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、氮元素的(de)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)(dan)可以改善耐(nai)點腐蝕性(xing)(xing)這(zhe)一點,已經在(zai)奧(ao)(ao)氏(shi)(shi)體(ti)不銹(xiu)鋼中得到證(zheng)實(shi),Streicherl 認為氮(dan)(dan)的(de)耐(nai)點腐蝕性(xing)(xing)效果是(shi)奧(ao)(ao)氏(shi)(shi)體(ti)相穩定化的(de)原因。此后(hou)的(de)研究證(zheng)實(shi)了(le)氮(dan)(dan)能提高奧(ao)(ao)氏(shi)(shi)體(ti)鐵素(su)體(ti)(雙相)不銹(xiu)鋼的(de)耐(nai)點腐蝕性(xing)(xing),并(bing)且明(ming)確了(le)氮(dan)(dan)與(yu)奧(ao)(ao)氏(shi)(shi)體(ti)的(de)穩定度沒有直接關系。
但(dan)是,岡田等(1972年(nian))證實了在鐵(tie)素體(α)單相(xiang)(xiang)(xiang)25Cr-3Mo鋼中添(tian)加鎳后(hou),奧氏體相(xiang)(xiang)(xiang)出(chu)現,從而(er)變(bian)成a+γ的(de)雙(shuang)相(xiang)(xiang)(xiang)不銹鋼,這(zhe)樣耐(nai)(nai)點腐蝕(shi)能力就會降(jiang)低,但(dan)繼續增(zeng)加鎳的(de)含量后(hou),其(qi)耐(nai)(nai)點腐蝕(shi)性重新得到改善。然后(hou)再通過熱處理后(hou),γ相(xiang)(xiang)(xiang)從α相(xiang)(xiang)(xiang)中析出(chu),耐(nai)(nai)點腐蝕(shi)性仍舊降(jiang)低,這(zhe)是因為(wei)γ相(xiang)(xiang)(xiang)中的(de)Cr、Mo含量減少的(de)緣(yuan)故(gu)。該研究結果表明,在不含氮元素的(de)情(qing)況下,雙(shuang)相(xiang)(xiang)(xiang)不銹鋼比(bi)單相(xiang)(xiang)(xiang)不銹鋼的(de)耐(nai)(nai)點腐蝕(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(ci)外,小林(lin)等(deng)(1980年)針對(dui)22~25 Cr-4~8.5 Ni-1.5 Cu-0.8 Cu構成的(de)(de)雙相(xiang)(xiang)鋼(gang),分析(xi)(xi)了C(0.001%~0.05%)、N(0.01%~0.2%)及Ti、REM(Rare Earth Metal)、B等(deng)元素對(dui)經(jing)過(guo)退(tui)火(huo)或高溫(wen)加(jia)熱(re)后(hou)(hou)的(de)(de)點(dian)(dian)腐蝕(shi)電(dian)位(wei)的(de)(de)影(ying)響,發(fa)現(xian)碳不(bu)(bu)影(ying)響耐(nai)點(dian)(dian)腐蝕(shi)性(xing)(xing),氮(dan)使耐(nai)點(dian)(dian)腐蝕(shi)性(xing)(xing)升高(如圖8.9所(suo)示(shi))。而且該圖顯示(shi)在含有4%的(de)(de)鎳(nie)時,即使不(bu)(bu)特地(di)添加(jia)氮(dan)元素也具(ju)有良好的(de)(de)耐(nai)點(dian)(dian)腐蝕(shi)性(xing)(xing),這是(shi)(shi)因(yin)為(wei)是(shi)(shi)鐵素體單相(xiang)(xiang)的(de)(de)緣故。另外,越(yue)是(shi)(shi)鎳(nie)含量多的(de)(de)鋼(gang)材,氮(dan)含量為(wei)0.02%~0.06%時的(de)(de)點(dian)(dian)腐蝕(shi)電(dian)位(wei)越(yue)低,這是(shi)(shi)鎳(nie)含量引起相(xiang)(xiang)比例發(fa)生變化的(de)(de)結果。小林(lin)等(deng)人(ren)進一步得出,在含氮(dan)鋼(gang)中添加(jia)0.1%以上的(de)(de)鈦后(hou)(hou),高溫(wen)加(jia)熱(re)鋼(gang)材的(de)(de)耐(nai)點(dian)(dian)腐蝕(shi)能力提高,REM沒(mei)有產生影(ying)響;另外添加(jia)0.01%左(zuo)右的(de)(de)硼(peng)后(hou)(hou),可以通過(guo)抑(yi)制α相(xiang)(xiang)的(de)(de)析(xi)(xi)出來提高耐(nai)點(dian)(dian)腐蝕(shi)性(xing)(xing)。
