正如之前所述,很久以前,人們就知道在奧氏體不銹鋼中添加鉬之后,耐點腐蝕能力會有所提高,這也適用于實際的鋼種。日本從1970年開始關注鉻對耐腐蝕性的影響,與此同時,也紛紛開始研究其他合金元素對耐蝕性的影響。伴隨著這些研究的開展,能改善耐點腐蝕性的奧氏體不銹鋼也被開發出來了。
井上等(1973年)首先把15%~.25%Cr、6.5%~7%Ni、0.5%~5.5%Mo、0.03%~0.35%N、0.01%~0.08%C在規(gui)定范圍(wei)內(nei)按(an)照各種(zhong)組(zu)合制成奧氏體不銹鋼(gang),然后把這些不銹鋼(gang)置于30℃的(de)10%FeCl3+1/20 mol/dm3HCl溶液(ye)中,采用多(duo)重回歸(gui)分(fen)析方法整(zheng)理出(chu)(chu)了(le)由點(dian)腐蝕(shi)造成的(de)腐蝕(shi)減(jian)量和化學(xue)(xue)組(zu)成之(zhi)間的(de)關系,并把腐蝕(shi)減(jian)量的(de)推(tui)算值(zhi)Δw(g/(㎡·h))與化學(xue)(xue)組(zu)成之(zhi)間的(de)關系用式(8-1)表示出(chu)(chu)來。
log(Δw)=-0.3154(Cr+84.9C+10.2Si-0.3Mn+0.195Ni+2.5Mo+34.6N)+13.9820(8-1)

在(zai)(zai)這里,各種元(yuan)(yuan)(yuan)素(su)均用(yong)mass%表示(shi)(shi)(shi)。這一(yi)公式表明,C、N、Si、Mo、Cr使(shi)耐(nai)點(dian)(dian)腐蝕(shi)(shi)(shi)能力(li)增強(qiang),而(er)(er)Mn卻(que)具(ju)有負面影響。此(ci)(ci)外,關(guan)于(yu)各種合(he)(he)(he)金(jin)元(yuan)(yuan)(yuan)素(su)對(dui)17 Cr-16 Ni鋼(gang)和17 Cr-16 Ni-4Mo鋼(gang)的(de)(de)(de)耐(nai)點(dian)(dian)腐蝕(shi)(shi)(shi)性(xing)的(de)(de)(de)影響,遲澤等(deng)人(ren)(1975年(nian))采用(yong)氯(lv)化(hua)(hua)鐵(tie)浸泡(pao)試驗和對(dui)氯(lv)化(hua)(hua)物(wu)水(shui)(shui)溶液中(zhong)(zhong)點(dian)(dian)腐蝕(shi)(shi)(shi)電位的(de)(de)(de)測定(ding),進行了(le)(le)系(xi)統性(xing)的(de)(de)(de)研究。其(qi)中(zhong)(zhong),把合(he)(he)(he)金(jin)元(yuan)(yuan)(yuan)素(su)對(dui)17 Cr-16 Ni鋼(gang)影響的(de)(de)(de)一(yi)部分用(yong)圖(tu)8.3表示(shi)(shi)(shi)了(le)(le)出來,從(cong)而(er)(er)證(zheng)實了(le)(le)C、N、Si、Mo、Cu、W等(deng)元(yuan)(yuan)(yuan)素(su)使(shi)耐(nai)點(dian)(dian)腐蝕(shi)(shi)(shi)能力(li)得到了(le)(le)提高。