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(bu)銹鋼局部腐蝕的影響比較復雜。


1. 鉬、鎳(nie)、氮(dan)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(shan)耐點(dian)腐(fu)蝕(shi)性這一點(dian),已(yi)經在奧(ao)氏體(ti)不(bu)銹鋼中(zhong)得到證實,Streicherl 認為氮(dan)(dan)的(de)耐點(dian)腐(fu)蝕(shi)性效果是(shi)奧(ao)氏體(ti)相穩(wen)定(ding)化的(de)原因。此后的(de)研(yan)究證實了氮(dan)(dan)能提高(gao)奧(ao)氏體(ti)鐵素體(ti)(雙相)不(bu)銹鋼的(de)耐點(dian)腐(fu)蝕(shi)性,并且明確了氮(dan)(dan)與奧(ao)氏體(ti)的(de)穩(wen)定(ding)度沒(mei)有直接關(guan)系(xi)。


  但(dan)是,岡田等(deng)(1972年(nian))證實(shi)了在(zai)鐵素體(α)單(dan)相25Cr-3Mo鋼中(zhong)添加(jia)鎳后,奧氏體相出(chu)現(xian),從而變成a+γ的(de)(de)雙(shuang)相不(bu)銹鋼,這樣耐點(dian)(dian)(dian)腐蝕能力就會降低(di),但(dan)繼續增加(jia)鎳的(de)(de)含量(liang)后,其(qi)耐點(dian)(dian)(dian)腐蝕性(xing)(xing)重新得到改善。然后再通過熱處理(li)后,γ相從α相中(zhong)析(xi)出(chu),耐點(dian)(dian)(dian)腐蝕性(xing)(xing)仍舊降低(di),這是因(yin)為γ相中(zhong)的(de)(de)Cr、Mo含量(liang)減少(shao)的(de)(de)緣(yuan)故。該研(yan)究(jiu)結(jie)果表明,在(zai)不(bu)含氮(dan)元素的(de)(de)情況下,雙(shuang)相不(bu)銹鋼比單(dan)相不(bu)銹鋼的(de)(de)耐點(dian)(dian)(dian)腐蝕性(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)針對22~25 Cr-4~8.5 Ni-1.5 Cu-0.8 Cu構成的(de)(de)(de)雙(shuang)相鋼(gang),分(fen)析(xi)了C(0.001%~0.05%)、N(0.01%~0.2%)及(ji)Ti、REM(Rare Earth Metal)、B等(deng)元(yuan)(yuan)素(su)對經過退火或高(gao)(gao)溫加熱(re)后的(de)(de)(de)點(dian)腐(fu)(fu)(fu)蝕電位的(de)(de)(de)影響(xiang)(xiang),發(fa)現(xian)碳不影響(xiang)(xiang)耐(nai)(nai)點(dian)腐(fu)(fu)(fu)蝕性(xing)(xing),氮使耐(nai)(nai)點(dian)腐(fu)(fu)(fu)蝕性(xing)(xing)升高(gao)(gao)(如(ru)圖(tu)8.9所示(shi))。而且該圖(tu)顯示(shi)在(zai)含(han)有(you)4%的(de)(de)(de)鎳(nie)時,即使不特地添加氮元(yuan)(yuan)素(su)也具有(you)良好的(de)(de)(de)耐(nai)(nai)點(dian)腐(fu)(fu)(fu)蝕性(xing)(xing),這是(shi)因(yin)為是(shi)鐵素(su)體(ti)單相的(de)(de)(de)緣故(gu)。另(ling)外(wai),越是(shi)鎳(nie)含(han)量多的(de)(de)(de)鋼(gang)材(cai),氮含(han)量為0.02%~0.06%時的(de)(de)(de)點(dian)腐(fu)(fu)(fu)蝕電位越低,這是(shi)鎳(nie)含(han)量引起(qi)相比例發(fa)生變化的(de)(de)(de)結果。小林等(deng)人進一步(bu)得出,在(zai)含(han)氮鋼(gang)中添加0.1%以上的(de)(de)(de)鈦后,高(gao)(gao)溫加熱(re)鋼(gang)材(cai)的(de)(de)(de)耐(nai)(nai)點(dian)腐(fu)(fu)(fu)蝕能力提高(gao)(gao),REM沒有(you)產生影響(xiang)(xiang);另(ling)外(wai)添加0.01%左右(you)的(de)(de)(de)硼后,可(ke)以通過抑制α相的(de)(de)(de)析(xi)出來(lai)提高(gao)(gao)耐(nai)(nai)點(dian)腐(fu)(fu)(fu)蝕性(xing)(xing)。


