在雙相不銹鋼中添加合金元素后,各相比例也會發生變化,各相的合金成分隨之改變,因此合金元素對雙相不銹鋼局部腐蝕的影響比較復雜。
1. 鉬、鎳、氮元素的影響
水野(1970年)通過FeCl3溶液試驗,分析了Mo、Ni含量對含有25%Cr的Cr-Ni-Mo不銹鋼耐點腐蝕性的影響,結果如圖8.8所示,即不銹鋼的耐蝕范圍隨著Mo、Ni含量的增加而擴大。根據該試驗結果,鎳的防蝕效果很明顯,但被用于試驗的不銹鋼應含有0.1%以上的氮,另外還含有從鐵素體單相到奧氏體鐵素體雙相范圍內的成分,因此并不單純是受鎳元素影響的結果,還可能受各相中Cr、Mo、N元素組成的影響。關于各相中Cr、Mo、N的不同組成對耐蝕性的影響這一點,已在這之后的研究中得到證實。
氮(dan)可以改善耐點(dian)腐(fu)蝕(shi)性這一點(dian),已經在(zai)奧(ao)(ao)(ao)氏體不銹(xiu)鋼(gang)中得到證(zheng)實(shi),Streicherl 認為氮(dan)的耐點(dian)腐(fu)蝕(shi)性效果是奧(ao)(ao)(ao)氏體相穩(wen)定化(hua)的原因。此后的研究證(zheng)實(shi)了(le)氮(dan)能(neng)提高奧(ao)(ao)(ao)氏體鐵素體(雙相)不銹(xiu)鋼(gang)的耐點(dian)腐(fu)蝕(shi)性,并且明確了(le)氮(dan)與奧(ao)(ao)(ao)氏體的穩(wen)定度沒(mei)有(you)直接關系(xi)。
但是,岡田等(1972年)證(zheng)實了在鐵素(su)(su)體(ti)(α)單(dan)(dan)相(xiang)(xiang)25Cr-3Mo鋼中添加鎳后,奧(ao)氏體(ti)相(xiang)(xiang)出(chu)現(xian),從而變成a+γ的(de)(de)(de)雙(shuang)相(xiang)(xiang)不銹鋼,這(zhe)樣耐點腐(fu)蝕(shi)能力就會降(jiang)低,但繼續增加鎳的(de)(de)(de)含量后,其耐點腐(fu)蝕(shi)性重新得到改善。然后再通過熱(re)處理后,γ相(xiang)(xiang)從α相(xiang)(xiang)中析出(chu),耐點腐(fu)蝕(shi)性仍舊降(jiang)低,這(zhe)是因為γ相(xiang)(xiang)中的(de)(de)(de)Cr、Mo含量減少(shao)的(de)(de)(de)緣(yuan)故。該研究結果表明(ming),在不含氮元(yuan)素(su)(su)的(de)(de)(de)情況下,雙(shuang)相(xiang)(xiang)不銹鋼比單(dan)(dan)相(xiang)(xiang)不銹鋼的(de)(de)(de)耐點腐(fu)蝕(shi)性差。
小若等(1975年)分析了Ti、Nb、Sn、V、W、Ni、Mo、Cu等添加元素對25Cr-6Ni-N系雙相不銹鋼耐蝕性的影響。作為海水中縫隙腐蝕的加速試驗,他們在80℃(通風狀態)下的3%NaCl+0.05mol/dm3 Na2SO4 溶液中添加活性炭,然后把由25Cr-6Ni-3Mo-0.4Cu-0.5W-N構成的不銹鋼浸泡在該溶液中,結果沒有發生縫隙腐蝕。
此外,小(xiao)林等(1980年)針對(dui)(dui)22~25 Cr-4~8.5 Ni-1.5 Cu-0.8 Cu構成的(de)(de)(de)雙(shuang)相(xiang)(xiang)鋼(gang),分(fen)析了(le)C(0.001%~0.05%)、N(0.01%~0.2%)及Ti、REM(Rare Earth Metal)、B等元素(su)(su)(su)對(dui)(dui)經過退火或高(gao)溫加(jia)熱后的(de)(de)(de)點(dian)(dian)腐(fu)(fu)蝕(shi)電位的(de)(de)(de)影響,發(fa)現(xian)碳不影響耐(nai)點(dian)(dian)腐(fu)(fu)蝕(shi)性(xing),氮(dan)使(shi)耐(nai)點(dian)(dian)腐(fu)(fu)蝕(shi)性(xing)升高(gao)(如圖8.9所示(shi)(shi))。