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(gang)局部腐蝕的影響比較復雜。


1. 鉬、鎳(nie)、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。


圖 8.jpg


  氮(dan)(dan)可以改善耐(nai)點腐蝕性(xing)(xing)這一點,已經(jing)在奧(ao)氏(shi)(shi)體(ti)(ti)不銹(xiu)鋼中得到證實,Streicherl 認為氮(dan)(dan)的(de)耐(nai)點腐蝕性(xing)(xing)效果是奧(ao)氏(shi)(shi)體(ti)(ti)相(xiang)穩定化的(de)原因(yin)。此后(hou)的(de)研究證實了(le)氮(dan)(dan)能提高奧(ao)氏(shi)(shi)體(ti)(ti)鐵素體(ti)(ti)(雙相(xiang))不銹(xiu)鋼的(de)耐(nai)點腐蝕性(xing)(xing),并(bing)且明確了(le)氮(dan)(dan)與(yu)奧(ao)氏(shi)(shi)體(ti)(ti)的(de)穩定度沒有直(zhi)接關系。


  但是,岡田等(1972年)證實了在(zai)鐵素(su)體(α)單相(xiang)(xiang)(xiang)25Cr-3Mo鋼中添(tian)加鎳后,奧(ao)氏體相(xiang)(xiang)(xiang)出現,從(cong)(cong)而變(bian)成a+γ的雙相(xiang)(xiang)(xiang)不(bu)銹鋼,這樣耐(nai)點腐蝕能力就會降低,但繼續(xu)增(zeng)加鎳的含量(liang)后,其(qi)耐(nai)點腐蝕性(xing)重新得(de)到(dao)改善。然后再通過熱處理(li)后,γ相(xiang)(xiang)(xiang)從(cong)(cong)α相(xiang)(xiang)(xiang)中析出,耐(nai)點腐蝕性(xing)仍舊(jiu)降低,這是因為(wei)γ相(xiang)(xiang)(xiang)中的Cr、Mo含量(liang)減少的緣故。該(gai)研究結果(guo)表明,在(zai)不(bu)含氮元素(su)的情況(kuang)下,雙相(xiang)(xiang)(xiang)不(bu)銹鋼比(bi)單相(xiang)(xiang)(xiang)不(bu)銹鋼的耐(nai)點腐蝕性(xing)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(ci)外,小(xiao)林等(deng)(1980年(nian))針對(dui)22~25 Cr-4~8.5 Ni-1.5 Cu-0.8 Cu構(gou)成的(de)(de)(de)(de)雙相鋼(gang),分析了C(0.001%~0.05%)、N(0.01%~0.2%)及Ti、REM(Rare Earth Metal)、B等(deng)元(yuan)素(su)對(dui)經過退火或高(gao)溫(wen)加(jia)熱后的(de)(de)(de)(de)點(dian)(dian)腐(fu)蝕(shi)(shi)(shi)電位的(de)(de)(de)(de)影(ying)響,發(fa)現碳不影(ying)響耐(nai)(nai)點(dian)(dian)腐(fu)蝕(shi)(shi)(shi)性,氮使(shi)耐(nai)(nai)點(dian)(dian)腐(fu)蝕(shi)(shi)(shi)性升高(gao)(如圖8.9所示(shi))。而且該圖顯示(shi)在含有(you)4%的(de)(de)(de)(de)鎳(nie)(nie)時(shi),即(ji)使(shi)不特(te)地添(tian)加(jia)氮元(yuan)素(su)也具(ju)有(you)良好(hao)的(de)(de)(de)(de)耐(nai)(nai)點(dian)(dian)腐(fu)蝕(shi)(shi)(shi)性,這是(shi)因(yin)為是(shi)鐵素(su)體單相的(de)(de)(de)(de)緣故。另外,越(yue)是(shi)鎳(nie)(nie)含量多的(de)(de)(de)(de)鋼(gang)材,氮含量為0.02%~0.06%時(shi)的(de)(de)(de)(de)點(dian)(dian)腐(fu)蝕(shi)(shi)(shi)電位越(yue)低,這是(shi)鎳(nie)(nie)含量引起相比(bi)例發(fa)生變化的(de)(de)(de)(de)結果。小(xiao)林等(deng)人進(jin)一步得出,在含氮鋼(gang)中添(tian)加(jia)0.1%以(yi)上(shang)的(de)(de)(de)(de)鈦后,高(gao)溫(wen)加(jia)熱鋼(gang)材的(de)(de)(de)(de)耐(nai)(nai)點(dian)(dian)腐(fu)蝕(shi)(shi)(shi)能力提高(gao),REM沒有(you)產生影(ying)響;另外添(tian)加(jia)0.01%左右的(de)(de)(de)(de)硼(peng)后,可以(yi)通過抑制α相的(de)(de)(de)(de)析出來提高(gao)耐(nai)(nai)點(dian)(dian)腐(fu)蝕(shi)(shi)(shi)性。


