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(nian))首(shou)先把(ba)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(an)照各種組(zu)合(he)制(zhi)成(cheng)奧氏(shi)體不銹鋼(gang),然后把這些(xie)不銹鋼(gang)置于30℃的(de)(de)10%FeCl3+1/20 mol/dm3HCl溶液中,采用多(duo)重回歸(gui)分析方法整理(li)出了(le)由點腐蝕(shi)(shi)造成(cheng)的(de)(de)腐蝕(shi)(shi)減量和化學組(zu)成(cheng)之(zhi)間(jian)的(de)(de)關系,并把腐蝕(shi)(shi)減量的(de)(de)推算值Δw(g/(㎡·h))與(yu)化學組(zu)成(cheng)之(zhi)間(jian)的(de)(de)關系用式(shi)(8-1)表示出來(lai)。


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


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  在這(zhe)里(li),各種(zhong)元(yuan)素(su)均用(yong)mass%表示。這(zhe)一公式(shi)表明,C、N、Si、Mo、Cr使(shi)耐(nai)點(dian)(dian)腐(fu)(fu)蝕(shi)(shi)能(neng)力(li)增(zeng)強(qiang),而Mn卻具有負面(mian)影(ying)響。此外,關于各種(zhong)合(he)金(jin)元(yuan)素(su)對17 Cr-16 Ni鋼和17 Cr-16 Ni-4Mo鋼的(de)(de)(de)(de)耐(nai)點(dian)(dian)腐(fu)(fu)蝕(shi)(shi)性(xing)的(de)(de)(de)(de)影(ying)響,遲澤等(deng)人(1975年)采(cai)用(yong)氯(lv)(lv)化(hua)鐵浸(jin)泡試(shi)驗(yan)和對氯(lv)(lv)化(hua)物(wu)水(shui)溶液(ye)中(zhong)點(dian)(dian)腐(fu)(fu)蝕(shi)(shi)電(dian)位(wei)的(de)(de)(de)(de)測定(ding),進(jin)行了(le)系統性(xing)的(de)(de)(de)(de)研(yan)究。其中(zhong),把合(he)金(jin)元(yuan)素(su)對17 Cr-16 Ni鋼影(ying)響的(de)(de)(de)(de)一部分用(yong)圖8.3表示了(le)出(chu)來,從而證實了(le)C、N、Si、Mo、Cu、W等(deng)元(yuan)素(su)使(shi)耐(nai)點(dian)(dian)腐(fu)(fu)蝕(shi)(shi)能(neng)力(li)得(de)到(dao)(dao)了(le)提(ti)高。圖8.4 用(yong)來表示添(tian)加(jia)合(he)金(jin)元(yuan)素(su)對耐(nai)點(dian)(dian)腐(fu)(fu)蝕(shi)(shi)性(xing)的(de)(de)(de)(de)影(ying)響,如(ru)圖8.4所示,在酸(suan)性(xing)氯(lv)(lv)化(hua)物(wu)水(shui)溶液(ye)中(zhong)的(de)(de)(de)(de)鈍(dun)化(hua)臨(lin)界電(dian)流密度與氯(lv)(lv)化(hua)物(wu)水(shui)溶液(ye)中(zhong)的(de)(de)(de)(de)點(dian)(dian)腐(fu)(fu)蝕(shi)(shi)電(dian)位(wei)之間的(de)(de)(de)(de)關系圖上,合(he)金(jin)元(yuan)素(su)的(de)(de)(de)(de)影(ying)響顯示為(wei)曲線,這(zhe)表明在促使(shi)不(bu)(bu)銹(xiu)鋼發(fa)(fa)生鈍(dun)化(hua)的(de)(de)(de)(de)合(he)金(jin)化(hua)過程中(zhong),耐(nai)點(dian)(dian)腐(fu)(fu)蝕(shi)(shi)能(neng)力(li)有增(zeng)強(qiang)的(de)(de)(de)(de)傾向。但(dan)是(shi)在圖8.4中(zhong),只有添(tian)加(jia)了(le)氮(dan)的(de)(de)(de)(de)不(bu)(bu)銹(xiu)鋼偏離了(le)整體(ti)的(de)(de)(de)(de)趨勢,與鈍(dun)化(hua)能(neng)力(li)(豎軸)相比,它(ta)更有助于提(ti)高點(dian)(dian)腐(fu)(fu)蝕(shi)(shi)電(dian)位(wei),所以只有氮(dan)以不(bu)(bu)同的(de)(de)(de)(de)原理使(shi)耐(nai)點(dian)(dian)腐(fu)(fu)蝕(shi)(shi)性(xing)得(de)到(dao)(dao)增(zeng)強(qiang)。此外,在蝕(shi)(shi)孔(kong)生成時氮(dan)以NH4 陽離子的(de)(de)(de)(de)形式(shi)存在于液(ye)體(ti)中(zhong),由此可推斷氮(dan)元(yuan)素(su)是(shi)通(tong)過抑制(zhi)點(dian)(dian)腐(fu)(fu)蝕(shi)(shi)發(fa)(fa)生處的(de)(de)(de)(de)pH值下(xia)降,來避(bi)免(mian)點(dian)(dian)腐(fu)(fu)蝕(shi)(shi)進(jin)一步(bu)發(fa)(fa)展。