而且該圖顯示(shi)(shi)在含(han)(han)有4%的(de)(de)(de)鎳(nie)時,即使(shi)不特地(di)添加(jia)氮(dan)元素(su)(su)(su)也具有良好的(de)(de)(de)耐(nai)點(dian)(dian)腐(fu)(fu)蝕(shi)性(xing),這(zhe)是因為(wei)是鐵素(su)(su)(su)體單相(xiang)(xiang)的(de)(de)(de)緣(yuan)故。另外,越是鎳(nie)含(han)(han)量多的(de)(de)(de)鋼(gang)材(cai),氮(dan)含(han)(han)量為(wei)0.02%~0.06%時的(de)(de)(de)點(dian)(dian)腐(fu)(fu)蝕(shi)電位越低,這(zhe)是鎳(nie)含(han)(han)量引(yin)起相(xiang)(xiang)比例發(fa)生變(bian)化的(de)(de)(de)結果。小(xiao)林等人進一步得出(chu),在含(han)(han)氮(dan)鋼(gang)中(zhong)添加(jia)0.1%以上的(de)(de)(de)鈦后,高(gao)溫加(jia)熱鋼(gang)材(cai)的(de)(de)(de)耐(nai)點(dian)(dian)腐(fu)(fu)蝕(shi)能力(li)提(ti)高(gao),REM沒有產(chan)生影響;另外添加(jia)0.01%左右的(de)(de)(de)硼后,可以通過抑制α相(xiang)(xiang)的(de)(de)(de)析出(chu)來提(ti)高(gao)耐(nai)點(dian)(dian)腐(fu)(fu)蝕(shi)性(xing)。
金(jin)子等(deng)人(ren)(1985年(nian))研究了(le)Ni(0.7%~17%)和N(0.03%~0.2%)對(dui)23 Cr-2 Mo鋼在50℃、3.5%NaCl中的(de)(de)(de)點(dian)腐(fu)蝕(shi)電(dian)(dian)(dian)(dian)(dian)位(wei)(wei)(wei)、縫隙腐(fu)蝕(shi)電(dian)(dian)(dian)(dian)(dian)位(wei)(wei)(wei)及(ji)再鈍(dun)化(hua)電(dian)(dian)(dian)(dian)(dian)位(wei)(wei)(wei)所造成的(de)(de)(de)影響,得(de)出的(de)(de)(de)結(jie)(jie)論認為:在氮含量低(di)(di)(di)(0.03%以(yi)下)的(de)(de)(de)情況(kuang)下,點(dian)腐(fu)蝕(shi)電(dian)(dian)(dian)(dian)(dian)位(wei)(wei)(wei)隨著鎳(nie)含量發生變(bian)(bian)化(hua),在變(bian)(bian)為雙相鋼時(shi),點(dian)腐(fu)蝕(shi)電(dian)(dian)(dian)(dian)(dian)位(wei)(wei)(wei)最低(di)(di)(di),這一(yi)(yi)結(jie)(jie)果與(yu)前述(shu)岡田等(deng)人(ren)的(de)(de)(de)結(jie)(jie)果一(yi)(yi)致(zhi)。此外,金(jin)子等(deng)人(ren)還(huan)證(zheng)明,氮的(de)(de)(de)添加使點(dian)腐(fu)蝕(shi)電(dian)(dian)(dian)(dian)(dian)位(wei)(wei)(wei)升(sheng)高,經過(guo)高溫(wen)加熱處理后的(de)(de)(de)不銹(xiu)鋼點(dian)腐(fu)蝕(shi)電(dian)(dian)(dian)(dian)(dian)位(wei)(wei)(wei)下降(jiang),鎳(nie)含量較低(di)(di)(di)的(de)(de)(de)不銹(xiu)鋼的(de)(de)(de)變(bian)(bian)化(hua)更明顯。