圖 9.jpg


金子(zi)等人(1985年)研究了Ni(0.7%~17%)和N(0.03%~0.2%)對(dui)23 Cr-2 Mo鋼(gang)在50℃、3.5%NaCl中的(de)點(dian)(dian)腐(fu)(fu)蝕(shi)(shi)(shi)(shi)(shi)電(dian)(dian)位(wei)(wei)(wei)、縫(feng)隙(xi)(xi)腐(fu)(fu)蝕(shi)(shi)(shi)(shi)(shi)電(dian)(dian)位(wei)(wei)(wei)及(ji)再(zai)(zai)鈍(dun)化(hua)(hua)電(dian)(dian)位(wei)(wei)(wei)所造成的(de)影響,得出的(de)結(jie)論認為(wei):在氮(dan)含(han)量低(di)(di)(0.03%以下(xia))的(de)情況下(xia),點(dian)(dian)腐(fu)(fu)蝕(shi)(shi)(shi)(shi)(shi)電(dian)(dian)位(wei)(wei)(wei)隨著鎳含(han)量發生變化(hua)(hua),在變為(wei)雙(shuang)相鋼(gang)時,點(dian)(dian)腐(fu)(fu)蝕(shi)(shi)(shi)(shi)(shi)電(dian)(dian)位(wei)(wei)(wei)最低(di)(di),這一結(jie)果與前述岡田等人的(de)結(jie)果一致。此(ci)外,金子(zi)等人還(huan)證明(ming),氮(dan)的(de)添(tian)加(jia)使點(dian)(dian)腐(fu)(fu)蝕(shi)(shi)(shi)(shi)(shi)電(dian)(dian)位(wei)(wei)(wei)升高,經過(guo)高溫加(jia)熱處理后(hou)的(de)不銹(xiu)鋼(gang)點(dian)(dian)腐(fu)(fu)蝕(shi)(shi)(shi)(shi)(shi)電(dian)(dian)位(wei)(wei)(wei)下(xia)降,鎳含(han)量較低(di)(di)的(de)不銹(xiu)鋼(gang)的(de)變化(hua)(hua)更明(ming)顯。而且還(huan)證實了縫(feng)隙(xi)(xi)腐(fu)(fu)蝕(shi)(shi)(shi)(shi)(shi)電(dian)(dian)位(wei)(wei)(wei)、點(dian)(dian)腐(fu)(fu)蝕(shi)(shi)(shi)(shi)(shi)電(dian)(dian)位(wei)(wei)(wei)及(ji)縫(feng)隙(xi)(xi)再(zai)(zai)鈍(dun)化(hua)(hua)電(dian)(dian)位(wei)(wei)(wei)受Ni、N含(han)量的(de)影響不大。


三浦等人(1986年)通過6%FeCl3 水溶(rong)液中(zhong)(zhong)的(de)(de)臨界點(dian)(dian)(dian)(dian)腐(fu)蝕溫度(du)(du),評價了鎳(nie)及氮含量(liang)發生(sheng)改(gai)變的(de)(de)22 Cr-3 Mo鋼的(de)(de)母材(cai)(cai)和焊(han)接(jie)金屬的(de)(de)耐(nai)點(dian)(dian)(dian)(dian)腐(fu)蝕性,結果顯示(shi)氮元素(su)使臨界點(dian)(dian)(dian)(dian)腐(fu)蝕溫度(du)(du)上升(sheng);鎳(nie)含量(liang)增加后,母材(cai)(cai)的(de)(de)臨界點(dian)(dian)(dian)(dian)腐(fu)蝕溫度(du)(du)降(jiang)低,而(er)焊(han)接(jie)材(cai)(cai)料的(de)(de)臨界點(dian)(dian)(dian)(dian)腐(fu)蝕溫度(du)(du)升(sheng)高,在(zai)(zai)(zai)鎳(nie)含量(liang)達(da)到6%以上時,此溫度(du)(du)大致(zhi)保持在(zai)(zai)(zai)一定水平。特別是(shi)在(zai)(zai)(zai)焊(han)接(jie)金屬方面,Ni、N含量(liang)減少后,冷卻過程中(zhong)(zhong)γ的(de)(de)析出(chu)得到抑制,碳(tan)或氮不能(neng)在(zai)(zai)(zai)γ中(zhong)(zhong)完全固溶(rong),導致(zhi)析出(chu)物的(de)(de)生(sheng)成顯著,因此耐(nai)點(dian)(dian)(dian)(dian)腐(fu)蝕能(neng)力降(jiang)低。