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  正如表8.2所總結的(de)那樣,人(ren)們直到1975年左(zuo)右,才比較定(ding)性、比較明(ming)確地認識了合(he)金元(yuan)(yuan)素對(dui)奧(ao)氏體不銹鋼點腐蝕的(de)影(ying)響(xiang),進(jin)而通過(guo)提(ti)高Cr、Mo、N含(han)(han)量和降(jiang)低Mn、S含(han)(han)量等(deng)方(fang)法,開(kai)發具有耐點腐蝕能力的(de)不銹鋼。此外,如下所述,研究(jiu)者(zhe)在詳(xiang)細探討(tao)鉻、鎳、鉬、銅、氮等(deng)元(yuan)(yuan)素的(de)影(ying)響(xiang)同時,漸(jian)漸(jian)轉為研究(jiu)合(he)金元(yuan)(yuan)素對(dui)縫隙腐蝕的(de)影(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(feng)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,中(zhong)田(1976年)檢(jian)測(ce)了合(he)金元素對耐縫(feng)(feng)隙(xi)腐蝕(shi)(shi)性的(de)(de)判斷(duan)標準-脫鈍(dun)(dun)化(hua)pH(pHa)的(de)(de)影響(xiang),把合(he)金中(zhong)的(de)(de)(%Cr)+3(%Mo)+0.5(%Ni)對pHa的(de)(de)影響(xiang)用圖(tu)8.5 表(biao)示了出(chu)來(lai),并證明了銅能(neng)有效抑制縫(feng)(feng)隙(xi)腐蝕(shi)(shi)(1977年),后(hou)在上述(shu)公式中(zhong)加入(ru)2(%Cu),用圖(tu)8.6表(biao)明了與(yu)縫(feng)(feng)隙(xi)腐蝕(shi)(shi)量的(de)(de)關系。一般認為,鉬(mu)對縫(feng)(feng)隙(xi)腐蝕(shi)(shi)的(de)(de)影響(xiang)效果(guo)通(tong)過由鉬(mu)酸(suan)生(sheng)成引起(qi)的(de)(de)再鈍(dun)(dun)化(hua)來(lai)實現(xian)。根據鈴木(1979年)的(de)(de)研究成果(guo),一般來(lai)說(shuo),鉬(mu)在奧氏體不銹(xiu)鋼或鐵(tie)素體不銹(xiu)鋼中(zhong)的(de)(de)濃(nong)度大于2%~3%時,就能(neng)有效抑制縫(feng)(feng)隙(xi)腐蝕(shi)(shi)的(de)(de)發(fa)生(sheng)。如(ru)果(guo)鉬(mu)在縫(feng)(feng)隙(xi)中(zhong)偏析后(hou)能(neng)發(fa)生(sheng)再鈍(dun)(dun)化(hua),那(nei)么為確保一定比例以上的(de)(de)阻化(hua)劑濃(nong)度,2%~3%的(de)(de)鉬(mu)就是必要的(de)(de)組成部分。


 圖 6.jpg 圖 5.jpg



   此外,小林等(1978年)研究了(le)氮是如何影響Cr、Ni、Mo含量不(bu)同的(de)奧氏體不(bu)銹(xiu)鋼(gang)的(de)點腐(fu)(fu)蝕(shi)(shi)和縫(feng)隙(xi)腐(fu)(fu)蝕(shi)(shi)的(de),他發現在20%~24%Cr、12%~20%Ni、2.5%~4.4%Mo這(zhe)一(yi)范圍(wei)內(nei)的(de)不(bu)銹(xiu)鋼(gang),比如22 Cr-20 Ni-3 Mo鋼(gang)中添加氮后,點腐(fu)(fu)蝕(shi)(shi)臨(lin)界溫度升高(gao),能(neng)有效抗腐(fu)(fu)蝕(shi)(shi)。鉻(ge)及(ji)鉬的(de)含量越高(gao),抗腐(fu)(fu)蝕(shi)(shi)效果(guo)越明顯,而且氮也能(neng)改善縫(feng)隙(xi)腐(fu)(fu)蝕(shi)(shi)性,這(zhe)一(yi)效果(guo)也多見于高(gao)鉻(ge)、高(gao)鉬鋼(gang)。