而且還(huan)證(zheng)實(shi)了(le)縫隙腐(fu)蝕(shi)電(dian)(dian)(dian)(dian)(dian)位(wei)(wei)(wei)、點(dian)腐(fu)蝕(shi)電(dian)(dian)(dian)(dian)(dian)位(wei)(wei)(wei)及(ji)縫隙再鈍(dun)化(hua)電(dian)(dian)(dian)(dian)(dian)位(wei)(wei)(wei)受Ni、N含量的(de)(de)(de)影響不大(da)。
三(san)浦等人(ren)(1986年)通過(guo)6%FeCl3 水溶液中的(de)臨(lin)(lin)界(jie)(jie)點(dian)腐(fu)蝕(shi)溫(wen)(wen)度,評(ping)價(jia)了(le)鎳及氮(dan)含量(liang)發生改變的(de)22 Cr-3 Mo鋼的(de)母(mu)材(cai)和焊(han)接金(jin)屬的(de)耐點(dian)腐(fu)蝕(shi)性,結果顯(xian)示(shi)氮(dan)元素使(shi)臨(lin)(lin)界(jie)(jie)點(dian)腐(fu)蝕(shi)溫(wen)(wen)度上升;鎳含量(liang)增加后,母(mu)材(cai)的(de)臨(lin)(lin)界(jie)(jie)點(dian)腐(fu)蝕(shi)溫(wen)(wen)度降低,而(er)焊(han)接材(cai)料的(de)臨(lin)(lin)界(jie)(jie)點(dian)腐(fu)蝕(shi)溫(wen)(wen)度升高,在(zai)鎳含量(liang)達到(dao)6%以上時,此(ci)溫(wen)(wen)度大(da)致保持在(zai)一定(ding)水平(ping)。特別是在(zai)焊(han)接金(jin)屬方面,Ni、N含量(liang)減(jian)少后,冷卻過(guo)程中γ的(de)析出得到(dao)抑制(zhi),碳或(huo)氮(dan)不能(neng)在(zai)γ中完全固溶,導致析出物的(de)生成顯(xian)著(zhu),因此(ci)耐點(dian)腐(fu)蝕(shi)能(neng)力降低。
另(ling)外,岡(gang)山等(1987年)分析了合(he)金(jin)元(yuan)素對在25℃、12%NaCl溶液中得出的雙相不銹鋼(gang)(12種)脫鈍(dun)化pH(pH4)值的影響(xiang),并把這一結果用(yong)下式(shi)表(biao)示出來,其中合(he)金(jin)元(yuan)素表(biao)示為mass%.該式(shi)沒有表(biao)明鉻和(he)氮的影響(xiang)。
pHd=-3.28 log Ni-0.13Mo-10.4P+2.95
2. 氮(dan)添加鋼中相比(bi)例的影(ying)響
在研究(jiu)相(xiang)(xiang)比(bi)(bi)例對雙(shuang)相(xiang)(xiang)不(bu)(bu)銹鋼耐(nai)(nai)點腐蝕(shi)性的(de)影響時,通(tong)過改變對耐(nai)(nai)點腐蝕(shi)性影響小的(de)氮(dan)含量(liang),或改變加熱溫度來改變相(xiang)(xiang)比(bi)(bi)例。正如前面所(suo)講(jiang)到的(de)岡田等人的(de)研究(jiu)結果,在沒有特別添(tian)加氮(dan)的(de)雙(shuang)相(xiang)(xiang)不(bu)(bu)銹鋼中,γ相(xiang)(xiang)從α相(xiang)(xiang)中析出后,γ相(xiang)(xiang)中所(suo)含的(de)Cr、Mo量(liang)比(bi)(bi)α相(xiang)(xiang)少,所(suo)以耐(nai)(nai)點腐蝕(shi)能(neng)力下降,但在添(tian)加了氮(dan)元素的(de)雙(shuang)相(xiang)(xiang)不(bu)(bu)銹鋼中,當相(xiang)(xiang)比(bi)(bi)例達到某一程(cheng)度時,耐(nai)(nai)點腐蝕(shi)性升至最(zui)高。
