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。


  井上等(deng)(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(gui)定范圍內按(an)照(zhao)各種組(zu)合制成奧氏(shi)體不銹鋼(gang),然后把這(zhe)些不銹鋼(gang)置于(yu)30℃的(de)10%FeCl3+1/20 mol/dm3HCl溶(rong)液中,采用多(duo)重回歸分析(xi)方法整理出(chu)(chu)了由點腐蝕造成的(de)腐蝕減量(liang)和化學組(zu)成之(zhi)間(jian)的(de)關(guan)系(xi),并把腐蝕減量(liang)的(de)推算值Δw(g/(㎡·h))與化學組(zu)成之(zhi)間(jian)的(de)關(guan)系(xi)用式(shi)(8-1)表示出(chu)(chu)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)(zai)這里,各種元素(su)均(jun)用(yong)(yong)mass%表(biao)(biao)(biao)示(shi)(shi)。這一(yi)公式表(biao)(biao)(biao)明,C、N、Si、Mo、Cr使耐(nai)點(dian)腐(fu)(fu)(fu)蝕(shi)能力(li)增強(qiang),而Mn卻具有負面影(ying)響。此外,關于(yu)各種合(he)金(jin)(jin)(jin)元素(su)對17 Cr-16 Ni鋼和17 Cr-16 Ni-4Mo鋼的(de)耐(nai)點(dian)腐(fu)(fu)(fu)蝕(shi)性(xing)的(de)影(ying)響,遲澤等(deng)人(ren)(1975年)采用(yong)(yong)氯(lv)(lv)化鐵浸泡(pao)試驗和對氯(lv)(lv)化物(wu)水溶液(ye)中(zhong)(zhong)(zhong)(zhong)(zhong)點(dian)腐(fu)(fu)(fu)蝕(shi)電位(wei)的(de)測(ce)定,進行了(le)系(xi)統(tong)性(xing)的(de)研究。其中(zhong)(zhong)(zhong)(zhong)(zhong),把(ba)合(he)金(jin)(jin)(jin)元素(su)對17 Cr-16 Ni鋼影(ying)響的(de)一(yi)部分用(yong)(yong)圖(tu)(tu)8.3表(biao)(biao)(biao)示(shi)(shi)了(le)出來,從(cong)而證實了(le)C、N、Si、Mo、Cu、W等(deng)元素(su)使耐(nai)點(dian)腐(fu)(fu)(fu)蝕(shi)能力(li)得(de)到(dao)了(le)提(ti)(ti)高(gao)。圖(tu)(tu)8.4 用(yong)(yong)來表(biao)(biao)(biao)示(shi)(shi)添(tian)(tian)加(jia)合(he)金(jin)(jin)(jin)元素(su)對耐(nai)點(dian)腐(fu)(fu)(fu)蝕(shi)性(xing)的(de)影(ying)響,如圖(tu)(tu)8.4所(suo)示(shi)(shi),在(zai)(zai)(zai)酸性(xing)氯(lv)(lv)化物(wu)水溶液(ye)中(zhong)(zhong)(zhong)(zhong)(zhong)的(de)鈍化臨界電流(liu)密度與(yu)氯(lv)(lv)化物(wu)水溶液(ye)中(zhong)(zhong)(zhong)(zhong)(zhong)的(de)點(dian)腐(fu)(fu)(fu)蝕(shi)電位(wei)之間的(de)關系(xi)圖(tu)(tu)上,合(he)金(jin)(jin)(jin)元素(su)的(de)影(ying)響顯示(shi)(shi)為曲線,這表(biao)(biao)(biao)明在(zai)(zai)(zai)促使不(bu)銹鋼發(fa)(fa)生鈍化的(de)合(he)金(jin)(jin)(jin)化過程(cheng)中(zhong)(zhong)(zhong)(zhong)(zhong),耐(nai)點(dian)腐(fu)(fu)(fu)蝕(shi)能力(li)有增強(qiang)的(de)傾向。但(dan)是在(zai)(zai)(zai)圖(tu)(tu)8.4中(zhong)(zhong)(zhong)(zhong)(zhong),只有添(tian)(tian)加(jia)了(le)氮(dan)(dan)的(de)不(bu)銹鋼偏離(li)了(le)整(zheng)體(ti)的(de)趨勢,與(yu)鈍化能力(li)(豎軸)相(xiang)比,它更有助于(yu)提(ti)(ti)高(gao)點(dian)腐(fu)(fu)(fu)蝕(shi)電位(wei),所(suo)以(yi)只有氮(dan)(dan)以(yi)不(bu)同(tong)的(de)原理使耐(nai)點(dian)腐(fu)(fu)(fu)蝕(shi)性(xing)得(de)到(dao)增強(qiang)。此外,在(zai)(zai)(zai)蝕(shi)孔(kong)生成(cheng)時(shi)氮(dan)(dan)以(yi)NH4 陽離(li)子的(de)形式存在(zai)(zai)(zai)于(yu)液(ye)體(ti)中(zhong)(zhong)(zhong)(zhong)(zhong),由此可推斷(duan)氮(dan)(dan)元素(su)是通過抑制點(dian)腐(fu)(fu)(fu)蝕(shi)發(fa)(fa)生處的(de)pH值下降,來避免點(dian)腐(fu)(fu)(fu)蝕(shi)進一(yi)步發(fa)(fa)展。


