影響點蝕(shi)的因素有材料因素和環境因素,其中以合金元素的影響最為重要。
鉻是提高鋼的耐蝕性的主要元素,鉻含量增至25%時,點蝕電位明顯增高,點蝕速率明顯下降。但在含氮雙相不銹鋼中,鉻含量增至30%時,耐點蝕能力反而下降,這是由于較多的氮溶于奧氏體,提高了奧氏體的點蝕抗力,致使鐵素體相優先溶解。提高鉻含量還會加速α→σ+y2的分解,增加脆化傾向,因此雙相不銹鋼中的鉻含量一般控制在25%以下。
在強氧(yang)化(hua)性(xing)酸(suan)和一些還原(yuan)性(xing)介(jie)質中,只靠鉻的(de)鈍化(hua)作(zuo)用(yong)尚不足以(yi)維(wei)持其耐蝕(shi)性(xing),還需要添加抑制陽(yang)極(ji)溶解的(de)元素,如鎳、鉬(mu)、硅等(deng),尤其是鉬(mu)。在中性(xing)氯化(hua)物的(de)溶液中,鉻與鉬(mu)的(de)配(pei)合能顯著提高鋼的(de)耐點蝕(shi)性(xing)能。
鉬顯著提高雙相不銹鋼的耐點蝕性能。鉬富集在靠近基體的鈍化膜中,提高了鈍化膜的穩定性,但鉬促進一些脆性相σ、X等的析出,尤其當鋼中的鉬含量在3.5%以上時,影響更為嚴重。在新一代超級雙相(xiang)不(bu)銹鋼(gang)中含3%~4%Mo,但由于含有較高的氮及較好的相平衡,延緩了脆性相的析出。
鎳在雙(shuang)相(xiang)(xiang)不銹鋼中的(de)主要作用是控制好組(zu)織,選擇適當的(de)鎳含量(liang),使(shi)α和γ相(xiang)(xiang)各(ge)占50%左右。鎳含量(liang)高于最(zui)佳值(zhi),y相(xiang)(xiang)含量(liang)大(da)于50%,α相(xiang)(xiang)中顯著富(fu)鉻,易在700~950℃轉變成(cheng)(cheng)。相(xiang)(xiang)等,鋼的(de)塑(su)韌性下降;如(ru)果鎳含量(liang)低(di)于最(zui)佳值(zhi),α相(xiang)(xiang)含量(liang)高,也會得(de)到低(di)的(de)韌性,固態結(jie)晶時δ相(xiang)(xiang)立即形成(cheng)(cheng),對(dui)鋼的(de)焊接性不利。
氮在雙相不(bu)銹鋼(gang)中(zhong)(zhong)的(de)作用日益(yi)受(shou)到重視,在新一代超級雙相不(bu)銹鋼(gang)中(zhong)(zhong)都加入氮作為(wei)合金(jin)元素。許多(duo)學者都致力于(yu)研(yan)究(jiu)氮的(de)作用機制,并提出了(le)一些通過(guo)氮合金(jin)化而改善耐(nai)點(dian)蝕(shi)性能的(de)機理,主(zhu)要有(you)氨形(xing)成理論、表(biao)面(mian)富集理論等。
氨形成理論認為,從不銹鋼中分解的氮消耗小孔或縫隙溶液中的H+,形成NH+4,使初始小孔的pH升高,促進小孔再鈍化,并檢測到鈍化膜中存在NH+4或者NH3。也有學者認為,氮與鉬、鉻之間存在協同作用,如氮和鉬產生游離的NH和MoO2-4吸附在鈍化表面,NH+4的緩蝕有助于MoO2-4的穩定,并與靠近氧化物和金屬界面的鎳共同使雙相不銹鋼的鈍化膜保持均一性。
表面(mian)富(fu)集(ji)理論(lun)認為(wei),氮會(hui)在長時間的(de)鈍化期(qi)間內,于(yu)鈍化膜下大(da)量富(fu)集(ji),這種富(fu)集(ji)能(neng)阻止或者降低鈍化膜破損后基底(di)層的(de)溶解速(su)率。這些(xie)富(fu)集(ji)的(de)氮能(neng)與(yu)鉬或鉻發生化學相互作用(yong),防止表面(mian)形成(cheng)高密(mi)度電流,避免發生點蝕。
氮(dan)對雙相(xiang)不銹鋼耐點(dian)蝕的(de)影響與其影響合(he)金(jin)(jin)元(yuan)素(su)在(zai)兩(liang)相(xiang)之間的(de)分配有關,氮(dan)可使鉻、鉬元(yuan)素(su)從鐵素(su)體(ti)相(xiang)向奧氏體(ti)中(zhong)轉移,鋼中(zhong)的(de)氮(dan)含量越高(gao)(gao)(gao),兩(liang)相(xiang)中(zhong)合(he)金(jin)(jin)元(yuan)素(su)之差越小(xiao)。同時氮(dan)在(zai)奧氏體(ti)中(zhong)的(de)溶(rong)解度(du)遠(yuan)高(gao)(gao)(gao)于在(zai)鐵素(su)體(ti)中(zhong),上述原因使奧氏體(ti)相(xiang)的(de)點(dian)蝕電位提高(gao)(gao)(gao),從而(er)提高(gao)(gao)(gao)了整體(ti)點(dian)蝕電位。
