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(xiu)鋼局部腐蝕的影響比較復雜。


1. 鉬(mu)、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。


圖 8.jpg


  氮(dan)可以改善耐點(dian)腐蝕(shi)性(xing)(xing)這一(yi)點(dian),已經在奧(ao)氏體(ti)不(bu)(bu)銹鋼中(zhong)得到證(zheng)(zheng)實(shi),Streicherl 認為氮(dan)的(de)耐點(dian)腐蝕(shi)性(xing)(xing)效果是奧(ao)氏體(ti)相穩定化的(de)原(yuan)因。此后的(de)研究(jiu)證(zheng)(zheng)實(shi)了(le)氮(dan)能(neng)提高奧(ao)氏體(ti)鐵素體(ti)(雙(shuang)相)不(bu)(bu)銹鋼的(de)耐點(dian)腐蝕(shi)性(xing)(xing),并且明(ming)確(que)了(le)氮(dan)與(yu)奧(ao)氏體(ti)的(de)穩定度沒有(you)直接(jie)關(guan)系。


  但(dan)(dan)是(shi),岡田等(1972年)證(zheng)實了在鐵素體(ti)(α)單(dan)(dan)相25Cr-3Mo鋼(gang)中添加鎳(nie)后,奧氏體(ti)相出現,從而(er)變成a+γ的(de)雙(shuang)相不(bu)(bu)銹鋼(gang),這樣耐(nai)(nai)點(dian)腐(fu)蝕(shi)能力(li)就會降低,但(dan)(dan)繼續增加鎳(nie)的(de)含量后,其耐(nai)(nai)點(dian)腐(fu)蝕(shi)性(xing)(xing)重新得(de)到(dao)改善。然后再通過(guo)熱處理(li)后,γ相從α相中析出,耐(nai)(nai)點(dian)腐(fu)蝕(shi)性(xing)(xing)仍(reng)舊降低,這是(shi)因為γ相中的(de)Cr、Mo含量減少(shao)的(de)緣故。該研究結果表(biao)明,在不(bu)(bu)含氮(dan)元素的(de)情況下,雙(shuang)相不(bu)(bu)銹鋼(gang)比單(dan)(dan)相不(bu)(bu)銹鋼(gang)的(de)耐(nai)(nai)點(dian)腐(fu)蝕(shi)性(xing)(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。


  此外(wai),小林等(deng)(1980年(nian))針(zhen)對(dui)22~25 Cr-4~8.5 Ni-1.5 Cu-0.8 Cu構成的(de)(de)(de)雙(shuang)相(xiang)鋼,分析了C(0.001%~0.05%)、N(0.01%~0.2%)及Ti、REM(Rare Earth Metal)、B等(deng)元素(su)對(dui)經過退火或高溫加(jia)熱后的(de)(de)(de)點腐蝕(shi)電(dian)位的(de)(de)(de)影(ying)響(xiang),發現碳不影(ying)響(xiang)耐點腐蝕(shi)性(xing),氮(dan)(dan)使耐點腐蝕(shi)性(xing)升高(如圖(tu)8.9所示(shi)(shi))。而且該(gai)圖(tu)顯示(shi)(shi)在(zai)含(han)有(you)4%的(de)(de)(de)鎳(nie)(nie)(nie)時(shi),即使不特地添加(jia)氮(dan)(dan)元素(su)也具(ju)有(you)良好的(de)(de)(de)耐點腐蝕(shi)性(xing),這(zhe)是因(yin)為是鐵素(su)體單(dan)相(xiang)的(de)(de)(de)緣故。另外(wai),越是鎳(nie)(nie)(nie)含(han)量(liang)(liang)多的(de)(de)(de)鋼材,氮(dan)(dan)含(han)量(liang)(liang)為0.02%~0.06%時(shi)的(de)(de)(de)點腐蝕(shi)電(dian)位越低,這(zhe)是鎳(nie)(nie)(nie)含(han)量(liang)(liang)引起相(xiang)比例發生(sheng)變化的(de)(de)(de)結果。小林等(deng)人進一(yi)步得(de)出(chu),在(zai)含(han)氮(dan)(dan)鋼中添加(jia)0.1%以(yi)(yi)上的(de)(de)(de)鈦(tai)后,高溫加(jia)熱鋼材的(de)(de)(de)耐點腐蝕(shi)能力提高,REM沒有(you)產生(sheng)影(ying)響(xiang);另外(wai)添加(jia)0.01%左右(you)的(de)(de)(de)硼后,可以(yi)(yi)通過抑(yi)制(zhi)α相(xiang)的(de)(de)(de)析出(chu)來提高耐點腐蝕(shi)性(xing)。


