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(dian)腐蝕(shi)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(jing)上等(1973年)首先把15%~.25%Cr、6.5%~7%Ni、0.5%~5.5%Mo、0.03%~0.35%N、0.01%~0.08%C在規定范圍內按照各種組(zu)合制成奧氏(shi)體不(bu)銹鋼,然(ran)后把這些不(bu)銹鋼置于30℃的(de)10%FeCl3+1/20 mol/dm3HCl溶液中,采(cai)用(yong)多(duo)重(zhong)回(hui)歸分析(xi)方法整理出(chu)了由點(dian)腐(fu)蝕(shi)造成的(de)腐(fu)蝕(shi)減量和化學組(zu)成之間(jian)的(de)關系(xi),并(bing)把腐(fu)蝕(shi)減量的(de)推算值(zhi)Δw(g/(㎡·h))與化學組(zu)成之間(jian)的(de)關系(xi)用(yong)式(shi)(8-1)表示出(chu)來(lai)。


  log(Δw)=-0.3154(Cr+84.9C+10.2Si-0.3Mn+0.195Ni+2.5Mo+34.6N)+13.9820(8-1)


圖 3.jpg


  在這(zhe)里,各種元(yuan)(yuan)素(su)均用mass%表(biao)示(shi)(shi)。這(zhe)一公式表(biao)明,C、N、Si、Mo、Cr使耐(nai)點(dian)腐(fu)蝕(shi)(shi)能力(li)(li)增強(qiang)(qiang)(qiang),而(er)Mn卻具有負面影(ying)(ying)響(xiang)(xiang)。此(ci)外,關(guan)于各種合(he)金元(yuan)(yuan)素(su)對(dui)17 Cr-16 Ni鋼(gang)(gang)和(he)(he)17 Cr-16 Ni-4Mo鋼(gang)(gang)的(de)(de)耐(nai)點(dian)腐(fu)蝕(shi)(shi)性(xing)的(de)(de)影(ying)(ying)響(xiang)(xiang),遲澤等人(ren)(1975年(nian))采(cai)用氯(lv)化(hua)鐵浸(jin)泡(pao)試(shi)驗和(he)(he)對(dui)氯(lv)化(hua)物水溶(rong)液中點(dian)腐(fu)蝕(shi)(shi)電(dian)(dian)(dian)位(wei)的(de)(de)測定,進(jin)行了(le)(le)系(xi)統性(xing)的(de)(de)研(yan)究。其中,把(ba)合(he)金元(yuan)(yuan)素(su)對(dui)17 Cr-16 Ni鋼(gang)(gang)影(ying)(ying)響(xiang)(xiang)的(de)(de)一部分用圖(tu)(tu)8.3表(biao)示(shi)(shi)了(le)(le)出(chu)來,從而(er)證(zheng)實(shi)了(le)(le)C、N、Si、Mo、Cu、W等元(yuan)(yuan)素(su)使耐(nai)點(dian)腐(fu)蝕(shi)(shi)能力(li)(li)得到(dao)了(le)(le)提(ti)高(gao)。圖(tu)(tu)8.4 用來表(biao)示(shi)(shi)添加合(he)金元(yuan)(yuan)素(su)對(dui)耐(nai)點(dian)腐(fu)蝕(shi)(shi)性(xing)的(de)(de)影(ying)(ying)響(xiang)(xiang),如圖(tu)(tu)8.4所示(shi)(shi),在酸性(xing)氯(lv)化(hua)物水溶(rong)液中的(de)(de)鈍(dun)化(hua)臨(lin)界電(dian)(dian)(dian)流密度與氯(lv)化(hua)物水溶(rong)液中的(de)(de)點(dian)腐(fu)蝕(shi)(shi)電(dian)(dian)(dian)位(wei)之(zhi)間的(de)(de)關(guan)系(xi)圖(tu)(tu)上(shang),合(he)金元(yuan)(yuan)素(su)的(de)(de)影(ying)(ying)響(xiang)(xiang)顯示(shi)(shi)為曲線(xian),這(zhe)表(biao)明在促(cu)使不銹鋼(gang)(gang)發生(sheng)鈍(dun)化(hua)的(de)(de)合(he)金化(hua)過程中,耐(nai)點(dian)腐(fu)蝕(shi)(shi)能力(li)(li)有增強(qiang)(qiang)(qiang)的(de)(de)傾(qing)向(xiang)。但(dan)是(shi)在圖(tu)(tu)8.4中,只有添加了(le)(le)氮的(de)(de)不銹鋼(gang)(gang)偏離(li)了(le)(le)整體的(de)(de)趨勢,與鈍(dun)化(hua)能力(li)(li)(豎軸(zhou))相比,它更有助于提(ti)高(gao)點(dian)腐(fu)蝕(shi)(shi)電(dian)(dian)(dian)位(wei),所以只有氮以不同的(de)(de)原理使耐(nai)點(dian)腐(fu)蝕(shi)(shi)性(xing)得到(dao)增強(qiang)(qiang)(qiang)。此(ci)外,在蝕(shi)(shi)孔生(sheng)成時氮以NH4 陽(yang)離(li)子的(de)(de)形式存在于液體中,由(you)此(ci)可推斷氮元(yuan)(yuan)素(su)是(shi)通過抑制點(dian)腐(fu)蝕(shi)(shi)發生(sheng)處的(de)(de)pH值下降,來避免點(dian)腐(fu)蝕(shi)(shi)進(jin)一步發展。