長(chang)田等(deng)(1981年(nian))(1984年(nian))在(zai)(zai)以23Cr-1.5Mo及(ji)25Cr-1.5~3.5Mo為主要成(cheng)分的不銹鋼(gang)中(zhong)(zhong)添加了0.1%N,然(ran)后(hou)通(tong)過改(gai)變(bian)(bian)其(qi)(qi)中(zhong)(zhong)的鎳含(han)量(liang)(liang)(liang)來改(gai)變(bian)(bian)相(xiang)(xiang)(xiang)比(bi)例(li),使其(qi)(qi)構成(cheng)各種雙(shuang)相(xiang)(xiang)(xiang)鋼(gang),然(ran)后(hou)對這些(xie)雙(shuang)相(xiang)(xiang)(xiang)鋼(gang)進行了點(dian)腐蝕(shi)(shi)電(dian)位測(ce)(ce)定和氯(lv)化鐵浸泡試(shi)驗(yan)。該試(shi)驗(yan)結果(guo)如圖(tu)8.10所示(shi),即使Cr、Mo含(han)量(liang)(liang)(liang)相(xiang)(xiang)(xiang)同(tong),當(dang)γ量(liang)(liang)(liang)達(da)到一(yi)定范圍(30%~40%)時,耐點(dian)腐蝕(shi)(shi)能(neng)力達(da)到最高(gao)水平。另(ling)外,酒(jiu)井等(deng)人(1983年(nian))對由鎳含(han)量(liang)(liang)(liang)發生改(gai)變(bian)(bian)的25Cr和22Cr-3Mo-0.15N-xNi組成(cheng)的雙(shuang)相(xiang)(xiang)(xiang)不銹鋼(gang),進行了氯(lv)化鐵浸泡試(shi)驗(yan)來測(ce)(ce)定其(qi)(qi)耐點(dian)腐蝕(shi)(shi)性,結果(guo)顯(xian)示(shi)γ量(liang)(liang)(liang)在(zai)(zai)50%左右時,耐點(dian)腐蝕(shi)(shi)性最好。另(ling)一(yi)方面,藤原等(deng)(1987年(nian))把SUS329J3L 和相(xiang)(xiang)(xiang)當(dang)于(yu)329J4L的鋼(gang)材進行高(gao)溫處理,以改(gai)變(bian)(bian)相(xiang)(xiang)(xiang)比(bi)例(li),然(ran)后(hou)通(tong)過氯(lv)化鐵浸泡試(shi)驗(yan)來檢測(ce)(ce)耐點(dian)腐蝕(shi)(shi)性。該試(shi)驗(yan)結果(guo)同(tong)樣顯(xian)示(shi)在(zai)(zai)γ相(xiang)(xiang)(xiang)達(da)到某一(yi)比(bi)例(li)時,耐點(dian)腐蝕(shi)(shi)性為最高(gao)。
如上所述(shu),相(xiang)比(bi)例(li)達到某一程度時,耐(nai)點(dian)(dian)腐蝕(shi)性(xing)達到最(zui)高水平。根(gen)本等人(ren)(1987年)證實了(le),這(zhe)一相(xiang)比(bi)例(li)的(de)(de)(de)(de)(de)出(chu)(chu)現(xian)是由(you)改善耐(nai)點(dian)(dian)腐蝕(shi)性(xing)的(de)(de)(de)(de)(de)元(yuan)素(su)Cr、Mo、N在(zai)各(ge)相(xiang)中(zhong)(zhong)的(de)(de)(de)(de)(de)構(gou)成(cheng)不(bu)(bu)同(tong)而(er)引(yin)起的(de)(de)(de)(de)(de)。