圖 9.jpg


金子等人(ren)(1985年)研究了Ni(0.7%~17%)和N(0.03%~0.2%)對23 Cr-2 Mo鋼(gang)在50℃、3.5%NaCl中(zhong)的(de)點(dian)(dian)腐(fu)蝕(shi)(shi)電(dian)(dian)(dian)(dian)位(wei)(wei)、縫(feng)隙(xi)腐(fu)蝕(shi)(shi)電(dian)(dian)(dian)(dian)位(wei)(wei)及(ji)再鈍化(hua)電(dian)(dian)(dian)(dian)位(wei)(wei)所造(zao)成的(de)影響,得(de)出的(de)結(jie)(jie)論認為:在氮含(han)(han)量低(di)(di)(0.03%以下(xia))的(de)情況下(xia),點(dian)(dian)腐(fu)蝕(shi)(shi)電(dian)(dian)(dian)(dian)位(wei)(wei)隨著鎳(nie)含(han)(han)量發(fa)生變(bian)化(hua),在變(bian)為雙相鋼(gang)時,點(dian)(dian)腐(fu)蝕(shi)(shi)電(dian)(dian)(dian)(dian)位(wei)(wei)最低(di)(di),這(zhe)一結(jie)(jie)果與前述岡田等人(ren)的(de)結(jie)(jie)果一致。此外,金子等人(ren)還(huan)證(zheng)明,氮的(de)添加使(shi)點(dian)(dian)腐(fu)蝕(shi)(shi)電(dian)(dian)(dian)(dian)位(wei)(wei)升高,經(jing)過高溫加熱處理后(hou)的(de)不銹鋼(gang)點(dian)(dian)腐(fu)蝕(shi)(shi)電(dian)(dian)(dian)(dian)位(wei)(wei)下(xia)降,鎳(nie)含(han)(han)量較低(di)(di)的(de)不銹鋼(gang)的(de)變(bian)化(hua)更(geng)明顯。而(er)且(qie)還(huan)證(zheng)實了縫(feng)隙(xi)腐(fu)蝕(shi)(shi)電(dian)(dian)(dian)(dian)位(wei)(wei)、點(dian)(dian)腐(fu)蝕(shi)(shi)電(dian)(dian)(dian)(dian)位(wei)(wei)及(ji)縫(feng)隙(xi)再鈍化(hua)電(dian)(dian)(dian)(dian)位(wei)(wei)受Ni、N含(han)(han)量的(de)影響不大。


三(san)浦等人(1986年)通過6%FeCl3 水溶液中(zhong)的(de)(de)臨界點(dian)(dian)腐(fu)(fu)蝕溫度(du),評價(jia)了鎳(nie)及(ji)氮(dan)含量(liang)發生改(gai)變的(de)(de)22 Cr-3 Mo鋼(gang)的(de)(de)母(mu)材(cai)和(he)焊(han)(han)接金屬的(de)(de)耐點(dian)(dian)腐(fu)(fu)蝕性,結果顯示氮(dan)元素使臨界點(dian)(dian)腐(fu)(fu)蝕溫度(du)上升;鎳(nie)含量(liang)增加后(hou)(hou),母(mu)材(cai)的(de)(de)臨界點(dian)(dian)腐(fu)(fu)蝕溫度(du)降低,而焊(han)(han)接材(cai)料的(de)(de)臨界點(dian)(dian)腐(fu)(fu)蝕溫度(du)升高,在(zai)鎳(nie)含量(liang)達到6%以上時,此(ci)溫度(du)大致保持在(zai)一定(ding)水平。特別是在(zai)焊(han)(han)接金屬方面,Ni、N含量(liang)減少后(hou)(hou),冷卻過程中(zhong)γ的(de)(de)析(xi)(xi)出得到抑制,碳或氮(dan)不能在(zai)γ中(zhong)完全固溶,導致析(xi)(xi)出物的(de)(de)生成顯著,因此(ci)耐點(dian)(dian)腐(fu)(fu)蝕能力降低。


另外,岡山(shan)等(1987年)分析(xi)了(le)合(he)金元素對在25℃、12%NaCl溶液(ye)中(zhong)得出(chu)的(de)雙相不銹鋼(12種)脫鈍化pH(pH4)值的(de)影響(xiang),并(bing)把這一(yi)結(jie)果用下式(shi)表示出(chu)來,其中(zhong)合(he)金元素表示為mass%.該式(shi)沒有(you)表明(ming)鉻和氮的(de)影響(xiang)。