圖 4.jpg


  正如表8.2所總結的那樣,人(ren)們直(zhi)到(dao)1975年左右(you),才比較(jiao)定性、比較(jiao)明(ming)確地認識了合金(jin)元(yuan)(yuan)(yuan)素對(dui)奧氏體(ti)不銹(xiu)(xiu)鋼點腐蝕(shi)的影響(xiang),進而通過提(ti)高Cr、Mo、N含量和(he)降低Mn、S含量等(deng)方(fang)法(fa),開(kai)發具有耐點腐蝕(shi)能力(li)的不銹(xiu)(xiu)鋼。此(ci)外,如下所述,研究者在詳細探討鉻、鎳、鉬(mu)、銅(tong)、氮(dan)等(deng)元(yuan)(yuan)(yuan)素的影響(xiang)同時,漸漸轉為(wei)研究合金(jin)元(yuan)(yuan)(yuan)素對(dui)縫隙腐蝕(shi)的影響(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。





  另一方面(mian),中(zhong)田(tian)(1976年)檢測了(le)合(he)金(jin)元素(su)對耐縫(feng)隙腐(fu)蝕(shi)(shi)性的(de)(de)(de)判(pan)斷標準-脫(tuo)鈍(dun)化pH(pHa)的(de)(de)(de)影響(xiang)(xiang),把合(he)金(jin)中(zhong)的(de)(de)(de)(%Cr)+3(%Mo)+0.5(%Ni)對pHa的(de)(de)(de)影響(xiang)(xiang)用圖8.5 表示(shi)了(le)出來(lai),并證明(ming)了(le)銅能有效抑(yi)制縫(feng)隙腐(fu)蝕(shi)(shi)(1977年),后在(zai)上述公式中(zhong)加入2(%Cu),用圖8.6表明(ming)了(le)與縫(feng)隙腐(fu)蝕(shi)(shi)量的(de)(de)(de)關(guan)系。一般(ban)認為,鉬(mu)對縫(feng)隙腐(fu)蝕(shi)(shi)的(de)(de)(de)影響(xiang)(xiang)效果通(tong)過(guo)由鉬(mu)酸生(sheng)成(cheng)引(yin)起的(de)(de)(de)再鈍(dun)化來(lai)實現。根據鈴木(1979年)的(de)(de)(de)研(yan)究成(cheng)果,一般(ban)來(lai)說,鉬(mu)在(zai)奧氏體(ti)(ti)不銹鋼或鐵素(su)體(ti)(ti)不銹鋼中(zhong)的(de)(de)(de)濃度(du)大于2%~3%時,就(jiu)能有效抑(yi)制縫(feng)隙腐(fu)蝕(shi)(shi)的(de)(de)(de)發(fa)生(sheng)。如果鉬(mu)在(zai)縫(feng)隙中(zhong)偏析后能發(fa)生(sheng)再鈍(dun)化,那(nei)么為確保(bao)一定比例以上的(de)(de)(de)阻化劑濃度(du),2%~3%的(de)(de)(de)鉬(mu)就(jiu)是必要的(de)(de)(de)組成(cheng)部分。


 圖 6.jpg 圖 5.jpg



   此外,小林(lin)等(1978年)研究了氮是如(ru)何影響Cr、Ni、Mo含量(liang)不(bu)同(tong)的(de)(de)奧(ao)氏(shi)體(ti)不(bu)銹鋼(gang)(gang)的(de)(de)點腐(fu)(fu)(fu)蝕和縫(feng)隙腐(fu)(fu)(fu)蝕的(de)(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)(de)不(bu)銹鋼(gang)(gang),比如(ru)22 Cr-20 Ni-3 Mo鋼(gang)(gang)中(zhong)添(tian)加氮后(hou),點腐(fu)(fu)(fu)蝕臨界溫度升高,能有效(xiao)抗(kang)腐(fu)(fu)(fu)蝕。鉻(ge)(ge)及鉬的(de)(de)含量(liang)越高,抗(kang)腐(fu)(fu)(fu)蝕效(xiao)果(guo)越明顯(xian),而且(qie)氮也能改善縫(feng)隙腐(fu)(fu)(fu)蝕性,這一(yi)效(xiao)果(guo)也多見于高鉻(ge)(ge)、高鉬鋼(gang)(gang)。