圖(tu)8.4 用(yong)來表示(shi)(shi)(shi)添加(jia)合(he)(he)(he)金(jin)元(yuan)(yuan)(yuan)素(su)對(dui)耐(nai)點(dian)(dian)腐蝕(shi)(shi)(shi)性(xing)的(de)(de)(de)影響,如圖(tu)8.4所(suo)示(shi)(shi)(shi),在(zai)(zai)酸性(xing)氯(lv)化(hua)(hua)物(wu)水(shui)(shui)溶液中(zhong)(zhong)的(de)(de)(de)鈍(dun)化(hua)(hua)臨界電流密度與氯(lv)化(hua)(hua)物(wu)水(shui)(shui)溶液中(zhong)(zhong)的(de)(de)(de)點(dian)(dian)腐蝕(shi)(shi)(shi)電位之間的(de)(de)(de)關(guan)系(xi)圖(tu)上,合(he)(he)(he)金(jin)元(yuan)(yuan)(yuan)素(su)的(de)(de)(de)影響顯示(shi)(shi)(shi)為(wei)曲線,這表明在(zai)(zai)促(cu)使(shi)不銹(xiu)(xiu)鋼(gang)發生鈍(dun)化(hua)(hua)的(de)(de)(de)合(he)(he)(he)金(jin)化(hua)(hua)過程中(zhong)(zhong),耐(nai)點(dian)(dian)腐蝕(shi)(shi)(shi)能力(li)有增強(qiang)的(de)(de)(de)傾向。但是在(zai)(zai)圖(tu)8.4中(zhong)(zhong),只有添加(jia)了(le)(le)氮的(de)(de)(de)不銹(xiu)(xiu)鋼(gang)偏(pian)離(li)了(le)(le)整體的(de)(de)(de)趨勢(shi),與鈍(dun)化(hua)(hua)能力(li)(豎(shu)軸)相比,它更有助(zhu)于(yu)提高點(dian)(dian)腐蝕(shi)(shi)(shi)電位,所(suo)以只有氮以不同的(de)(de)(de)原理使(shi)耐(nai)點(dian)(dian)腐蝕(shi)(shi)(shi)性(xing)得到增強(qiang)。此(ci)(ci)外,在(zai)(zai)蝕(shi)(shi)(shi)孔生成時氮以NH4 陽(yang)離(li)子的(de)(de)(de)形(xing)式存在(zai)(zai)于(yu)液體中(zhong)(zhong),由(you)此(ci)(ci)可(ke)推斷(duan)氮元(yuan)(yuan)(yuan)素(su)是通過抑(yi)制點(dian)(dian)腐蝕(shi)(shi)(shi)發生處的(de)(de)(de)pH值下降,來避(bi)免(mian)點(dian)(dian)腐蝕(shi)(shi)(shi)進一(yi)步發展。

正如表8.2所總結(jie)的(de)(de)(de)那樣,人們直到1975年左右,才比較定性(xing)、比較明確地(di)認識了合(he)(he)金元素對奧氏體不銹(xiu)鋼點腐蝕(shi)的(de)(de)(de)影(ying)響,進而通(tong)過提高(gao)Cr、Mo、N含(han)量和降低Mn、S含(han)量等方法,開發具有耐(nai)點腐蝕(shi)能力的(de)(de)(de)不銹(xiu)鋼。此外,如下所述,研究(jiu)者在詳細探討(tao)鉻、鎳、鉬、銅、氮等元素的(de)(de)(de)影(ying)響同(tong)時,漸漸轉(zhuan)為研究(jiu)合(he)(he)金元素對縫隙腐蝕(shi)的(de)(de)(de)影(ying)響。
鹽原等(1975年)研究了Mo、V、Si元素對18 Cr-20Ni鋼的點腐蝕和縫隙腐蝕的影響,從而證實了V、Si與Mo同時存在時,防蝕效果更顯著。另外,小田等(1976年)證實了銅的添加對25 Cr-23 Ni-3 Mo鋼的點腐蝕影響較小,尤其是添加銅元素后,在25℃的5%NaCl+2%H2O2溶液中的縫隙腐蝕量會減少。


