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鋼(gang)局部腐蝕的影響比較復雜。


1. 鉬(mu)、鎳(nie)、氮元素的影響


 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)可以改善耐點(dian)(dian)腐蝕(shi)(shi)性這一點(dian)(dian),已經在奧(ao)(ao)氏體(ti)不銹鋼中得到(dao)證實(shi),Streicherl 認為氮(dan)的(de)耐點(dian)(dian)腐蝕(shi)(shi)性效(xiao)果是奧(ao)(ao)氏體(ti)相穩定化的(de)原(yuan)因。此后(hou)的(de)研究證實(shi)了(le)氮(dan)能提高(gao)奧(ao)(ao)氏體(ti)鐵素體(ti)(雙相)不銹鋼的(de)耐點(dian)(dian)腐蝕(shi)(shi)性,并(bing)且明確了(le)氮(dan)與奧(ao)(ao)氏體(ti)的(de)穩定度(du)沒有直接關(guan)系。


  但(dan)是,岡田等(1972年)證(zheng)實(shi)了在(zai)鐵素(su)(su)體(α)單(dan)相(xiang)25Cr-3Mo鋼中(zhong)(zhong)添(tian)加鎳后,奧氏體相(xiang)出現(xian),從(cong)而變(bian)成(cheng)a+γ的雙相(xiang)不銹(xiu)鋼,這樣(yang)耐(nai)點(dian)腐蝕(shi)(shi)能(neng)力就會降(jiang)低,但(dan)繼續增加鎳的含量后,其耐(nai)點(dian)腐蝕(shi)(shi)性(xing)重新得到改善。然后再通過熱處(chu)理后,γ相(xiang)從(cong)α相(xiang)中(zhong)(zhong)析出,耐(nai)點(dian)腐蝕(shi)(shi)性(xing)仍(reng)舊(jiu)降(jiang)低,這是因為γ相(xiang)中(zhong)(zhong)的Cr、Mo含量減少的緣故。該研究結(jie)果(guo)表明,在(zai)不含氮元素(su)(su)的情(qing)況下,雙相(xiang)不銹(xiu)鋼比單(dan)相(xiang)不銹(xiu)鋼的耐(nai)點(dian)腐蝕(shi)(shi)性(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,小(xiao)林(lin)等(deng)(1980年)針對(dui)22~25 Cr-4~8.5 Ni-1.5 Cu-0.8 Cu構成的(de)(de)(de)雙相(xiang)鋼,分析了(le)C(0.001%~0.05%)、N(0.01%~0.2%)及Ti、REM(Rare Earth Metal)、B等(deng)元素對(dui)經(jing)過(guo)退火或高(gao)溫(wen)加熱(re)(re)后的(de)(de)(de)點(dian)腐(fu)蝕(shi)(shi)(shi)電位的(de)(de)(de)影響(xiang),發(fa)現碳不(bu)影響(xiang)耐(nai)(nai)點(dian)腐(fu)蝕(shi)(shi)(shi)性,氮(dan)使耐(nai)(nai)點(dian)腐(fu)蝕(shi)(shi)(shi)性升高(gao)(如(ru)圖(tu)8.9所(suo)示(shi))。而且該圖(tu)顯示(shi)在含(han)(han)(han)有4%的(de)(de)(de)鎳(nie)時,即使不(bu)特地添(tian)(tian)加氮(dan)元素也具有良好(hao)的(de)(de)(de)耐(nai)(nai)點(dian)腐(fu)蝕(shi)(shi)(shi)性,這是因為是鐵素體(ti)單相(xiang)的(de)(de)(de)緣(yuan)故(gu)。另(ling)外,越(yue)是鎳(nie)含(han)(han)(han)量(liang)多(duo)的(de)(de)(de)鋼材,氮(dan)含(han)(han)(han)量(liang)為0.02%~0.06%時的(de)(de)(de)點(dian)腐(fu)蝕(shi)(shi)(shi)電位越(yue)低,這是鎳(nie)含(han)(han)(han)量(liang)引起相(xiang)比例發(fa)生變化的(de)(de)(de)結果。小(xiao)林(lin)等(deng)人(ren)進一(yi)步得出,在含(han)(han)(han)氮(dan)鋼中添(tian)(tian)加0.1%以上的(de)(de)(de)鈦(tai)后,高(gao)溫(wen)加熱(re)(re)鋼材的(de)(de)(de)耐(nai)(nai)點(dian)腐(fu)蝕(shi)(shi)(shi)能力提高(gao),REM沒有產生影響(xiang);另(ling)外添(tian)(tian)加0.01%左右的(de)(de)(de)硼后,可(ke)以通過(guo)抑制α相(xiang)的(de)(de)(de)析出來提高(gao)耐(nai)(nai)點(dian)腐(fu)蝕(shi)(shi)(shi)性。