 杉本等(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)耐蝕(shi)(shi)性的(de)影響(xiang)進行(xing)了研究。他們測(ce)定了其在(zai)25℃的(de)3.5%NaCl及80℃的(de)1000x10-4%(ppm)Cl-中的(de)點腐(fu)蝕(shi)(shi)電位,結果顯(xian)示銅使(shi)耐點腐(fu)蝕(shi)(shi)性降低(di),而(er)氮和硅使(shi)耐點腐(fu)蝕(shi)(shi)性升高,并開(kai)發了與SUS316一樣的(de)耐局部腐(fu)蝕(shi)(shi)不銹鋼(gang),即鉬含量減(jian)少的(de)19Cr-10Ni-1Mo-1.5Si-0.1N鋼(gang)。


  關(guan)于Cu(0.5%~2%)、Mo(0.5%~1%)對18Cr-10Ni鋼局部腐(fu)蝕(shi)(shi)的影(ying)響,大橋等(deng)(1980年)測定(ding)了在40℃的5%NaCl溶液中(zhong)的點腐(fu)蝕(shi)(shi)電(dian)位,發(fa)現銅有使(shi)點腐(fu)蝕(shi)(shi)電(dian)位略微降低的傾向,銅的添加使(shi)40℃的5%NaCl+2%H2O2溶液中(zhong)的腐(fu)蝕(shi)(shi)度(du)降低,使(shi)縫隙部位的腐(fu)蝕(shi)(shi)均勻。


此外,針對Ni(20%~45%)和(he)Cr(15%~30%)對含(han)3%Mo的(de)高鎳奧氏體不銹(xiu)鋼的(de)影(ying)響,本田(tian)等(1983年)通過(guo)氯化鐵浸(jin)泡試驗進行(xing)了研究(jiu),結(jie)果(guo)如圖8.7所示,鎳的(de)防蝕效果(guo)雖比鉻(ge)小(xiao),但添加(jia)大量的(de)鎳后(hou),效果(guo)就比較(jiao)明顯。


圖 7.jpg


  另(ling)外,20Cr-25Ni-6Mo鋼(gang)具有(you)良(liang)好的(de)(de)耐局部腐(fu)(fu)(fu)蝕(shi)(shi)性(xing)(xing),名(ming)越等(1984年)就(jiu)Cu、N、Ni含量對該鋼(gang)點腐(fu)(fu)(fu)蝕(shi)(shi)和縫(feng)隙腐(fu)(fu)(fu)蝕(shi)(shi)的(de)(de)影(ying)響進行了(le)深(shen)入(ru)的(de)(de)研(yan)究,從而證實(shi)了(le)氮(dan)具有(you)耐點腐(fu)(fu)(fu)蝕(shi)(shi)的(de)(de)效(xiao)果(guo),與(yu)此同時也表明了(le)鎳(nie)含量的(de)(de)減少能降低(di)焊接部位的(de)(de)耐蝕(shi)(shi)性(xing)(xing)。另(ling)外他們還進行了(le)實(shi)驗室(shi)及海水(shui)浸泡實(shi)驗,由此證實(shi)了(le)通過添(tian)加(jia)(jia)氮(dan)元素和降低(di)硫含量,銅添(tian)加(jia)(jia)鋼(gang)的(de)(de)耐點腐(fu)(fu)(fu)蝕(shi)(shi)性(xing)(xing)和耐縫(feng)隙腐(fu)(fu)(fu)蝕(shi)(shi)性(xing)(xing)增強。