另(ling)一方面,中(zhong)田(1976年)檢測了(le)合金元素對(dui)耐縫(feng)(feng)(feng)隙腐蝕(shi)性(xing)的(de)(de)(de)判(pan)斷標準(zhun)-脫鈍(dun)化(hua)(hua)pH(pHa)的(de)(de)(de)影響,把合金中(zhong)的(de)(de)(de)(%Cr)+3(%Mo)+0.5(%Ni)對(dui)pHa的(de)(de)(de)影響用圖8.5 表示了(le)出(chu)來,并證明了(le)銅能有(you)效(xiao)抑制縫(feng)(feng)(feng)隙腐蝕(shi)(1977年),后(hou)在上述公式(shi)中(zhong)加入2(%Cu),用圖8.6表明了(le)與縫(feng)(feng)(feng)隙腐蝕(shi)量的(de)(de)(de)關(guan)系。一般認為,鉬(mu)(mu)對(dui)縫(feng)(feng)(feng)隙腐蝕(shi)的(de)(de)(de)影響效(xiao)果(guo)(guo)通過由(you)鉬(mu)(mu)酸生(sheng)成(cheng)引起的(de)(de)(de)再鈍(dun)化(hua)(hua)來實(shi)現。根據(ju)鈴木(1979年)的(de)(de)(de)研究成(cheng)果(guo)(guo),一般來說,鉬(mu)(mu)在奧(ao)氏體不銹鋼或鐵素體不銹鋼中(zhong)的(de)(de)(de)濃度(du)大(da)于2%~3%時,就能有(you)效(xiao)抑制縫(feng)(feng)(feng)隙腐蝕(shi)的(de)(de)(de)發生(sheng)。如果(guo)(guo)鉬(mu)(mu)在縫(feng)(feng)(feng)隙中(zhong)偏析后(hou)能發生(sheng)再鈍(dun)化(hua)(hua),那么為確保一定比例以(yi)上的(de)(de)(de)阻化(hua)(hua)劑(ji)濃度(du),2%~3%的(de)(de)(de)鉬(mu)(mu)就是必要(yao)的(de)(de)(de)組(zu)成(cheng)部分。

此外,小林等(1978年(nian))研究了氮是(shi)如(ru)何影響(xiang)Cr、Ni、Mo含量不(bu)同的(de)奧氏體不(bu)銹鋼的(de)點腐(fu)蝕和縫隙(xi)腐(fu)蝕的(de),他(ta)發現(xian)在20%~24%Cr、12%~20%Ni、2.5%~4.4%Mo這一(yi)范(fan)圍內的(de)不(bu)銹鋼,比(bi)如(ru)22 Cr-20 Ni-3 Mo鋼中添加氮后,點腐(fu)蝕臨界(jie)溫度升(sheng)高(gao)(gao),能(neng)有效(xiao)抗(kang)(kang)腐(fu)蝕。鉻及鉬的(de)含量越(yue)高(gao)(gao),抗(kang)(kang)腐(fu)蝕效(xiao)果越(yue)明顯,而且氮也能(neng)改善縫隙(xi)腐(fu)蝕性(xing),這一(yi)效(xiao)果也多見于高(gao)(gao)鉻、高(gao)(gao)鉬鋼。
杉本(ben)等(1980年(nian))針對0.3%~4%Cu、0.03%~0.1%N、0.8%~1.5%Si對19 Cr-10 Ni-1 Mo鋼(gang)耐(nai)蝕性的(de)(de)影響進行了研究。他們測定了其在25℃的(de)(de)3.5%NaCl及80℃的(de)(de)1000x10-4%(ppm)Cl-中的(de)(de)點(dian)腐(fu)蝕電位,結(jie)果(guo)顯示銅使耐(nai)點(dian)腐(fu)蝕性降低,而氮和硅使耐(nai)點(dian)腐(fu)蝕性升高(gao),并開發(fa)了與SUS316一樣的(de)(de)耐(nai)局部腐(fu)蝕不銹鋼(gang),即(ji)鉬(mu)含量減少的(de)(de)19Cr-10Ni-1Mo-1.5Si-0.1N鋼(gang)。