圖 4.jpg


  正如表(biao)8.2所總結的那(nei)樣,人們直到(dao)1975年左(zuo)右,才比(bi)較定性(xing)、比(bi)較明確地認識了(le)合(he)金元素(su)(su)(su)對(dui)奧氏(shi)體不(bu)銹鋼點(dian)(dian)腐(fu)蝕(shi)(shi)(shi)的影響,進而(er)通過(guo)提高Cr、Mo、N含(han)量和(he)降低Mn、S含(han)量等(deng)方法(fa),開(kai)發具(ju)有耐(nai)點(dian)(dian)腐(fu)蝕(shi)(shi)(shi)能力(li)的不(bu)銹鋼。此外,如下(xia)所述,研(yan)究者在詳細探討鉻(ge)、鎳、鉬(mu)、銅、氮等(deng)元素(su)(su)(su)的影響同時(shi),漸漸轉為(wei)研(yan)究合(he)金元素(su)(su)(su)對(dui)縫(feng)隙腐(fu)蝕(shi)(shi)(shi)的影響。



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(ling)一(yi)方面,中(zhong)田(1976年(nian)(nian))檢(jian)測了合金(jin)元素對耐縫(feng)隙腐(fu)蝕(shi)性的(de)判斷標準(zhun)-脫(tuo)鈍(dun)化pH(pHa)的(de)影響(xiang)(xiang),把合金(jin)中(zhong)的(de)(%Cr)+3(%Mo)+0.5(%Ni)對pHa的(de)影響(xiang)(xiang)用圖(tu)8.5 表示(shi)了出來(lai)(lai),并證(zheng)明了銅能(neng)有效抑制(zhi)縫(feng)隙腐(fu)蝕(shi)(1977年(nian)(nian)),后在(zai)上述(shu)公式中(zhong)加(jia)入2(%Cu),用圖(tu)8.6表明了與縫(feng)隙腐(fu)蝕(shi)量的(de)關(guan)系。一(yi)般(ban)認為,鉬(mu)對縫(feng)隙腐(fu)蝕(shi)的(de)影響(xiang)(xiang)效果通過由鉬(mu)酸生成(cheng)引起的(de)再鈍(dun)化來(lai)(lai)實現。根據鈴木(1979年(nian)(nian))的(de)研(yan)究成(cheng)果,一(yi)般(ban)來(lai)(lai)說,鉬(mu)在(zai)奧(ao)氏體不銹(xiu)鋼或鐵素體不銹(xiu)鋼中(zhong)的(de)濃(nong)度大于2%~3%時(shi),就能(neng)有效抑制(zhi)縫(feng)隙腐(fu)蝕(shi)的(de)發生。如(ru)果鉬(mu)在(zai)縫(feng)隙中(zhong)偏析后能(neng)發生再鈍(dun)化,那么為確(que)保一(yi)定比例以上的(de)阻化劑濃(nong)度,2%~3%的(de)鉬(mu)就是必要的(de)組成(cheng)部分。


 圖 6.jpg 圖 5.jpg



   此外(wai),小林等(deng)(1978年)研(yan)究(jiu)了(le)氮是如何影響Cr、Ni、Mo含量不(bu)同(tong)的奧(ao)氏體(ti)不(bu)銹鋼的點腐蝕和縫(feng)隙(xi)腐蝕的,他發現在20%~24%Cr、12%~20%Ni、2.5%~4.4%Mo這一(yi)范圍內的不(bu)銹鋼,比如22 Cr-20 Ni-3 Mo鋼中(zhong)添加(jia)氮后(hou),點腐蝕臨界(jie)溫度升高,能(neng)有(you)效(xiao)抗(kang)腐蝕。鉻及鉬的含量越高,抗(kang)腐蝕效(xiao)果(guo)越明(ming)顯,而且氮也(ye)能(neng)改善(shan)縫(feng)隙(xi)腐蝕性,這一(yi)效(xiao)果(guo)也(ye)多見于高鉻、高鉬鋼。