 杉本等(1980年)針對0.3%~4%Cu、0.03%~0.1%N、0.8%~1.5%Si對19 Cr-10 Ni-1 Mo鋼(gang)耐蝕(shi)(shi)性(xing)的(de)影(ying)響(xiang)進行了(le)研(yan)究。他們測定了(le)其在25℃的(de)3.5%NaCl及(ji)80℃的(de)1000x10-4%(ppm)Cl-中(zhong)的(de)點(dian)腐(fu)蝕(shi)(shi)電位,結果顯(xian)示銅使耐點(dian)腐(fu)蝕(shi)(shi)性(xing)降低,而氮(dan)和硅(gui)使耐點(dian)腐(fu)蝕(shi)(shi)性(xing)升高(gao),并開發了(le)與SUS316一樣的(de)耐局(ju)部腐(fu)蝕(shi)(shi)不銹(xiu)鋼(gang),即鉬(mu)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)(fu)蝕(shi)(shi)(shi)的影響,大橋等(1980年)測定(ding)了(le)在40℃的5%NaCl溶液中的點腐(fu)(fu)蝕(shi)(shi)(shi)電(dian)位,發(fa)現銅(tong)有使點腐(fu)(fu)蝕(shi)(shi)(shi)電(dian)位略微降低的傾向,銅(tong)的添加使40℃的5%NaCl+2%H2O2溶液中的腐(fu)(fu)蝕(shi)(shi)(shi)度降低,使縫隙部位的腐(fu)(fu)蝕(shi)(shi)(shi)均勻。


此(ci)外,針(zhen)對(dui)Ni(20%~45%)和Cr(15%~30%)對(dui)含3%Mo的高鎳奧氏體不銹(xiu)鋼的影(ying)響(xiang),本田等(1983年)通過氯(lv)化鐵浸(jin)泡試(shi)驗進行了研究,結果(guo)如(ru)圖(tu)8.7所示,鎳的防蝕(shi)效果(guo)雖比(bi)鉻小,但添加大(da)量的鎳后,效果(guo)就比(bi)較明顯。


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  另(ling)外,20Cr-25Ni-6Mo鋼(gang)具有(you)良好的(de)耐(nai)局部(bu)腐蝕(shi)(shi)性(xing),名越等(1984年)就Cu、N、Ni含(han)量對(dui)該鋼(gang)點腐蝕(shi)(shi)和縫隙腐蝕(shi)(shi)的(de)影響進(jin)行了深入(ru)的(de)研究(jiu),從而證實(shi)了氮(dan)具有(you)耐(nai)點腐蝕(shi)(shi)的(de)效(xiao)果,與此同時也表明(ming)了鎳(nie)含(han)量的(de)減少能降低(di)焊接(jie)部(bu)位的(de)耐(nai)蝕(shi)(shi)性(xing)。另(ling)外他(ta)們還進(jin)行了實(shi)驗室及海水浸泡實(shi)驗,由(you)此證實(shi)了通(tong)過添加氮(dan)元素和降低(di)硫含(han)量,銅(tong)添加鋼(gang)的(de)耐(nai)點腐蝕(shi)(shi)性(xing)和耐(nai)縫隙腐蝕(shi)(shi)性(xing)增強。


 宇城等(deng)(1984年)也對改變Ni、N含量(liang)(liang)后的26Cr-19~30Ni-6Mo鋼(gang)和20Cr-22~25Ni-6Mo鋼(gang)進行了(le)點腐(fu)(fu)蝕(shi)電位測定和氯化鐵浸泡試驗(yan),從而證實(shi)了(le)氮元素能顯著提高(gao)耐點腐(fu)(fu)蝕(shi)性(xing)、耐縫隙腐(fu)(fu)蝕(shi)性(xing),并表明了(le)縫隙腐(fu)(fu)蝕(shi)性(xing)大致(zhi)可以用(yong)%Cr+3(%Mo)+70(%N)來衡量(liang)(liang)。此(ci)后,太(tai)田(tian)等(deng)(1986年)針對添(tian)加(jia)了(le)0.7%N的20Cr-10Ni 鋼(gang),采用(yong)加(jia)壓溶(rong)解(jie)的方(fang)法測定了(le)該鋼(gang)在40℃的0.5 mol/dm3 NaCl 溶(rong)液(ye)中的點腐(fu)(fu)蝕(shi)電位,結(jie)果表明20Cr-10Ni-0.7N鋼(gang)的耐點腐(fu)(fu)蝕(shi)性(xing)比SUS316鋼(gang)優良得多。