圖 9.jpg


金子等人(1985年)研究了Ni(0.7%~17%)和(he)N(0.03%~0.2%)對23 Cr-2 Mo鋼在50℃、3.5%NaCl中(zhong)的(de)(de)(de)點腐(fu)蝕(shi)(shi)(shi)電(dian)位(wei)、縫隙腐(fu)蝕(shi)(shi)(shi)電(dian)位(wei)及再鈍化(hua)電(dian)位(wei)所(suo)造成的(de)(de)(de)影響,得出的(de)(de)(de)結(jie)論認(ren)為(wei):在氮(dan)含量(liang)(liang)低(di)(0.03%以(yi)下)的(de)(de)(de)情況下,點腐(fu)蝕(shi)(shi)(shi)電(dian)位(wei)隨(sui)著鎳含量(liang)(liang)發生(sheng)變(bian)化(hua),在變(bian)為(wei)雙(shuang)相鋼時,點腐(fu)蝕(shi)(shi)(shi)電(dian)位(wei)最(zui)低(di),這一結(jie)果(guo)(guo)與前述岡田等人的(de)(de)(de)結(jie)果(guo)(guo)一致(zhi)。此外,金子等人還證明(ming),氮(dan)的(de)(de)(de)添加(jia)使點腐(fu)蝕(shi)(shi)(shi)電(dian)位(wei)升高(gao),經(jing)過(guo)高(gao)溫(wen)加(jia)熱(re)處理后的(de)(de)(de)不(bu)銹鋼點腐(fu)蝕(shi)(shi)(shi)電(dian)位(wei)下降,鎳含量(liang)(liang)較低(di)的(de)(de)(de)不(bu)銹鋼的(de)(de)(de)變(bian)化(hua)更明(ming)顯(xian)。而且還證實了縫隙腐(fu)蝕(shi)(shi)(shi)電(dian)位(wei)、點腐(fu)蝕(shi)(shi)(shi)電(dian)位(wei)及縫隙再鈍化(hua)電(dian)位(wei)受Ni、N含量(liang)(liang)的(de)(de)(de)影響不(bu)大。


三浦(pu)等人(1986年)通過(guo)6%FeCl3 水(shui)溶液中(zhong)的(de)(de)臨界(jie)點腐(fu)蝕溫(wen)度,評價(jia)了鎳(nie)及氮(dan)(dan)含(han)(han)(han)量(liang)發生(sheng)(sheng)改變(bian)的(de)(de)22 Cr-3 Mo鋼的(de)(de)母材(cai)(cai)(cai)和焊(han)接(jie)金(jin)屬的(de)(de)耐點腐(fu)蝕性,結果顯示氮(dan)(dan)元(yuan)素使臨界(jie)點腐(fu)蝕溫(wen)度上(shang)(shang)升(sheng);鎳(nie)含(han)(han)(han)量(liang)增(zeng)加后,母材(cai)(cai)(cai)的(de)(de)臨界(jie)點腐(fu)蝕溫(wen)度降(jiang)(jiang)低,而焊(han)接(jie)材(cai)(cai)(cai)料的(de)(de)臨界(jie)點腐(fu)蝕溫(wen)度升(sheng)高,在(zai)鎳(nie)含(han)(han)(han)量(liang)達到6%以上(shang)(shang)時,此(ci)溫(wen)度大致保持在(zai)一定水(shui)平。特(te)別是在(zai)焊(han)接(jie)金(jin)屬方面,Ni、N含(han)(han)(han)量(liang)減少后,冷卻過(guo)程中(zhong)γ的(de)(de)析出得到抑制(zhi),碳(tan)或氮(dan)(dan)不能在(zai)γ中(zhong)完全固溶,導致析出物的(de)(de)生(sheng)(sheng)成顯著,因此(ci)耐點腐(fu)蝕能力降(jiang)(jiang)低。


另外,岡山等(1987年)分析了合金元素對在(zai)25℃、12%NaCl溶(rong)液中得出(chu)(chu)的(de)雙(shuang)相不銹鋼(12種)脫鈍化pH(pH4)值的(de)影(ying)響,并(bing)把這一結果(guo)用下式表(biao)(biao)示出(chu)(chu)來,其(qi)中合金元素表(biao)(biao)示為mass%.該式沒有表(biao)(biao)明鉻(ge)和氮的(de)影(ying)響。