金子等人(1985年)研究了Ni(0.7%~17%)和(he)N(0.03%~0.2%)對(dui)23 Cr-2 Mo鋼(gang)在(zai)50℃、3.5%NaCl中的(de)(de)點(dian)腐(fu)(fu)(fu)蝕(shi)(shi)(shi)電位(wei)(wei)、縫隙腐(fu)(fu)(fu)蝕(shi)(shi)(shi)電位(wei)(wei)及再鈍化(hua)(hua)電位(wei)(wei)所造成的(de)(de)影響,得出(chu)的(de)(de)結(jie)論認為(wei)(wei):在(zai)氮(dan)含量低(0.03%以下)的(de)(de)情況下,點(dian)腐(fu)(fu)(fu)蝕(shi)(shi)(shi)電位(wei)(wei)隨著鎳(nie)含量發生變(bian)化(hua)(hua),在(zai)變(bian)為(wei)(wei)雙(shuang)相鋼(gang)時,點(dian)腐(fu)(fu)(fu)蝕(shi)(shi)(shi)電位(wei)(wei)最低,這一(yi)(yi)結(jie)果(guo)與(yu)前述岡(gang)田(tian)等人的(de)(de)結(jie)果(guo)一(yi)(yi)致。此(ci)外,金子等人還證(zheng)(zheng)明,氮(dan)的(de)(de)添(tian)加使(shi)點(dian)腐(fu)(fu)(fu)蝕(shi)(shi)(shi)電位(wei)(wei)升高,經過高溫(wen)加熱處理后(hou)的(de)(de)不銹(xiu)鋼(gang)點(dian)腐(fu)(fu)(fu)蝕(shi)(shi)(shi)電位(wei)(wei)下降,鎳(nie)含量較低的(de)(de)不銹(xiu)鋼(gang)的(de)(de)變(bian)化(hua)(hua)更明顯。而且還證(zheng)(zheng)實(shi)了縫隙腐(fu)(fu)(fu)蝕(shi)(shi)(shi)電位(wei)(wei)、點(dian)腐(fu)(fu)(fu)蝕(shi)(shi)(shi)電位(wei)(wei)及縫隙再鈍化(hua)(hua)電位(wei)(wei)受Ni、N含量的(de)(de)影響不大(da)。
三浦等人(ren)(1986年(nian))通過6%FeCl3 水溶(rong)液中(zhong)的臨界點(dian)腐(fu)蝕(shi)溫(wen)(wen)度(du),評價(jia)了鎳及氮(dan)含(han)量(liang)發生(sheng)改(gai)變(bian)的22 Cr-3 Mo鋼的母(mu)材和焊接金(jin)屬(shu)的耐點(dian)腐(fu)蝕(shi)性,結果顯(xian)示(shi)氮(dan)元(yuan)素使臨界點(dian)腐(fu)蝕(shi)溫(wen)(wen)度(du)上升(sheng);鎳含(han)量(liang)增加后(hou),母(mu)材的臨界點(dian)腐(fu)蝕(shi)溫(wen)(wen)度(du)降低,而焊接材料的臨界點(dian)腐(fu)蝕(shi)溫(wen)(wen)度(du)升(sheng)高,在(zai)(zai)鎳含(han)量(liang)達到(dao)6%以(yi)上時,此溫(wen)(wen)度(du)大致(zhi)保(bao)持在(zai)(zai)一定(ding)水平。特(te)別(bie)是在(zai)(zai)焊接金(jin)屬(shu)方面,Ni、N含(han)量(liang)減少后(hou),冷卻(que)過程中(zhong)γ的析(xi)出得(de)到(dao)抑(yi)制,碳或氮(dan)不(bu)能在(zai)(zai)γ中(zhong)完全固溶(rong),導致(zhi)析(xi)出物的生(sheng)成顯(xian)著,因此耐點(dian)腐(fu)蝕(shi)能力降低。
另外,岡山等(deng)(1987年(nian))分(fen)析了合(he)金元素對在25℃、12%NaCl溶液中得出的(de)雙(shuang)相不銹鋼(12種)脫鈍化(hua)pH(pH4)值的(de)影響(xiang)(xiang),并把這一(yi)結(jie)果用下式(shi)表示出來,其中合(he)金元素表示為mass%.該(gai)式(shi)沒有表明鉻(ge)和氮的(de)影響(xiang)(xiang)。
pHd=-3.28 log Ni-0.13Mo-10.4P+2.95
2. 氮(dan)添加鋼中相比(bi)例的(de)影響