關于Cu(0.5%~2%)、Mo(0.5%~1%)對18Cr-10Ni鋼局部(bu)腐(fu)蝕的(de)(de)(de)影響,大橋等(1980年(nian))測定了在40℃的(de)(de)(de)5%NaCl溶液中(zhong)的(de)(de)(de)點腐(fu)蝕電位,發現銅有使點腐(fu)蝕電位略微降(jiang)低的(de)(de)(de)傾向,銅的(de)(de)(de)添(tian)加使40℃的(de)(de)(de)5%NaCl+2%H2O2溶液中(zhong)的(de)(de)(de)腐(fu)蝕度降(jiang)低,使縫隙(xi)部(bu)位的(de)(de)(de)腐(fu)蝕均勻。
此外,針對(dui)Ni(20%~45%)和Cr(15%~30%)對(dui)含3%Mo的(de)(de)高鎳奧氏體不銹鋼的(de)(de)影響(xiang),本田(tian)等(deng)(1983年)通過氯(lv)化鐵(tie)浸泡試驗進行了研究(jiu),結(jie)果如圖8.7所示,鎳的(de)(de)防蝕(shi)效果雖比鉻小,但添(tian)加大(da)量的(de)(de)鎳后,效果就比較明(ming)顯(xian)。

另外(wai),20Cr-25Ni-6Mo鋼具(ju)(ju)有良好的(de)(de)耐(nai)(nai)局部(bu)腐(fu)(fu)蝕(shi)性(xing),名越等(deng)(1984年(nian))就Cu、N、Ni含(han)量對該鋼點(dian)腐(fu)(fu)蝕(shi)和縫隙(xi)腐(fu)(fu)蝕(shi)的(de)(de)影(ying)響進行(xing)了(le)(le)深(shen)入(ru)的(de)(de)研究,從而證實(shi)了(le)(le)氮具(ju)(ju)有耐(nai)(nai)點(dian)腐(fu)(fu)蝕(shi)的(de)(de)效果,與此同時也(ye)表明了(le)(le)鎳(nie)含(han)量的(de)(de)減少(shao)能(neng)降低焊(han)接部(bu)位的(de)(de)耐(nai)(nai)蝕(shi)性(xing)。另外(wai)他們還進行(xing)了(le)(le)實(shi)驗(yan)室(shi)及海水浸泡實(shi)驗(yan),由此證實(shi)了(le)(le)通(tong)過添加氮元素(su)和降低硫含(han)量,銅添加鋼的(de)(de)耐(nai)(nai)點(dian)腐(fu)(fu)蝕(shi)性(xing)和耐(nai)(nai)縫隙(xi)腐(fu)(fu)蝕(shi)性(xing)增(zeng)強(qiang)。
宇城(cheng)等(1984年(nian))也對(dui)改變Ni、N含量(liang)后的(de)26Cr-19~30Ni-6Mo鋼和20Cr-22~25Ni-6Mo鋼進行了(le)點腐蝕(shi)電位測定和氯化鐵浸(jin)泡試(shi)驗,從而證實了(le)氮元(yuan)素(su)能顯著提高耐點腐蝕(shi)性(xing)、耐縫隙腐蝕(shi)性(xing),并表明了(le)縫隙腐蝕(shi)性(xing)大致可以用(yong)%Cr+3(%Mo)+70(%N)來衡(heng)量(liang)。此后,太(tai)田(tian)等(1986年(nian))針對(dui)添加了(le)0.7%N的(de)20Cr-10Ni 鋼,采用(yong)加壓溶解(jie)的(de)方法測定了(le)該鋼在40℃的(de)0.5 mol/dm3 NaCl 溶液中(zhong)的(de)點腐蝕(shi)電位,結果表明20Cr-10Ni-0.7N鋼的(de)耐點腐蝕(shi)性(xing)比(bi)SUS316鋼優良得(de)多。
