-0.1N鋼。


  關(guan)于(yu)Cu(0.5%~2%)、Mo(0.5%~1%)對18Cr-10Ni鋼局部腐蝕(shi)的(de)影響(xiang),大橋等(deng)(1980年)測定(ding)了在40℃的(de)5%NaCl溶(rong)液中的(de)點(dian)腐蝕(shi)電位(wei)(wei),發(fa)現銅有使點(dian)腐蝕(shi)電位(wei)(wei)略微降低的(de)傾向(xiang),銅的(de)添加使40℃的(de)5%NaCl+2%H2O2溶(rong)液中的(de)腐蝕(shi)度降低,使縫隙部位(wei)(wei)的(de)腐蝕(shi)均(jun)勻。


此(ci)外,針對Ni(20%~45%)和Cr(15%~30%)對含3%Mo的(de)高鎳(nie)奧(ao)氏體(ti)不銹鋼(gang)的(de)影響,本田等(deng)(1983年)通過氯化鐵浸泡試(shi)驗進行(xing)了研究,結(jie)果(guo)如圖8.7所示(shi),鎳(nie)的(de)防(fang)蝕效果(guo)雖比鉻小,但(dan)添(tian)加大(da)量的(de)鎳(nie)后,效果(guo)就(jiu)比較明顯。


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  另外,20Cr-25Ni-6Mo鋼(gang)具(ju)有良好(hao)的(de)(de)(de)耐(nai)局部腐(fu)蝕(shi)性,名越等(1984年(nian))就(jiu)Cu、N、Ni含量(liang)(liang)對該鋼(gang)點腐(fu)蝕(shi)和縫(feng)隙(xi)腐(fu)蝕(shi)的(de)(de)(de)影響進行(xing)了深入的(de)(de)(de)研(yan)究,從而證(zheng)實(shi)了氮(dan)(dan)具(ju)有耐(nai)點腐(fu)蝕(shi)的(de)(de)(de)效(xiao)果,與(yu)此同時也表明了鎳含量(liang)(liang)的(de)(de)(de)減少能降低焊接部位的(de)(de)(de)耐(nai)蝕(shi)性。另外他們(men)還(huan)進行(xing)了實(shi)驗室及海水浸泡實(shi)驗,由此證(zheng)實(shi)了通(tong)過添(tian)加(jia)氮(dan)(dan)元素和降低硫(liu)含量(liang)(liang),銅添(tian)加(jia)鋼(gang)的(de)(de)(de)耐(nai)點腐(fu)蝕(shi)性和耐(nai)縫(feng)隙(xi)腐(fu)蝕(shi)性增強。


 宇(yu)城等(deng)(1984年(nian))也對改變Ni、N含量后的(de)(de)26Cr-19~30Ni-6Mo鋼(gang)和(he)20Cr-22~25Ni-6Mo鋼(gang)進行了點(dian)腐(fu)(fu)(fu)蝕(shi)電(dian)位測(ce)定和(he)氯化(hua)鐵(tie)浸泡試(shi)驗,從而證(zheng)實了氮元素能(neng)顯著提高耐(nai)點(dian)腐(fu)(fu)(fu)蝕(shi)性(xing)(xing)、耐(nai)縫隙腐(fu)(fu)(fu)蝕(shi)性(xing)(xing),并表明了縫隙腐(fu)(fu)(fu)蝕(shi)性(xing)(xing)大致可以(yi)用(yong)%Cr+3(%Mo)+70(%N)來衡量。此后,太田等(deng)(1986年(nian))針(zhen)對添加(jia)了0.7%N的(de)(de)20Cr-10Ni 鋼(gang),采用(yong)加(jia)壓(ya)溶(rong)解的(de)(de)方法測(ce)定了該鋼(gang)在(zai)40℃的(de)(de)0.5 mol/dm3 NaCl 溶(rong)液中的(de)(de)點(dian)腐(fu)(fu)(fu)蝕(shi)電(dian)位,結果表明20Cr-10Ni-0.7N鋼(gang)的(de)(de)耐(nai)點(dian)腐(fu)(fu)(fu)蝕(shi)性(xing)(xing)比SUS316鋼(gang)優良得多(duo)。