在研究相(xiang)(xiang)(xiang)(xiang)(xiang)比例對雙相(xiang)(xiang)(xiang)(xiang)(xiang)不(bu)銹(xiu)鋼(gang)耐(nai)點(dian)腐(fu)(fu)蝕(shi)性(xing)(xing)的(de)影響時,通過(guo)改(gai)變對耐(nai)點(dian)腐(fu)(fu)蝕(shi)性(xing)(xing)影響小的(de)氮(dan)含(han)量,或改(gai)變加熱溫度來(lai)改(gai)變相(xiang)(xiang)(xiang)(xiang)(xiang)比例。正如前面所(suo)(suo)講到的(de)岡田(tian)等(deng)人的(de)研究結(jie)果(guo),在沒(mei)有特(te)別添加氮(dan)的(de)雙相(xiang)(xiang)(xiang)(xiang)(xiang)不(bu)銹(xiu)鋼(gang)中,γ相(xiang)(xiang)(xiang)(xiang)(xiang)從α相(xiang)(xiang)(xiang)(xiang)(xiang)中析出后,γ相(xiang)(xiang)(xiang)(xiang)(xiang)中所(suo)(suo)含(han)的(de)Cr、Mo量比α相(xiang)(xiang)(xiang)(xiang)(xiang)少,所(suo)(suo)以耐(nai)點(dian)腐(fu)(fu)蝕(shi)能力下(xia)降,但在添加了氮(dan)元素(su)的(de)雙相(xiang)(xiang)(xiang)(xiang)(xiang)不(bu)銹(xiu)鋼(gang)中,當相(xiang)(xiang)(xiang)(xiang)(xiang)比例達到某一(yi)程度時,耐(nai)點(dian)腐(fu)(fu)蝕(shi)性(xing)(xing)升至最高。
長(chang)田等(deng)(1981年(nian))(1984年(nian))在(zai)以(yi)23Cr-1.5Mo及25Cr-1.5~3.5Mo為(wei)主要成(cheng)分(fen)的(de)(de)不銹鋼(gang)中(zhong)添加了0.1%N,然后通(tong)過改(gai)變(bian)其中(zhong)的(de)(de)鎳(nie)含量來改(gai)變(bian)相(xiang)(xiang)比例(li)(li),使(shi)其構(gou)成(cheng)各種雙(shuang)相(xiang)(xiang)鋼(gang),然后對這些雙(shuang)相(xiang)(xiang)鋼(gang)進行了點腐(fu)蝕(shi)電位測定和氯化鐵(tie)(tie)浸泡試(shi)(shi)(shi)驗(yan)。該(gai)試(shi)(shi)(shi)驗(yan)結果(guo)如圖8.10所示(shi),即使(shi)Cr、Mo含量相(xiang)(xiang)同,當γ量達到一定范圍(30%~40%)時,耐(nai)點腐(fu)蝕(shi)能力(li)達到最高(gao)水平。另外(wai),酒井等(deng)人(ren)(1983年(nian))對由鎳(nie)含量發生改(gai)變(bian)的(de)(de)25Cr和22Cr-3Mo-0.15N-xNi組成(cheng)的(de)(de)雙(shuang)相(xiang)(xiang)不銹鋼(gang),進行了氯化鐵(tie)(tie)浸泡試(shi)(shi)(shi)驗(yan)來測定其耐(nai)點腐(fu)蝕(shi)性(xing)(xing),結果(guo)顯(xian)示(shi)γ量在(zai)50%左右時,耐(nai)點腐(fu)蝕(shi)性(xing)(xing)最好(hao)。另一方面,藤原(yuan)等(deng)(1987年(nian))把SUS329J3L 和相(xiang)(xiang)當于329J4L的(de)(de)鋼(gang)材進行高(gao)溫處(chu)理,以(yi)改(gai)變(bian)相(xiang)(xiang)比例(li)(li),然后通(tong)過氯化鐵(tie)(tie)浸泡試(shi)(shi)(shi)驗(yan)來檢測耐(nai)點腐(fu)蝕(shi)性(xing)(xing)。該(gai)試(shi)(shi)(shi)驗(yan)結果(guo)同樣顯(xian)示(shi)在(zai)γ相(xiang)(xiang)達到某一比例(li)(li)時,耐(nai)點腐(fu)蝕(shi)性(xing)(xing)為(wei)最高(gao)。
如上所(suo)(suo)述,相(xiang)(xiang)(xiang)比例(li)達到某一程度時,耐(nai)(nai)點(dian)(dian)(dian)腐(fu)(fu)(fu)蝕(shi)(shi)(shi)性(xing)達到最(zui)高水平。根本等(deng)人(1987年)證實了,這(zhe)一相(xiang)(xiang)(xiang)比例(li)的(de)(de)(de)出(chu)現是由改善耐(nai)(nai)點(dian)(dian)(dian)腐(fu)(fu)(fu)蝕(shi)(shi)(shi)性(xing)的(de)(de)(de)元(yuan)(yuan)素(su)(su)Cr、Mo、N在(zai)(zai)各相(xiang)(xiang)(xiang)中(zhong)的(de)(de)(de)構成(cheng)(cheng)不(bu)同而引(yin)起的(de)(de)(de)。