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



2. 氮添加鋼中相比例的影響


 在研究相(xiang)(xiang)比例對雙(shuang)相(xiang)(xiang)不銹(xiu)(xiu)鋼耐(nai)點(dian)(dian)腐(fu)蝕性(xing)(xing)的(de)影響時,通(tong)過改(gai)變對耐(nai)點(dian)(dian)腐(fu)蝕性(xing)(xing)影響小的(de)氮含量,或改(gai)變加(jia)熱溫度來改(gai)變相(xiang)(xiang)比例。正(zheng)如前面(mian)所(suo)講到的(de)岡田等人的(de)研究結果(guo),在沒有(you)特別添(tian)加(jia)氮的(de)雙(shuang)相(xiang)(xiang)不銹(xiu)(xiu)鋼中,γ相(xiang)(xiang)從α相(xiang)(xiang)中析出(chu)后,γ相(xiang)(xiang)中所(suo)含的(de)Cr、Mo量比α相(xiang)(xiang)少,所(suo)以(yi)耐(nai)點(dian)(dian)腐(fu)蝕能(neng)力下(xia)降,但在添(tian)加(jia)了氮元素(su)的(de)雙(shuang)相(xiang)(xiang)不銹(xiu)(xiu)鋼中,當相(xiang)(xiang)比例達到某一程度時,耐(nai)點(dian)(dian)腐(fu)蝕性(xing)(xing)升至最高。


 長田等(1981年)(1984年)在以23Cr-1.5Mo及(ji)25Cr-1.5~3.5Mo為(wei)主要(yao)成(cheng)分的(de)不銹鋼中(zhong)添加了(le)(le)0.1%N,然(ran)(ran)后(hou)通過(guo)改(gai)變其(qi)(qi)中(zhong)的(de)鎳含(han)量(liang)來(lai)改(gai)變相(xiang)(xiang)比例(li),使其(qi)(qi)構成(cheng)各種雙相(xiang)(xiang)鋼,然(ran)(ran)后(hou)對(dui)這些(xie)雙相(xiang)(xiang)鋼進(jin)(jin)行(xing)了(le)(le)點腐(fu)蝕電位測(ce)(ce)定(ding)(ding)和氯(lv)(lv)化(hua)(hua)鐵(tie)浸(jin)(jin)泡(pao)(pao)試(shi)驗。該試(shi)驗結(jie)果(guo)如圖(tu)8.10所示,即(ji)使Cr、Mo含(han)量(liang)相(xiang)(xiang)同(tong),當γ量(liang)達(da)(da)到(dao)一定(ding)(ding)范圍(30%~40%)時(shi),耐(nai)(nai)點腐(fu)蝕能力達(da)(da)到(dao)最(zui)高(gao)水平。另外,酒井等人(ren)(1983年)對(dui)由鎳含(han)量(liang)發生(sheng)改(gai)變的(de)25Cr和22Cr-3Mo-0.15N-xNi組成(cheng)的(de)雙相(xiang)(xiang)不銹鋼,進(jin)(jin)行(xing)了(le)(le)氯(lv)(lv)化(hua)(hua)鐵(tie)浸(jin)(jin)泡(pao)(pao)試(shi)驗來(lai)測(ce)(ce)定(ding)(ding)其(qi)(qi)耐(nai)(nai)點腐(fu)蝕性(xing)(xing),結(jie)果(guo)顯示γ量(liang)在50%左(zuo)右時(shi),耐(nai)(nai)點腐(fu)蝕性(xing)(xing)最(zui)好。另一方面,藤原等(1987年)把SUS329J3L 和相(xiang)(xiang)當于329J4L的(de)鋼材進(jin)(jin)行(xing)高(gao)溫處理,以改(gai)變相(xiang)(xiang)比例(li),然(ran)(ran)后(hou)通過(guo)氯(lv)(lv)化(hua)(hua)鐵(tie)浸(jin)(jin)泡(pao)(pao)試(shi)驗來(lai)檢測(ce)(ce)耐(nai)(nai)點腐(fu)蝕性(xing)(xing)。該試(shi)驗結(jie)果(guo)同(tong)樣(yang)顯示在γ相(xiang)(xiang)達(da)(da)到(dao)某一比例(li)時(shi),耐(nai)(nai)點腐(fu)蝕性(xing)(xing)為(wei)最(zui)高(gao)。