圖8.11模式化地(di)表明了(le)相(xiang)比(bi)例(li)對(dui)雙(shuang)相(xiang)不(bu)(bu)銹(xiu)(xiu)鋼(gang)耐(nai)點(dian)(dian)腐蝕(shi)性(xing)的(de)(de)(de)(de)(de)影(ying)響,其中(zhong)(zhong)豎軸(zhou)表示(shi)根(gen)據Cr、Mo、N在(zai)各(ge)相(xiang)中(zhong)(zhong)的(de)(de)(de)(de)(de)含量(liang)所得(de)出(chu)(chu)的(de)(de)(de)(de)(de)耐(nai)點(dian)(dian)腐蝕(shi)性(xing)指(zhi)數,而(er)Cr、Mo、N均為(wei)能(neng)顯著提高耐(nai)點(dian)(dian)腐蝕(shi)性(xing)的(de)(de)(de)(de)(de)元(yuan)素(su)。當鐵(tie)(tie)(tie)素(su)體(ti)單相(xiang)的(de)(de)(de)(de)(de)耐(nai)點(dian)(dian)腐蝕(shi)指(zhi)數為(wei)a時,添(tian)加(jia)對(dui)耐(nai)點(dian)(dian)腐蝕(shi)性(xing)影(ying)響較小的(de)(de)(de)(de)(de)鎳(nie)元(yuan)素(su)使之成(cheng)為(wei)由(you)雙(shuang)相(xiang)構(gou)成(cheng),這(zhe)樣鐵(tie)(tie)(tie)素(su)體(ti)的(de)(de)(de)(de)(de)生成(cheng)元(yuan)素(su)Cr、Mo就固溶在(zai)鐵(tie)(tie)(tie)素(su)體(ti)相(xiang)中(zhong)(zhong),因(yin)此該相(xiang)的(de)(de)(de)(de)(de)耐(nai)點(dian)(dian)腐蝕(shi)性(xing)升高;而(er)在(zai)奧(ao)(ao)氏體(ti)相(xiang)方面,雖然Cr、Mo含量(liang)有(you)所減少,但奧(ao)(ao)氏體(ti)的(de)(de)(de)(de)(de)生成(cheng)元(yuan)素(su)氮固溶在(zai)奧(ao)(ao)氏體(ti)相(xiang)中(zhong)(zhong),因(yin)此仍然表現(xian)出(chu)(chu)良好的(de)(de)(de)(de)(de)耐(nai)點(dian)(dian)腐蝕(shi)能(neng)力。當相(xiang)比(bi)例(li)達到沒有(you)析(xi)(xi)出(chu)(chu)物(wu)質、兩相(xiang)的(de)(de)(de)(de)(de)耐(nai)點(dian)(dian)腐蝕(shi)性(xing)一致(圖中(zhong)(zhong)的(de)(de)(de)(de)(de)箭頭(tou)位置)時,這(zhe)種雙(shuang)相(xiang)不(bu)(bu)銹(xiu)(xiu)鋼(gang)呈現(xian)出(chu)(chu)最(zui)強的(de)(de)(de)(de)(de)耐(nai)點(dian)(dian)腐蝕(shi)能(neng)力。可以(yi)根(gen)據這(zhe)類圖斷定,在(zai)奧(ao)(ao)氏體(ti)不(bu)(bu)銹(xiu)(xiu)鋼(gang)或(huo)(huo)鐵(tie)(tie)(tie)素(su)體(ti)不(bu)(bu)銹(xiu)(xiu)鋼(gang)中(zhong)(zhong)分(fen)別有(you)鐵(tie)(tie)(tie)素(su)體(ti)相(xiang)或(huo)(huo)奧(ao)(ao)氏體(ti)相(xiang)析(xi)(xi)出(chu)(chu)的(de)(de)(de)(de)(de)情況下,不(bu)(bu)管哪一相(xiang)都(dou)容易發生點(dian)(dian)腐蝕(shi)。