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



2. 氮添加鋼中相比例的影(ying)響


 在研究相比(bi)例(li)對雙(shuang)相不銹(xiu)鋼耐(nai)(nai)點(dian)腐(fu)蝕(shi)(shi)性的(de)(de)影(ying)響(xiang)時,通過改變對耐(nai)(nai)點(dian)腐(fu)蝕(shi)(shi)性影(ying)響(xiang)小的(de)(de)氮含(han)量,或(huo)改變加(jia)熱溫(wen)度(du)來改變相比(bi)例(li)。正如(ru)前面所(suo)(suo)講到(dao)的(de)(de)岡田等人的(de)(de)研究結果,在沒(mei)有特別(bie)添加(jia)氮的(de)(de)雙(shuang)相不銹(xiu)鋼中,γ相從(cong)α相中析(xi)出后(hou),γ相中所(suo)(suo)含(han)的(de)(de)Cr、Mo量比(bi)α相少,所(suo)(suo)以(yi)耐(nai)(nai)點(dian)腐(fu)蝕(shi)(shi)能力下降,但在添加(jia)了(le)氮元素(su)的(de)(de)雙(shuang)相不銹(xiu)鋼中,當相比(bi)例(li)達到(dao)某一程(cheng)度(du)時,耐(nai)(nai)點(dian)腐(fu)蝕(shi)(shi)性升至最(zui)高。


 長(chang)田(tian)等(deng)(deng)(1981年(nian))(1984年(nian))在以(yi)23Cr-1.5Mo及25Cr-1.5~3.5Mo為(wei)主要成分的(de)不(bu)銹(xiu)鋼(gang)中添加了0.1%N,然(ran)(ran)后(hou)通過改變(bian)其中的(de)鎳含量來改變(bian)相(xiang)(xiang)比例,使(shi)其構(gou)成各種雙(shuang)相(xiang)(xiang)鋼(gang),然(ran)(ran)后(hou)對這些雙(shuang)相(xiang)(xiang)鋼(gang)進行了點(dian)(dian)腐蝕(shi)電(dian)位測(ce)定(ding)和氯(lv)化鐵(tie)浸(jin)(jin)泡試驗(yan)。該試驗(yan)結果(guo)如圖(tu)8.10所示(shi)(shi),即(ji)使(shi)Cr、Mo含量相(xiang)(xiang)同,當γ量達到一定(ding)范(fan)圍(wei)(30%~40%)時(shi),耐點(dian)(dian)腐蝕(shi)能力達到最高水平(ping)。另外,酒井等(deng)(deng)人(1983年(nian))對由鎳含量發生(sheng)改變(bian)的(de)25Cr和22Cr-3Mo-0.15N-xNi組(zu)成的(de)雙(shuang)相(xiang)(xiang)不(bu)銹(xiu)鋼(gang),進行了氯(lv)化鐵(tie)浸(jin)(jin)泡試驗(yan)來測(ce)定(ding)其耐點(dian)(dian)腐蝕(shi)性(xing)(xing)(xing),結果(guo)顯示(shi)(shi)γ量在50%左右時(shi),耐點(dian)(dian)腐蝕(shi)性(xing)(xing)(xing)最好。另一方面,藤原等(deng)(deng)(1987年(nian))把SUS329J3L 和相(xiang)(xiang)當于(yu)329J4L的(de)鋼(gang)材進行高溫處(chu)理,以(yi)改變(bian)相(xiang)(xiang)比例,然(ran)(ran)后(hou)通過氯(lv)化鐵(tie)浸(jin)(jin)泡試驗(yan)來檢測(ce)耐點(dian)(dian)腐蝕(shi)性(xing)(xing)(xing)。該試驗(yan)結果(guo)同樣顯示(shi)(shi)在γ相(xiang)(xiang)達到某(mou)一比例時(shi),耐點(dian)(dian)腐蝕(shi)性(xing)(xing)(xing)為(wei)最高。