 杉(shan)本等(1980年)針對(dui)0.3%~4%Cu、0.03%~0.1%N、0.8%~1.5%Si對(dui)19 Cr-10 Ni-1 Mo鋼(gang)耐(nai)蝕(shi)性(xing)的(de)影響(xiang)進行了(le)(le)研究(jiu)。他(ta)們測定了(le)(le)其在25℃的(de)3.5%NaCl及(ji)80℃的(de)1000x10-4%(ppm)Cl-中的(de)點(dian)腐蝕(shi)電(dian)位,結果(guo)顯(xian)示銅使耐(nai)點(dian)腐蝕(shi)性(xing)降低,而氮和硅使耐(nai)點(dian)腐蝕(shi)性(xing)升(sheng)高,并(bing)開發了(le)(le)與SUS316一樣的(de)耐(nai)局部腐蝕(shi)不銹鋼(gang),即(ji)鉬含量減少的(de)19Cr-10Ni-1Mo-1.5Si-0.1N鋼(gang)。


  關于(yu)Cu(0.5%~2%)、Mo(0.5%~1%)對18Cr-10Ni鋼局部腐(fu)蝕的(de)(de)(de)影響,大橋等(1980年(nian))測定了(le)在40℃的(de)(de)(de)5%NaCl溶(rong)液中(zhong)的(de)(de)(de)點腐(fu)蝕電位(wei)(wei),發現銅有(you)使(shi)點腐(fu)蝕電位(wei)(wei)略微降(jiang)(jiang)低的(de)(de)(de)傾向,銅的(de)(de)(de)添(tian)加使(shi)40℃的(de)(de)(de)5%NaCl+2%H2O2溶(rong)液中(zhong)的(de)(de)(de)腐(fu)蝕度降(jiang)(jiang)低,使(shi)縫隙部位(wei)(wei)的(de)(de)(de)腐(fu)蝕均勻(yun)。


此外,針對(dui)Ni(20%~45%)和(he)Cr(15%~30%)對(dui)含3%Mo的高鎳(nie)奧氏體不銹(xiu)鋼的影(ying)響(xiang),本田等(deng)(1983年(nian))通過氯化鐵(tie)浸泡試驗進行了研(yan)究,結果(guo)如圖8.7所示,鎳(nie)的防蝕效(xiao)果(guo)雖比(bi)鉻(ge)小,但添加大量(liang)的鎳(nie)后,效(xiao)果(guo)就比(bi)較明顯。


圖 7.jpg


  另(ling)外,20Cr-25Ni-6Mo鋼(gang)具有(you)(you)良(liang)好的耐(nai)(nai)局部腐蝕性(xing),名越等(1984年)就Cu、N、Ni含(han)量(liang)對該鋼(gang)點腐蝕和(he)縫(feng)隙腐蝕的影(ying)響(xiang)進行了深入的研究,從而證實(shi)了氮具有(you)(you)耐(nai)(nai)點腐蝕的效果,與此同時也表明(ming)了鎳含(han)量(liang)的減少能降(jiang)低(di)(di)焊(han)接部位的耐(nai)(nai)蝕性(xing)。另(ling)外他們還(huan)進行了實(shi)驗(yan)室及海(hai)水(shui)浸泡實(shi)驗(yan),由此證實(shi)了通過添(tian)加氮元(yuan)素和(he)降(jiang)低(di)(di)硫含(han)量(liang),銅添(tian)加鋼(gang)的耐(nai)(nai)點腐蝕性(xing)和(he)耐(nai)(nai)縫(feng)隙腐蝕性(xing)增強。