圖(tu)8.11模式化地表明了相(xiang)(xiang)(xiang)比例(li)對雙相(xiang)(xiang)(xiang)不(bu)銹(xiu)鋼耐(nai)(nai)點(dian)(dian)(dian)腐(fu)(fu)(fu)蝕(shi)(shi)(shi)性(xing)的(de)(de)(de)影響,其(qi)中(zhong)豎軸(zhou)表示根據(ju)Cr、Mo、N在(zai)(zai)各相(xiang)(xiang)(xiang)中(zhong)的(de)(de)(de)含量所(suo)(suo)得出(chu)的(de)(de)(de)耐(nai)(nai)點(dian)(dian)(dian)腐(fu)(fu)(fu)蝕(shi)(shi)(shi)性(xing)指(zhi)數(shu),而Cr、Mo、N均為(wei)能(neng)顯著提高耐(nai)(nai)點(dian)(dian)(dian)腐(fu)(fu)(fu)蝕(shi)(shi)(shi)性(xing)的(de)(de)(de)元(yuan)(yuan)素(su)(su)。當鐵(tie)(tie)素(su)(su)體(ti)(ti)單(dan)相(xiang)(xiang)(xiang)的(de)(de)(de)耐(nai)(nai)點(dian)(dian)(dian)腐(fu)(fu)(fu)蝕(shi)(shi)(shi)指(zhi)數(shu)為(wei)a時,添加(jia)對耐(nai)(nai)點(dian)(dian)(dian)腐(fu)(fu)(fu)蝕(shi)(shi)(shi)性(xing)影響較小的(de)(de)(de)鎳(nie)元(yuan)(yuan)素(su)(su)使之成(cheng)(cheng)為(wei)由雙相(xiang)(xiang)(xiang)構成(cheng)(cheng),這(zhe)樣鐵(tie)(tie)素(su)(su)體(ti)(ti)的(de)(de)(de)生(sheng)成(cheng)(cheng)元(yuan)(yuan)素(su)(su)Cr、Mo就(jiu)固(gu)溶在(zai)(zai)鐵(tie)(tie)素(su)(su)體(ti)(ti)相(xiang)(xiang)(xiang)中(zhong),因(yin)此該相(xiang)(xiang)(xiang)的(de)(de)(de)耐(nai)(nai)點(dian)(dian)(dian)腐(fu)(fu)(fu)蝕(shi)(shi)(shi)性(xing)升高;而在(zai)(zai)奧(ao)氏體(ti)(ti)相(xiang)(xiang)(xiang)方面(mian),雖(sui)然Cr、Mo含量有(you)所(suo)(suo)減少,但奧(ao)氏體(ti)(ti)的(de)(de)(de)生(sheng)成(cheng)(cheng)元(yuan)(yuan)素(su)(su)氮固(gu)溶在(zai)(zai)奧(ao)氏體(ti)(ti)相(xiang)(xiang)(xiang)中(zhong),因(yin)此仍然表現出(chu)良好的(de)(de)(de)耐(nai)(nai)點(dian)(dian)(dian)腐(fu)(fu)(fu)蝕(shi)(shi)(shi)能(neng)力(li)。當相(xiang)(xiang)(xiang)比例(li)達到沒(mei)有(you)析出(chu)物(wu)質、兩相(xiang)(xiang)(xiang)的(de)(de)(de)耐(nai)(nai)點(dian)(dian)(dian)腐(fu)(fu)(fu)蝕(shi)(shi)(shi)性(xing)一致(圖(tu)中(zhong)的(de)(de)(de)箭頭位置)時,這(zhe)種雙相(xiang)(xiang)(xiang)不(bu)銹(xiu)鋼呈現出(chu)最(zui)強的(de)(de)(de)耐(nai)(nai)點(dian)(dian)(dian)腐(fu)(fu)(fu)蝕(shi)(shi)(shi)能(neng)力(li)。可以根據(ju)這(zhe)類圖(tu)斷定,在(zai)(zai)奧(ao)氏體(ti)(ti)不(bu)銹(xiu)鋼或鐵(tie)(tie)素(su)(su)體(ti)(ti)不(bu)銹(xiu)鋼中(zhong)分別有(you)鐵(tie)(tie)素(su)(su)體(ti)(ti)相(xiang)(xiang)(xiang)或奧(ao)氏體(ti)(ti)相(xiang)(xiang)(xiang)析出(chu)的(de)(de)(de)情況(kuang)下,不(bu)管哪一相(xiang)(xiang)(xiang)都容易發生(sheng)點(dian)(dian)(dian)腐(fu)(fu)(fu)蝕(shi)(shi)(shi)。