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(zai)強氧(yang)化性(xing)(xing)酸和一些還原性(xing)(xing)介質中(zhong)(zhong),只靠(kao)鉻的(de)(de)鈍化作用尚(shang)不足以維持(chi)其耐蝕性(xing)(xing),還需要(yao)添加(jia)抑制陽(yang)極溶(rong)解的(de)(de)元素,如鎳、鉬、硅等,尤其是鉬。在(zai)中(zhong)(zhong)性(xing)(xing)氯化物(wu)的(de)(de)溶(rong)液中(zhong)(zhong),鉻與(yu)鉬的(de)(de)配合(he)能顯著提高鋼(gang)的(de)(de)耐點(dian)蝕性(xing)(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。在新一代超級雙相不銹鋼中含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(nie)在雙(shuang)相(xiang)不(bu)銹鋼中(zhong)(zhong)的主要作用是控(kong)制好組(zu)織,選(xuan)擇適當的鎳(nie)含(han)(han)(han)量,使α和(he)γ相(xiang)各占50%左右(you)。鎳(nie)含(han)(han)(han)量高于最佳值(zhi)(zhi),y相(xiang)含(han)(han)(han)量大于50%,α相(xiang)中(zhong)(zhong)顯著富鉻,易在700~950℃轉變(bian)成(cheng)(cheng)。相(xiang)等,鋼的塑(su)韌性(xing)下降;如果(guo)鎳(nie)含(han)(han)(han)量低于最佳值(zhi)(zhi),α相(xiang)含(han)(han)(han)量高,也會得到低的韌性(xing),固態(tai)結晶(jing)時(shi)δ相(xiang)立即(ji)形(xing)成(cheng)(cheng),對鋼的焊接性(xing)不(bu)利。
氮(dan)在(zai)雙相(xiang)不銹鋼中的(de)作(zuo)(zuo)用(yong)日(ri)益受到重視,在(zai)新一(yi)代超級(ji)雙相(xiang)不銹鋼中都(dou)(dou)加入氮(dan)作(zuo)(zuo)為合金元素。許多學者都(dou)(dou)致力于(yu)研究氮(dan)的(de)作(zuo)(zuo)用(yong)機制,并提出(chu)了一(yi)些(xie)通過氮(dan)合金化而改善耐點蝕性(xing)能的(de)機理,主要(yao)有氨形成理論(lun)、表面富集理論(lun)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)(fu)集理論(lun)認(ren)為(wei),氮(dan)會在長時間的(de)鈍(dun)化期間內,于鈍(dun)化膜(mo)下(xia)大量富(fu)(fu)集,這種富(fu)(fu)集能阻止(zhi)或者降(jiang)低鈍(dun)化膜(mo)破(po)損后基底層的(de)溶解速率。這些富(fu)(fu)集的(de)氮(dan)能與(yu)鉬或鉻發生化學(xue)相互作(zuo)用,防止(zhi)表面(mian)形成高密(mi)度(du)電流,避免發生點蝕。
氮(dan)(dan)對雙相(xiang)(xiang)不(bu)銹鋼耐(nai)點(dian)蝕的(de)影響與其影響合金元素在(zai)兩(liang)相(xiang)(xiang)之間的(de)分(fen)配有關,氮(dan)(dan)可(ke)使鉻、鉬元素從鐵素體(ti)(ti)相(xiang)(xiang)向奧(ao)氏體(ti)(ti)中(zhong)轉移(yi),鋼中(zhong)的(de)氮(dan)(dan)含量越高(gao),兩(liang)相(xiang)(xiang)中(zhong)合金元素之差越小。同時氮(dan)(dan)在(zai)奧(ao)氏體(ti)(ti)中(zhong)的(de)溶解度遠(yuan)高(gao)于(yu)在(zai)鐵素體(ti)(ti)中(zhong),上述原因使奧(ao)氏體(ti)(ti)相(xiang)(xiang)的(de)點(dian)蝕電位(wei)提(ti)(ti)高(gao),從而提(ti)(ti)高(gao)了(le)整體(ti)(ti)點(dian)蝕電位(wei)。
錳對雙相不(bu)銹鋼的耐點蝕(shi)性(xing)能不(bu)利,這是由于(yu)錳主要與硫(liu)結合,形成硫(liu)化(hua)錳,大多(duo)沿(yan)晶界分布,成為點蝕(shi)敏感點。
銅在雙(shuang)相不(bu)(bu)銹鋼(gang)(gang)中對點蝕的(de)影響尚有爭議。在雙(shuang)相不(bu)(bu)銹鋼(gang)(gang)鍛件中,銅加入量不(bu)(bu)超(chao)過2%,在鑄件中最(zui)高不(bu)(bu)超(chao)過3%,主要是從鋼(gang)(gang)的(de)熱塑性和可焊性方面來(lai)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。
碳對雙相不銹鋼的(de)耐點(dian)蝕性能是有害的(de),但隨鋼中氮含量的(de)增加,碳的(de)不利作用(yong)減弱。
綜(zong)上所(suo)述(shu),在氯化物環境中(zhong)影(ying)響點(dian)蝕(shi)的主要合(he)金(jin)元素是鉻、鉬和氮。研究者為便于(yu)描述(shu)合(he)金(jin)元素與耐點(dian)蝕(shi)性能之間的關(guan)系(xi),建(jian)立了數學(xue)關(guan)系(xi)式,提(ti)出了點(dian)蝕(shi)抗力當量(liang)值或稱(cheng)耐點(dian)蝕(shi)指數 PREN(pitting resistance equivalent number),其中(zhong)最常用(yong)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)化學(xue)溶解,溶解后反應即終止(zhi),對基體不會(hui)帶來影(ying)響(xiang)。還有(you)一類是以(yi)硫化物(wu)(wu)為外殼包圍著的(de)氧(yang)化物(wu)(wu),或(huo)在(zai)氧(yang)化物(wu)(wu)中分(fen)布有(you)極微(wei)(wei)小硫化物(wu)(wu)質點的(de)復(fu)合夾雜(za)物(wu)(wu)。這些氧(yang)化物(wu)(wu)主要(yao)是鋁、鈣(gai)、鎂的(de)復(fu)合氧(yang)化物(wu)(wu),硫化物(wu)(wu)主要(yao)是(Ca,Mn)S或(huo)(Fe,Mn)xS。這種復(fu)合夾雜(za)物(wu)(wu)在(zai)FeCl3溶液中浸泡很短時間就(jiu)會(hui)在(zai)夾雜(za)和基體間產生極窄(zhai)的(de)縫(feng)隙或(huo)微(wei)(wei)小孔洞,繼之腐蝕(shi)(shi)從縫(feng)隙處(chu)開(kai)始向基體金(jin)屬蔓(man)延,形成稍大的(de)蝕(shi)(shi)坑,并迅速擴(kuo)大,在(zai)金(jin)屬表面留下大小不等(deng)、肉眼可見的(de)蝕(shi)(shi)坑。為提高鋼的(de)點蝕(shi)(shi)性能,宜用硅鈣(gai)取代鋁以(yi)及降低鋼中硫、錳(meng)量都是有(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。