圖 10.jpg


 如(ru)上所(suo)述,相(xiang)(xiang)(xiang)比(bi)(bi)例(li)達(da)(da)(da)到某一(yi)(yi)程度時(shi),耐(nai)(nai)(nai)(nai)點(dian)(dian)(dian)(dian)腐(fu)蝕(shi)(shi)(shi)性(xing)達(da)(da)(da)到最高水平。根(gen)本等人(1987年)證實(shi)了,這一(yi)(yi)相(xiang)(xiang)(xiang)比(bi)(bi)例(li)的(de)出(chu)(chu)現是由(you)改(gai)善耐(nai)(nai)(nai)(nai)點(dian)(dian)(dian)(dian)腐(fu)蝕(shi)(shi)(shi)性(xing)的(de)元素(su)(su)(su)(su)Cr、Mo、N在(zai)(zai)各相(xiang)(xiang)(xiang)中(zhong)的(de)構成不(bu)同而(er)引(yin)起(qi)的(de)。圖8.11模式化地表(biao)(biao)明了相(xiang)(xiang)(xiang)比(bi)(bi)例(li)對雙相(xiang)(xiang)(xiang)不(bu)銹(xiu)鋼(gang)耐(nai)(nai)(nai)(nai)點(dian)(dian)(dian)(dian)腐(fu)蝕(shi)(shi)(shi)性(xing)的(de)影響,其中(zhong)豎軸表(biao)(biao)示根(gen)據Cr、Mo、N在(zai)(zai)各相(xiang)(xiang)(xiang)中(zhong)的(de)含(han)量所(suo)得(de)出(chu)(chu)的(de)耐(nai)(nai)(nai)(nai)點(dian)(dian)(dian)(dian)腐(fu)蝕(shi)(shi)(shi)性(xing)指(zhi)數(shu),而(er)Cr、Mo、N均(jun)為(wei)能(neng)顯著(zhu)提(ti)高耐(nai)(nai)(nai)(nai)點(dian)(dian)(dian)(dian)腐(fu)蝕(shi)(shi)(shi)性(xing)的(de)元素(su)(su)(su)(su)。當鐵素(su)(su)(su)(su)體(ti)(ti)單相(xiang)(xiang)(xiang)的(de)耐(nai)(nai)(nai)(nai)點(dian)(dian)(dian)(dian)腐(fu)蝕(shi)(shi)(shi)指(zhi)數(shu)為(wei)a時(shi),添加對耐(nai)(nai)(nai)(nai)點(dian)(dian)(dian)(dian)腐(fu)蝕(shi)(shi)(shi)性(xing)影響較小的(de)鎳元素(su)(su)(su)(su)使之成為(wei)由(you)雙相(xiang)(xiang)(xiang)構成,這樣(yang)鐵素(su)(su)(su)(su)體(ti)(ti)的(de)生成元素(su)(su)(su)(su)Cr、Mo就(jiu)固(gu)溶在(zai)(zai)鐵素(su)(su)(su)(su)體(ti)(ti)相(xiang)(xiang)(xiang)中(zhong),因(yin)此該相(xiang)(xiang)(xiang)的(de)耐(nai)(nai)(nai)(nai)點(dian)(dian)(dian)(dian)腐(fu)蝕(shi)(shi)(shi)性(xing)升高;而(er)在(zai)(zai)奧(ao)氏(shi)(shi)體(ti)(ti)相(xiang)(xiang)(xiang)方面,雖然(ran)Cr、Mo含(han)量有所(suo)減(jian)少,但奧(ao)氏(shi)(shi)體(ti)(ti)的(de)生成元素(su)(su)(su)(su)氮固(gu)溶在(zai)(zai)奧(ao)氏(shi)(shi)體(ti)(ti)相(xiang)(xiang)(xiang)中(zhong),因(yin)此仍(reng)然(ran)表(biao)(biao)現出(chu)(chu)良好的(de)耐(nai)(nai)(nai)(nai)點(dian)(dian)(dian)(dian)腐(fu)蝕(shi)(shi)(shi)能(neng)力。當相(xiang)(xiang)(xiang)比(bi)(bi)例(li)達(da)(da)(da)到沒有析出(chu)(chu)物質、兩相(xiang)(xiang)(xiang)的(de)耐(nai)(nai)(nai)(nai)點(dian)(dian)(dian)(dian)腐(fu)蝕(shi)(shi)(shi)性(xing)一(yi)(yi)致(圖中(zhong)的(de)箭頭位置)時(shi),這種雙相(xiang)(xiang)(xiang)不(bu)銹(xiu)鋼(gang)呈現出(chu)(chu)最強的(de)耐(nai)(nai)(nai)(nai)點(dian)(dian)(dian)(dian)腐(fu)蝕(shi)(shi)(shi)能(neng)力。可以根(gen)據這類圖斷定,在(zai)(zai)奧(ao)氏(shi)(shi)體(ti)(ti)不(bu)銹(xiu)鋼(gang)或鐵素(su)(su)(su)(su)體(ti)(ti)不(bu)銹(xiu)鋼(gang)中(zhong)分別有鐵素(su)(su)(su)(su)體(ti)(ti)相(xiang)(xiang)(xiang)或奧(ao)氏(shi)(shi)體(ti)(ti)相(xiang)(xiang)(xiang)析出(chu)(chu)的(de)情況下,不(bu)管(guan)哪一(yi)(yi)相(xiang)(xiang)(xiang)都容易發生點(dian)(dian)(dian)(dian)腐(fu)蝕(shi)(shi)(shi)。