 宇城等(1984年)也對改變Ni、N含量(liang)后(hou)的(de)26Cr-19~30Ni-6Mo鋼(gang)(gang)(gang)和(he)20Cr-22~25Ni-6Mo鋼(gang)(gang)(gang)進行了(le)點(dian)腐(fu)(fu)蝕(shi)電位測定(ding)和(he)氯化(hua)鐵浸泡試驗(yan),從而(er)證實了(le)氮元素能顯著(zhu)提高耐點(dian)腐(fu)(fu)蝕(shi)性(xing)、耐縫(feng)(feng)隙(xi)腐(fu)(fu)蝕(shi)性(xing),并表(biao)明了(le)縫(feng)(feng)隙(xi)腐(fu)(fu)蝕(shi)性(xing)大致(zhi)可以用%Cr+3(%Mo)+70(%N)來(lai)衡量(liang)。此后(hou),太田等(1986年)針(zhen)對添(tian)加(jia)了(le)0.7%N的(de)20Cr-10Ni 鋼(gang)(gang)(gang),采(cai)用加(jia)壓溶解(jie)的(de)方法測定(ding)了(le)該鋼(gang)(gang)(gang)在40℃的(de)0.5 mol/dm3 NaCl 溶液中的(de)點(dian)腐(fu)(fu)蝕(shi)電位,結果表(biao)明20Cr-10Ni-0.7N鋼(gang)(gang)(gang)的(de)耐點(dian)腐(fu)(fu)蝕(shi)性(xing)比(bi)SUS316鋼(gang)(gang)(gang)優良得(de)多。


 岡山等(1987年)測(ce)定了80℃的(de)3%NaCl溶液(ye)中(zhong)的(de)縫隙(xi)再(zai)鈍化電(dian)位(ER),采(cai)用(yong)多重回歸分(fen)析(xi)法分(fen)析(xi)了合金(jin)元素(su)(su)對(dui)ER的(de)影響(xiang)。該分(fen)析(xi)結果表明(ming),對(dui)奧氏(shi)體不(bu)銹(xiu)鋼來(lai)說,鉻和鉬使ER升(sheng)高,但鉬對(dui)含有2%~3%Cu的(de)不(bu)銹(xiu)鋼卻沒有這種作用(yong),而是(shi)銅的(de)添(tian)加使ER升(sheng)高。另(ling)外,該結果還表明(ming)鎳含量的(de)增加使ER降低,氮沒有使ER升(sheng)高。并(bing)且(qie)他們(men)在25℃、12%NaCl溶液(ye)中(zhong)測(ce)量出(chu)奧氏(shi)體不(bu)銹(xiu)鋼的(de)脫鈍化pH(pHa)值,并(bing)把合金(jin)元素(su)(su)對(dui)pH,值的(de)影響(xiang)用(yong)下式表示出(chu)來(lai),其(qi)中(zhong)元素(su)(su)用(yong)mass%表示。


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


另(ling)外,針(zhen)對Cu含量在0.9%以上的(de)奧(ao)氏體不銹鋼,得出(chu)下式:


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


 也就(jiu)是說,Cr、Mo、Cu使pH,值(zhi)降低(di),但與(yu)鐵(tie)素(su)體不銹(xiu)(xiu)鋼或(huo)雙相不銹(xiu)(xiu)鋼不同的(de)(de)是,鎳使奧氏體不銹(xiu)(xiu)鋼的(de)(de)pH,值(zhi)下降。可見,在鎳對不銹(xiu)(xiu)鋼的(de)(de)影響方面,這一結果與(yu)剛才所示的(de)(de)中田等人的(de)(de)結果相矛盾。而且在這一研究中沒(mei)有(you)涉及(ji)氮元素(su)的(de)(de)影響。


針對(dui)(dui)18Cr-14Ni和14Cr-16Ni鋼,陳等人(1996年)通過使用(yong)莫爾條紋法的(de)(de)腐(fu)蝕(shi)面三維測量系統,測定了合(he)金元(yuan)(yuan)素(su)(P、Si、Mn、Cu、Al)對(dui)(dui)這兩種鋼在(zai)80℃、3%NaCl溶液中產生縫(feng)隙腐(fu)蝕(shi)和腐(fu)蝕(shi)擴散時的(de)(de)溶解所造成(cheng)的(de)(de)影響。該研究結果表明,合(he)金元(yuan)(yuan)素(su)對(dui)(dui)初級階段的(de)(de)縫(feng)隙腐(fu)蝕(shi)只產生很小的(de)(de)影響,而(er)對(dui)(dui)處(chu)于發展階段的(de)(de)腐(fu)蝕(shi)(即ER)的(de)(de)影響卻很大。


上述(shu)各(ge)個(ge)試驗結(jie)果明確(que)了Cr、Mo、N對(dui)縫隙腐蝕具有(you)抑制效果。關(guan)于(yu)鎳(nie)的影響目前(qian)還(huan)不清楚,但因為奧(ao)氏體不銹鋼中(zhong)含有(you)大量的鎳(nie),所以今后應該進(jin)一(yi)步明確(que)鎳(nie)對(dui)腐蝕的影響程度(du)及其結(jie)構。