另(ling)外(wai),岡山等(deng)(1987年)分(fen)析(xi)了合金元(yuan)素對(dui)在25℃、12%NaCl溶(rong)液中得(de)出的雙(shuang)相不(bu)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(shi)出來,其中合金元(yuan)素表(biao)示(shi)為(wei)mass%.該式(shi)沒有(you)表(biao)明(ming)鉻(ge)和氮的影響(xiang)。


pHd=-3.28 log Ni-0.13Mo-10.4P+2.95



2. 氮添(tian)加鋼中相(xiang)比例的影響


 在(zai)研究(jiu)相(xiang)(xiang)比(bi)例對雙(shuang)(shuang)相(xiang)(xiang)不銹鋼(gang)耐(nai)點腐蝕性(xing)的影(ying)響(xiang)時(shi),通過改(gai)變(bian)對耐(nai)點腐蝕性(xing)影(ying)響(xiang)小(xiao)的氮(dan)含量(liang),或(huo)改(gai)變(bian)加(jia)熱(re)溫度來改(gai)變(bian)相(xiang)(xiang)比(bi)例。正如前(qian)面所講到(dao)的岡田等人的研究(jiu)結果,在(zai)沒(mei)有特別添加(jia)氮(dan)的雙(shuang)(shuang)相(xiang)(xiang)不銹鋼(gang)中(zhong)(zhong),γ相(xiang)(xiang)從α相(xiang)(xiang)中(zhong)(zhong)析(xi)出后,γ相(xiang)(xiang)中(zhong)(zhong)所含的Cr、Mo量(liang)比(bi)α相(xiang)(xiang)少,所以耐(nai)點腐蝕能(neng)力下(xia)降(jiang),但在(zai)添加(jia)了氮(dan)元素(su)的雙(shuang)(shuang)相(xiang)(xiang)不銹鋼(gang)中(zhong)(zhong),當相(xiang)(xiang)比(bi)例達到(dao)某一(yi)程(cheng)度時(shi),耐(nai)點腐蝕性(xing)升至最高。


 長(chang)田等(deng)(1981年(nian)(nian))(1984年(nian)(nian))在(zai)以(yi)23Cr-1.5Mo及25Cr-1.5~3.5Mo為(wei)(wei)主(zhu)要成分的(de)不銹鋼(gang)中(zhong)添加了0.1%N,然(ran)后通過(guo)改(gai)(gai)變(bian)(bian)其中(zhong)的(de)鎳含(han)量(liang)來改(gai)(gai)變(bian)(bian)相(xiang)(xiang)比例,使(shi)其構成各(ge)種雙相(xiang)(xiang)鋼(gang),然(ran)后對這些雙相(xiang)(xiang)鋼(gang)進(jin)行(xing)了點(dian)(dian)腐(fu)蝕(shi)(shi)電位測(ce)定和(he)氯化鐵浸泡(pao)試驗(yan)(yan)。該試驗(yan)(yan)結(jie)果(guo)如(ru)圖(tu)8.10所示(shi),即使(shi)Cr、Mo含(han)量(liang)相(xiang)(xiang)同,當γ量(liang)達到一定范圍(30%~40%)時(shi),耐(nai)點(dian)(dian)腐(fu)蝕(shi)(shi)能力達到最高水(shui)平。另外,酒井(jing)等(deng)人(1983年(nian)(nian))對由鎳含(han)量(liang)發生改(gai)(gai)變(bian)(bian)的(de)25Cr和(he)22Cr-3Mo-0.15N-xNi組成的(de)雙相(xiang)(xiang)不銹鋼(gang),進(jin)行(xing)了氯化鐵浸泡(pao)試驗(yan)(yan)來測(ce)定其耐(nai)點(dian)(dian)腐(fu)蝕(shi)(shi)性,結(jie)果(guo)顯示(shi)γ量(liang)在(zai)50%左右時(shi),耐(nai)點(dian)(dian)腐(fu)蝕(shi)(shi)性最好。另一方面,藤原等(deng)(1987年(nian)(nian))把(ba)SUS329J3L 和(he)相(xiang)(xiang)當于329J4L的(de)鋼(gang)材(cai)進(jin)行(xing)高溫處理,以(yi)改(gai)(gai)變(bian)(bian)相(xiang)(xiang)比例,然(ran)后通過(guo)氯化鐵浸泡(pao)試驗(yan)(yan)來檢測(ce)耐(nai)點(dian)(dian)腐(fu)蝕(shi)(shi)性。該試驗(yan)(yan)結(jie)果(guo)同樣顯示(shi)在(zai)γ相(xiang)(xiang)達到某一比例時(shi),耐(nai)點(dian)(dian)腐(fu)蝕(shi)(shi)性為(wei)(wei)最高。