 岡(gang)山等(1987年(nian))測(ce)(ce)定(ding)了(le)80℃的(de)(de)(de)(de)(de)3%NaCl溶液中的(de)(de)(de)(de)(de)縫隙再鈍化電位(ER),采用(yong)多重回(hui)歸分析(xi)法分析(xi)了(le)合金元素(su)對(dui)ER的(de)(de)(de)(de)(de)影響。該(gai)分析(xi)結(jie)果表明,對(dui)奧(ao)氏(shi)體不銹鋼來說(shuo),鉻和(he)鉬(mu)(mu)使(shi)ER升(sheng)高(gao),但(dan)鉬(mu)(mu)對(dui)含(han)有(you)2%~3%Cu的(de)(de)(de)(de)(de)不銹鋼卻沒(mei)(mei)有(you)這種(zhong)作用(yong),而(er)是銅的(de)(de)(de)(de)(de)添(tian)加使(shi)ER升(sheng)高(gao)。另外(wai),該(gai)結(jie)果還(huan)表明鎳(nie)含(han)量(liang)的(de)(de)(de)(de)(de)增(zeng)加使(shi)ER降(jiang)低,氮沒(mei)(mei)有(you)使(shi)ER升(sheng)高(gao)。并且他(ta)們在(zai)25℃、12%NaCl溶液中測(ce)(ce)量(liang)出奧(ao)氏(shi)體不銹鋼的(de)(de)(de)(de)(de)脫鈍化pH(pHa)值,并把(ba)合金元素(su)對(dui)pH,值的(de)(de)(de)(de)(de)影響用(yong)下(xia)式表示出來,其(qi)中元素(su)用(yong)mass%表示。


pHd=-0.248Cr+1.29logNi-0.219Mo+2.66C+74.9S+4.09


另外,針(zhen)對Cu含量在0.9%以上(shang)的奧(ao)氏體不銹鋼,得出(chu)下(xia)式:


pHd=-0.144Cr+1.73logNi-0.206Mo-0.146Cu+1.17Si-0.177Nb+1.89


 也就是說,Cr、Mo、Cu使(shi)pH,值(zhi)降低,但與(yu)鐵素體不(bu)(bu)銹鋼(gang)或(huo)雙相不(bu)(bu)銹鋼(gang)不(bu)(bu)同的(de)是,鎳使(shi)奧氏體不(bu)(bu)銹鋼(gang)的(de)pH,值(zhi)下(xia)降。可見,在(zai)鎳對不(bu)(bu)銹鋼(gang)的(de)影響(xiang)方面,這一結(jie)(jie)果與(yu)剛才所示(shi)的(de)中(zhong)田等人的(de)結(jie)(jie)果相矛盾。而且(qie)在(zai)這一研究中(zhong)沒有涉(she)及氮元素的(de)影響(xiang)。


針(zhen)對18Cr-14Ni和14Cr-16Ni鋼(gang)(gang),陳(chen)等人(ren)(1996年)通過使用莫爾條紋(wen)法的腐(fu)蝕(shi)面(mian)三維測量系統(tong),測定了合金元素(P、Si、Mn、Cu、Al)對這(zhe)兩種鋼(gang)(gang)在80℃、3%NaCl溶液中產生(sheng)縫隙(xi)腐(fu)蝕(shi)和腐(fu)蝕(shi)擴散時的溶解所造成(cheng)的影(ying)響(xiang)。該研(yan)究結果表明,合金元素對初(chu)級階(jie)段的縫隙(xi)腐(fu)蝕(shi)只產生(sheng)很(hen)小的影(ying)響(xiang),而對處于發展階(jie)段的腐(fu)蝕(shi)(即ER)的影(ying)響(xiang)卻(que)很(hen)大。


上(shang)述各個(ge)試驗結果明確了Cr、Mo、N對縫隙腐蝕具有抑制效果。關于鎳(nie)(nie)的(de)(de)影響目前(qian)還不清楚,但因為奧氏體不銹鋼中含有大量的(de)(de)鎳(nie)(nie),所以今后應該(gai)進一步明確鎳(nie)(nie)對腐蝕的(de)(de)影響程(cheng)度及其結構。