岡山等(1987年)測定了(le)80℃的(de)(de)(de)3%NaCl溶液(ye)(ye)中(zhong)的(de)(de)(de)縫隙(xi)再鈍(dun)化電(dian)位(ER),采用(yong)(yong)多重(zhong)回歸(gui)分析法分析了(le)合(he)(he)金(jin)(jin)元(yuan)素(su)對(dui)ER的(de)(de)(de)影響。該分析結果(guo)表(biao)(biao)明(ming),對(dui)奧(ao)氏體(ti)不銹(xiu)鋼(gang)來(lai)說,鉻和鉬使(shi)ER升高(gao),但鉬對(dui)含(han)(han)有(you)2%~3%Cu的(de)(de)(de)不銹(xiu)鋼(gang)卻沒有(you)這種作用(yong)(yong),而(er)是銅的(de)(de)(de)添加(jia)使(shi)ER升高(gao)。另外,該結果(guo)還表(biao)(biao)明(ming)鎳含(han)(han)量的(de)(de)(de)增(zeng)加(jia)使(shi)ER降(jiang)低,氮沒有(you)使(shi)ER升高(gao)。并(bing)(bing)且他們(men)在25℃、12%NaCl溶液(ye)(ye)中(zhong)測量出奧(ao)氏體(ti)不銹(xiu)鋼(gang)的(de)(de)(de)脫鈍(dun)化pH(pHa)值,并(bing)(bing)把(ba)合(he)(he)金(jin)(jin)元(yuan)素(su)對(dui)pH,值的(de)(de)(de)影響用(yong)(yong)下式表(biao)(biao)示出來(lai),其中(zhong)元(yuan)素(su)用(yong)(yong)mass%表(biao)(biao)示。
pHd=-0.248Cr+1.29logNi-0.219Mo+2.66C+74.9S+4.09
另(ling)外(wai),針對Cu含(han)量在0.9%以上的奧氏(shi)體不銹鋼,得出下式:
pHd=-0.144Cr+1.73logNi-0.206Mo-0.146Cu+1.17Si-0.177Nb+1.89
也就是(shi)說,Cr、Mo、Cu使(shi)pH,值降低,但(dan)與鐵素體不銹鋼或雙相不銹鋼不同的是(shi),鎳使(shi)奧氏體不銹鋼的pH,值下降。可見,在鎳對不銹鋼的影響方面,這一(yi)結(jie)果與剛(gang)才所示的中田等人的結(jie)果相矛(mao)盾。而且在這一(yi)研究中沒(mei)有涉及氮(dan)元素的影響。
針對18Cr-14Ni和(he)(he)14Cr-16Ni鋼,陳(chen)等(deng)人(1996年(nian))通(tong)過使用(yong)莫爾條紋法的(de)腐蝕面三(san)維測(ce)量系統,測(ce)定了合(he)金元素(P、Si、Mn、Cu、Al)對這兩種鋼在80℃、3%NaCl溶液(ye)中(zhong)產生縫(feng)(feng)隙(xi)腐蝕和(he)(he)腐蝕擴散(san)時的(de)溶解所造成(cheng)的(de)影(ying)響。該(gai)研究結果(guo)表明,合(he)金元素對初級階(jie)段的(de)縫(feng)(feng)隙(xi)腐蝕只產生很(hen)小的(de)影(ying)響,而對處于發展階(jie)段的(de)腐蝕(即ER)的(de)影(ying)響卻很(hen)大。
上述各個試驗(yan)結果明確(que)了Cr、Mo、N對縫隙腐蝕(shi)具有抑制效果。關于(yu)鎳(nie)的(de)影(ying)響目(mu)前還不清楚,但因(yin)為(wei)奧氏體不銹鋼中含有大(da)量的(de)鎳(nie),所以(yi)今后應(ying)該進一步明確(que)鎳(nie)對腐蝕(shi)的(de)影(ying)響程(cheng)度及其結構。