圖 10.jpg


 如上所述(shu),相(xiang)比例達到(dao)某一(yi)(yi)程度時,耐(nai)(nai)點腐(fu)蝕(shi)(shi)(shi)(shi)(shi)性達到(dao)最(zui)高(gao)水平。根(gen)本等人(ren)(1987年)證(zheng)實了,這一(yi)(yi)相(xiang)比例的(de)(de)出(chu)現(xian)是由改善耐(nai)(nai)點腐(fu)蝕(shi)(shi)(shi)(shi)(shi)性的(de)(de)元(yuan)(yuan)素(su)Cr、Mo、N在(zai)(zai)各相(xiang)中(zhong)的(de)(de)構成不(bu)(bu)同而(er)(er)引起的(de)(de)。圖8.11模式(shi)化地(di)表(biao)(biao)明(ming)了相(xiang)比例對雙相(xiang)不(bu)(bu)銹鋼(gang)耐(nai)(nai)點腐(fu)蝕(shi)(shi)(shi)(shi)(shi)性的(de)(de)影(ying)(ying)響(xiang),其中(zhong)豎(shu)軸表(biao)(biao)示根(gen)據(ju)(ju)Cr、Mo、N在(zai)(zai)各相(xiang)中(zhong)的(de)(de)含量所得(de)出(chu)的(de)(de)耐(nai)(nai)點腐(fu)蝕(shi)(shi)(shi)(shi)(shi)性指(zhi)數(shu),而(er)(er)Cr、Mo、N均為能顯(xian)著提高(gao)耐(nai)(nai)點腐(fu)蝕(shi)(shi)(shi)(shi)(shi)性的(de)(de)元(yuan)(yuan)素(su)。當(dang)鐵素(su)體(ti)單相(xiang)的(de)(de)耐(nai)(nai)點腐(fu)蝕(shi)(shi)(shi)(shi)(shi)指(zhi)數(shu)為a時,添加對耐(nai)(nai)點腐(fu)蝕(shi)(shi)(shi)(shi)(shi)性影(ying)(ying)響(xiang)較小的(de)(de)鎳元(yuan)(yuan)素(su)使之成為由雙相(xiang)構成,這樣鐵素(su)體(ti)的(de)(de)生(sheng)成元(yuan)(yuan)素(su)Cr、Mo就固溶在(zai)(zai)鐵素(su)體(ti)相(xiang)中(zhong),因(yin)此該相(xiang)的(de)(de)耐(nai)(nai)點腐(fu)蝕(shi)(shi)(shi)(shi)(shi)性升(sheng)高(gao);而(er)(er)在(zai)(zai)奧(ao)氏體(ti)相(xiang)方面,雖然(ran)Cr、Mo含量有(you)所減少,但奧(ao)氏體(ti)的(de)(de)生(sheng)成元(yuan)(yuan)素(su)氮(dan)固溶在(zai)(zai)奧(ao)氏體(ti)相(xiang)中(zhong),因(yin)此仍(reng)然(ran)表(biao)(biao)現(xian)出(chu)良好(hao)的(de)(de)耐(nai)(nai)點腐(fu)蝕(shi)(shi)(shi)(shi)(shi)能力。當(dang)相(xiang)比例達到(dao)沒有(you)析出(chu)物(wu)質、兩(liang)相(xiang)的(de)(de)耐(nai)(nai)點腐(fu)蝕(shi)(shi)(shi)(shi)(shi)性一(yi)(yi)致(圖中(zhong)的(de)(de)箭頭位(wei)置)時,這種雙相(xiang)不(bu)(bu)銹鋼(gang)呈現(xian)出(chu)最(zui)強(qiang)的(de)(de)耐(nai)(nai)點腐(fu)蝕(shi)(shi)(shi)(shi)(shi)能力。可以(yi)根(gen)據(ju)(ju)這類圖斷定,在(zai)(zai)奧(ao)氏體(ti)不(bu)(bu)銹鋼(gang)或鐵素(su)體(ti)不(bu)(bu)銹鋼(gang)中(zhong)分別有(you)鐵素(su)體(ti)相(xiang)或奧(ao)氏體(ti)相(xiang)析出(chu)的(de)(de)情況下,不(bu)(bu)管哪(na)一(yi)(yi)相(xiang)都(dou)容(rong)易發生(sheng)點腐(fu)蝕(shi)(shi)(shi)(shi)(shi)。