圖 10.jpg


 如上所(suo)述,相(xiang)(xiang)(xiang)(xiang)比例(li)達到某一(yi)(yi)(yi)程(cheng)度時,耐(nai)(nai)(nai)(nai)點(dian)(dian)腐(fu)(fu)蝕(shi)性(xing)(xing)達到最高(gao)水平。根本等人(1987年)證實了(le),這一(yi)(yi)(yi)相(xiang)(xiang)(xiang)(xiang)比例(li)的(de)出現是(shi)由改善耐(nai)(nai)(nai)(nai)點(dian)(dian)腐(fu)(fu)蝕(shi)性(xing)(xing)的(de)元(yuan)(yuan)素(su)(su)Cr、Mo、N在(zai)各相(xiang)(xiang)(xiang)(xiang)中(zhong)(zhong)的(de)構(gou)成不(bu)同而引起的(de)。圖(tu)(tu)8.11模(mo)式化(hua)地表(biao)明了(le)相(xiang)(xiang)(xiang)(xiang)比例(li)對雙相(xiang)(xiang)(xiang)(xiang)不(bu)銹(xiu)鋼耐(nai)(nai)(nai)(nai)點(dian)(dian)腐(fu)(fu)蝕(shi)性(xing)(xing)的(de)影(ying)響(xiang),其中(zhong)(zhong)豎軸表(biao)示根據Cr、Mo、N在(zai)各相(xiang)(xiang)(xiang)(xiang)中(zhong)(zhong)的(de)含量所(suo)得出的(de)耐(nai)(nai)(nai)(nai)點(dian)(dian)腐(fu)(fu)蝕(shi)性(xing)(xing)指(zhi)數,而Cr、Mo、N均為(wei)能顯(xian)著提(ti)高(gao)耐(nai)(nai)(nai)(nai)點(dian)(dian)腐(fu)(fu)蝕(shi)性(xing)(xing)的(de)元(yuan)(yuan)素(su)(su)。當(dang)鐵素(su)(su)體(ti)單相(xiang)(xiang)(xiang)(xiang)的(de)耐(nai)(nai)(nai)(nai)點(dian)(dian)腐(fu)(fu)蝕(shi)指(zhi)數為(wei)a時,添(tian)加對耐(nai)(nai)(nai)(nai)點(dian)(dian)腐(fu)(fu)蝕(shi)性(xing)(xing)影(ying)響(xiang)較小的(de)鎳(nie)元(yuan)(yuan)素(su)(su)使之成為(wei)由雙相(xiang)(xiang)(xiang)(xiang)構(gou)成,這樣鐵素(su)(su)體(ti)的(de)生(sheng)成元(yuan)(yuan)素(su)(su)Cr、Mo就固溶在(zai)鐵素(su)(su)體(ti)相(xiang)(xiang)(xiang)(xiang)中(zhong)(zhong),因此(ci)該相(xiang)(xiang)(xiang)(xiang)的(de)耐(nai)(nai)(nai)(nai)點(dian)(dian)腐(fu)(fu)蝕(shi)性(xing)(xing)升高(gao);而在(zai)奧(ao)氏體(ti)相(xiang)(xiang)(xiang)(xiang)方面,雖然(ran)Cr、Mo含量有(you)(you)所(suo)減少,但奧(ao)氏體(ti)的(de)生(sheng)成元(yuan)(yuan)素(su)(su)氮(dan)固溶在(zai)奧(ao)氏體(ti)相(xiang)(xiang)(xiang)(xiang)中(zhong)(zhong),因此(ci)仍然(ran)表(biao)現出良好(hao)的(de)耐(nai)(nai)(nai)(nai)點(dian)(dian)腐(fu)(fu)蝕(shi)能力(li)。當(dang)相(xiang)(xiang)(xiang)(xiang)比例(li)達到沒有(you)(you)析(xi)出物質、兩相(xiang)(xiang)(xiang)(xiang)的(de)耐(nai)(nai)(nai)(nai)點(dian)(dian)腐(fu)(fu)蝕(shi)性(xing)(xing)一(yi)(yi)(yi)致(zhi)(圖(tu)(tu)中(zhong)(zhong)的(de)箭(jian)頭(tou)位置(zhi))時,這種(zhong)雙相(xiang)(xiang)(xiang)(xiang)不(bu)銹(xiu)鋼呈(cheng)現出最強的(de)耐(nai)(nai)(nai)(nai)點(dian)(dian)腐(fu)(fu)蝕(shi)能力(li)。可以(yi)根據這類圖(tu)(tu)斷定,在(zai)奧(ao)氏體(ti)不(bu)銹(xiu)鋼或(huo)鐵素(su)(su)體(ti)不(bu)銹(xiu)鋼中(zhong)(zhong)分別有(you)(you)鐵素(su)(su)體(ti)相(xiang)(xiang)(xiang)(xiang)或(huo)奧(ao)氏體(ti)相(xiang)(xiang)(xiang)(xiang)析(xi)出的(de)情況下,不(bu)管哪一(yi)(yi)(yi)相(xiang)(xiang)(xiang)(xiang)都容易發生(sheng)點(dian)(dian)腐(fu)(fu)蝕(shi)。