 岡山(shan)等(1987年)測定了(le)80℃的(de)(de)3%NaCl溶液中(zhong)的(de)(de)縫隙再鈍(dun)化(hua)電位(ER),采(cai)用(yong)多重回歸分析(xi)法分析(xi)了(le)合(he)金元素(su)對(dui)ER的(de)(de)影響。該(gai)(gai)分析(xi)結(jie)果(guo)表(biao)明,對(dui)奧氏(shi)(shi)體不銹(xiu)(xiu)鋼(gang)來說,鉻和鉬使ER升(sheng)高(gao),但鉬對(dui)含有(you)(you)2%~3%Cu的(de)(de)不銹(xiu)(xiu)鋼(gang)卻沒有(you)(you)這種作(zuo)用(yong),而是銅(tong)的(de)(de)添加(jia)使ER升(sheng)高(gao)。另外,該(gai)(gai)結(jie)果(guo)還(huan)表(biao)明鎳含量的(de)(de)增加(jia)使ER降低,氮沒有(you)(you)使ER升(sheng)高(gao)。并且他們在25℃、12%NaCl溶液中(zhong)測量出奧氏(shi)(shi)體不銹(xiu)(xiu)鋼(gang)的(de)(de)脫鈍(dun)化(hua)pH(pHa)值,并把(ba)合(he)金元素(su)對(dui)pH,值的(de)(de)影響用(yong)下式表(biao)示出來,其中(zhong)元素(su)用(yong)mass%表(biao)示。


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


另外,針對Cu含量(liang)在(zai)0.9%以(yi)上的奧氏體不銹鋼,得出下式:


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


 也就是(shi)說,Cr、Mo、Cu使pH,值降(jiang)低,但與(yu)(yu)鐵素體不銹(xiu)鋼(gang)或雙相不銹(xiu)鋼(gang)不同的(de)(de)(de)是(shi),鎳使奧(ao)氏體不銹(xiu)鋼(gang)的(de)(de)(de)pH,值下降(jiang)。可(ke)見,在(zai)鎳對不銹(xiu)鋼(gang)的(de)(de)(de)影響方面,這一(yi)結(jie)果(guo)與(yu)(yu)剛才所示的(de)(de)(de)中(zhong)田等(deng)人(ren)的(de)(de)(de)結(jie)果(guo)相矛盾(dun)。而且在(zai)這一(yi)研究中(zhong)沒有涉(she)及(ji)氮(dan)元素的(de)(de)(de)影響。


針對18Cr-14Ni和14Cr-16Ni鋼,陳等人(1996年)通過使(shi)用(yong)莫爾條紋法的(de)(de)腐蝕(shi)(shi)(shi)面(mian)三維測量(liang)系統(tong),測定了合金元(yuan)素(su)(P、Si、Mn、Cu、Al)對這兩種(zhong)鋼在80℃、3%NaCl溶液中(zhong)產生(sheng)縫隙(xi)腐蝕(shi)(shi)(shi)和腐蝕(shi)(shi)(shi)擴散(san)時的(de)(de)溶解所造成(cheng)的(de)(de)影(ying)響(xiang)。該研究結果(guo)表(biao)明,合金元(yuan)素(su)對初級階段的(de)(de)縫隙(xi)腐蝕(shi)(shi)(shi)只產生(sheng)很小(xiao)的(de)(de)影(ying)響(xiang),而對處于發(fa)展階段的(de)(de)腐蝕(shi)(shi)(shi)(即ER)的(de)(de)影(ying)響(xiang)卻很大(da)。


上(shang)述各個試驗結(jie)果明確了(le)Cr、Mo、N對(dui)縫(feng)隙腐蝕(shi)具(ju)有(you)抑制效果。關于鎳(nie)的影響目前還(huan)不(bu)清楚(chu),但(dan)因(yin)為奧氏體不(bu)銹鋼中(zhong)含有(you)大量(liang)的鎳(nie),所以今后應該進一(yi)步明確鎳(nie)對(dui)腐蝕(shi)的影響程度(du)及其結(jie)構。