錳(meng)對雙相不(bu)銹鋼的耐點(dian)蝕(shi)性能不(bu)利,這是由于(yu)錳(meng)主要與硫(liu)結合,形(xing)成(cheng)硫(liu)化錳(meng),大(da)多(duo)沿晶界分布,成(cheng)為點(dian)蝕(shi)敏感點(dian)。
銅在雙相不(bu)銹鋼(gang)中對點蝕的(de)影響(xiang)尚有爭議。在雙相不(bu)銹鋼(gang)鍛件中,銅加入量不(bu)超(chao)過2%,在鑄件中最高不(bu)超(chao)過3%,主要是(shi)從(cong)鋼(gang)的(de)熱塑性和可焊性方(fang)面來考慮的(de)。
研究者研究了銅在Ferralium 255中的作用,認為銅與溶液中的Cl-反應形成的CuCl2沉積在鈍化膜表面MnS夾雜處,防止了點蝕的形成。
碳對雙相不(bu)銹(xiu)鋼(gang)的耐點(dian)蝕性(xing)能是有害的,但隨鋼(gang)中氮含量的增(zeng)加,碳的不(bu)利作用減弱。
綜上所述(shu),在(zai)氯化物環境中影響點(dian)蝕(shi)(shi)的主(zhu)要合(he)金元素(su)是鉻、鉬和氮。研究者(zhe)為便于描述(shu)合(he)金元素(su)與(yu)耐(nai)點(dian)蝕(shi)(shi)性能(neng)之間(jian)的關(guan)系(xi),建立(li)了(le)數學(xue)關(guan)系(xi)式,提出了(le)點(dian)蝕(shi)(shi)抗力當量值或稱耐(nai)點(dian)蝕(shi)(shi)指數 PREN(pitting resistance equivalent number),其(qi)中最常用的關(guan)系(xi)式:
PREN16=C+3.3Mo+16N (9.12)
PREN30=Cr+3.3Mo+30N (9.13)
常使用16作為氮的系數,還建立了引入其他元素的數學關系式。這些關系式給出了一個快捷的評定點蝕抗力的方法,但是它只考慮鉻、鉬、氮的作用,而沒有考慮組織的不均一性和析出相的影響。有決定性的鉻、鉬、氮等元素在兩相之間的分配并不平衡,這些元素的貧化區必然是抗點蝕的最弱區,易優先遭到腐蝕。因此,應分別計算每一相的PREN,鋼的實際點蝕抗力取決于PREN低的相。通過選擇合適的固溶溫度,使兩相獲得相當的PREN,會使鋼具有最佳的耐點蝕性能。高氮的雙相不銹鋼通過適宜的固溶溫度可以使兩相的PREN相當。例如,022Cr25Ni7Mo4N(SAF 2507)超級雙相不銹鋼經1075℃固溶處理可取得兩相都相近的PREN,如表9.44所示。氮主要集中于奧氏體相中,改善了它的點蝕抗力,同時也提高了整體鋼的耐點蝕性能。
金屬間化合物中以。相對鋼的點蝕性能影響最大,少量析出的。相即可惡化鋼的耐點蝕性能。非金屬夾雜物的組成及其分布對點蝕也有重大影響。關于鋼中硫化物夾雜影響的研究指出,FeS、MnS等一類簡單硫化物,在FeCl3溶液中只是
自身的(de)(de)(de)化學溶解,溶解后反應即終止,對基體(ti)(ti)不會(hui)帶來影響。還有(you)(you)一類是(shi)(shi)以硫(liu)化物(wu)(wu)(wu)為外殼(ke)包圍著(zhu)的(de)(de)(de)氧(yang)化物(wu)(wu)(wu),或在(zai)氧(yang)化物(wu)(wu)(wu)中(zhong)分(fen)布(bu)有(you)(you)極(ji)微(wei)小(xiao)硫(liu)化物(wu)(wu)(wu)質點的(de)(de)(de)復(fu)合夾(jia)雜物(wu)(wu)(wu)。這(zhe)些(xie)氧(yang)化物(wu)(wu)(wu)主要(yao)是(shi)(shi)鋁(lv)、鈣(gai)、鎂的(de)(de)(de)復(fu)合氧(yang)化物(wu)(wu)(wu),硫(liu)化物(wu)(wu)(wu)主要(yao)是(shi)(shi)(Ca,Mn)S或(Fe,Mn)xS。這(zhe)種復(fu)合夾(jia)雜物(wu)(wu)(wu)在(zai)FeCl3溶液中(zhong)浸泡很短時間(jian)就會(hui)在(zai)夾(jia)雜和基體(ti)(ti)間(jian)產生極(ji)窄的(de)(de)(de)縫隙或微(wei)小(xiao)孔洞,繼之(zhi)腐蝕從(cong)縫隙處(chu)開始向(xiang)基體(ti)(ti)金屬(shu)蔓延(yan),形成稍(shao)大(da)的(de)(de)(de)蝕坑,并迅(xun)速擴大(da),在(zai)金屬(shu)表面(mian)留下大(da)小(xiao)不等、肉眼(yan)可(ke)見的(de)(de)(de)蝕坑。為提(ti)高鋼的(de)(de)(de)點蝕性能,宜用硅鈣(gai)取代鋁(lv)以及降(jiang)低鋼中(zhong)硫(liu)、錳量都是(shi)(shi)有(you)(you)效(xiao)辦法。
另外,在評價不銹鋼耐點蝕性能時,常采用測定其在特定溶液體系(如含侵蝕性Cl-)中的臨界點蝕溫度(critical pitting temperature,CPT)的方法。