 宇城等(deng)(1984年)也對改變Ni、N含量(liang)后的(de)(de)26Cr-19~30Ni-6Mo鋼(gang)和20Cr-22~25Ni-6Mo鋼(gang)進行了點(dian)(dian)(dian)腐(fu)(fu)(fu)蝕電位測定和氯化鐵浸泡試驗(yan),從而證(zheng)實了氮元素能(neng)顯著提高(gao)耐(nai)(nai)點(dian)(dian)(dian)腐(fu)(fu)(fu)蝕性、耐(nai)(nai)縫隙腐(fu)(fu)(fu)蝕性,并表(biao)(biao)明了縫隙腐(fu)(fu)(fu)蝕性大致可以用(yong)%Cr+3(%Mo)+70(%N)來衡(heng)量(liang)。此后,太田等(deng)(1986年)針對添加了0.7%N的(de)(de)20Cr-10Ni 鋼(gang),采用(yong)加壓(ya)溶(rong)解的(de)(de)方法測定了該鋼(gang)在(zai)40℃的(de)(de)0.5 mol/dm3 NaCl 溶(rong)液中的(de)(de)點(dian)(dian)(dian)腐(fu)(fu)(fu)蝕電位,結果表(biao)(biao)明20Cr-10Ni-0.7N鋼(gang)的(de)(de)耐(nai)(nai)點(dian)(dian)(dian)腐(fu)(fu)(fu)蝕性比SUS316鋼(gang)優良(liang)得多。


 岡山等(1987年)測(ce)定了80℃的(de)(de)(de)3%NaCl溶液(ye)中的(de)(de)(de)縫隙(xi)再鈍化電位(ER),采用多重回歸分(fen)析法分(fen)析了合金元素對(dui)ER的(de)(de)(de)影(ying)響(xiang)。該分(fen)析結(jie)果表明(ming),對(dui)奧氏(shi)體不銹鋼(gang)(gang)來(lai)說(shuo),鉻(ge)和(he)鉬(mu)(mu)使(shi)(shi)(shi)ER升(sheng)(sheng)高(gao),但(dan)鉬(mu)(mu)對(dui)含有(you)2%~3%Cu的(de)(de)(de)不銹鋼(gang)(gang)卻(que)沒有(you)這(zhe)種作用,而是(shi)銅的(de)(de)(de)添(tian)加使(shi)(shi)(shi)ER升(sheng)(sheng)高(gao)。另外,該結(jie)果還(huan)表明(ming)鎳含量的(de)(de)(de)增加使(shi)(shi)(shi)ER降低,氮沒有(you)使(shi)(shi)(shi)ER升(sheng)(sheng)高(gao)。并且他們(men)在25℃、12%NaCl溶液(ye)中測(ce)量出(chu)(chu)奧氏(shi)體不銹鋼(gang)(gang)的(de)(de)(de)脫鈍化pH(pHa)值,并把合金元素對(dui)pH,值的(de)(de)(de)影(ying)響(xiang)用下式表示(shi)出(chu)(chu)來(lai),其中元素用mass%表示(shi)。


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


另(ling)外,針對Cu含量在0.9%以上的奧氏體不(bu)銹鋼,得出下式:


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


 也就是說(shuo),Cr、Mo、Cu使(shi)(shi)pH,值降低(di),但與鐵素(su)體(ti)不銹鋼(gang)或(huo)雙相不銹鋼(gang)不同的是,鎳使(shi)(shi)奧氏體(ti)不銹鋼(gang)的pH,值下降。可見,在(zai)鎳對不銹鋼(gang)的影響方面,這一結果與剛才(cai)所示的中(zhong)田等(deng)人的結果相矛盾。而且在(zai)這一研(yan)究中(zhong)沒有涉(she)及氮元素(su)的影響。


針對18Cr-14Ni和14Cr-16Ni鋼,陳(chen)等人(1996年)通過(guo)使用莫爾(er)條紋法的(de)腐(fu)蝕(shi)面三維(wei)測(ce)(ce)量系統,測(ce)(ce)定(ding)了合(he)(he)金元素(P、Si、Mn、Cu、Al)對這兩(liang)種鋼在(zai)80℃、3%NaCl溶液中產生縫隙腐(fu)蝕(shi)和腐(fu)蝕(shi)擴(kuo)散(san)時的(de)溶解所造成的(de)影(ying)響(xiang)。該研究結果表明,合(he)(he)金元素對初級(ji)階段的(de)縫隙腐(fu)蝕(shi)只產生很小的(de)影(ying)響(xiang),而對處于發展(zhan)階段的(de)腐(fu)蝕(shi)(即(ji)ER)的(de)影(ying)響(xiang)卻(que)很大。


上述各個試(shi)驗結(jie)果(guo)明確(que)了Cr、Mo、N對(dui)縫隙腐蝕具有(you)抑制效(xiao)果(guo)。關于(yu)鎳(nie)的(de)影響(xiang)目前還不清(qing)楚,但因(yin)為奧氏體(ti)不銹(xiu)鋼中含有(you)大量的(de)鎳(nie),所(suo)以今后(hou)應該進一(yi)步明確(que)鎳(nie)對(dui)腐蝕的(de)影響(xiang)程度及(ji)其結(jie)構。