圖 9.jpg


金子(zi)等人(ren)(1985年(nian))研究了(le)Ni(0.7%~17%)和N(0.03%~0.2%)對(dui)23 Cr-2 Mo鋼在(zai)50℃、3.5%NaCl中(zhong)的(de)點(dian)腐(fu)(fu)(fu)蝕(shi)(shi)(shi)電(dian)(dian)(dian)位(wei)(wei)、縫(feng)(feng)隙腐(fu)(fu)(fu)蝕(shi)(shi)(shi)電(dian)(dian)(dian)位(wei)(wei)及再鈍(dun)化(hua)電(dian)(dian)(dian)位(wei)(wei)所造成(cheng)的(de)影響(xiang),得出的(de)結論認為(wei):在(zai)氮含量低(di)(0.03%以下(xia)(xia))的(de)情況下(xia)(xia),點(dian)腐(fu)(fu)(fu)蝕(shi)(shi)(shi)電(dian)(dian)(dian)位(wei)(wei)隨著鎳含量發(fa)生(sheng)變化(hua),在(zai)變為(wei)雙相(xiang)鋼時(shi),點(dian)腐(fu)(fu)(fu)蝕(shi)(shi)(shi)電(dian)(dian)(dian)位(wei)(wei)最低(di),這一結果(guo)與前述岡田等人(ren)的(de)結果(guo)一致。此外(wai),金子(zi)等人(ren)還證(zheng)明(ming),氮的(de)添加使點(dian)腐(fu)(fu)(fu)蝕(shi)(shi)(shi)電(dian)(dian)(dian)位(wei)(wei)升高(gao),經過高(gao)溫加熱(re)處(chu)理后的(de)不銹(xiu)鋼點(dian)腐(fu)(fu)(fu)蝕(shi)(shi)(shi)電(dian)(dian)(dian)位(wei)(wei)下(xia)(xia)降,鎳含量較低(di)的(de)不銹(xiu)鋼的(de)變化(hua)更(geng)明(ming)顯。而且(qie)還證(zheng)實了(le)縫(feng)(feng)隙腐(fu)(fu)(fu)蝕(shi)(shi)(shi)電(dian)(dian)(dian)位(wei)(wei)、點(dian)腐(fu)(fu)(fu)蝕(shi)(shi)(shi)電(dian)(dian)(dian)位(wei)(wei)及縫(feng)(feng)隙再鈍(dun)化(hua)電(dian)(dian)(dian)位(wei)(wei)受Ni、N含量的(de)影響(xiang)不大。


三浦等人(1986年)通過(guo)6%FeCl3 水(shui)溶(rong)液中(zhong)的(de)(de)(de)(de)臨(lin)界(jie)點(dian)(dian)腐蝕溫(wen)度(du),評(ping)價了鎳及氮(dan)含量(liang)(liang)發生改變(bian)的(de)(de)(de)(de)22 Cr-3 Mo鋼的(de)(de)(de)(de)母材和焊接金(jin)屬的(de)(de)(de)(de)耐點(dian)(dian)腐蝕性,結(jie)果顯(xian)示氮(dan)元素使臨(lin)界(jie)點(dian)(dian)腐蝕溫(wen)度(du)上升;鎳含量(liang)(liang)增(zeng)加后,母材的(de)(de)(de)(de)臨(lin)界(jie)點(dian)(dian)腐蝕溫(wen)度(du)降低,而焊接材料(liao)的(de)(de)(de)(de)臨(lin)界(jie)點(dian)(dian)腐蝕溫(wen)度(du)升高,在(zai)(zai)鎳含量(liang)(liang)達到6%以上時,此(ci)溫(wen)度(du)大致保持在(zai)(zai)一定水(shui)平。特別(bie)是在(zai)(zai)焊接金(jin)屬方面,Ni、N含量(liang)(liang)減少后,冷卻(que)過(guo)程中(zhong)γ的(de)(de)(de)(de)析(xi)出得到抑制(zhi),碳或氮(dan)不能在(zai)(zai)γ中(zhong)完全固(gu)溶(rong),導致析(xi)出物的(de)(de)(de)(de)生成顯(xian)著(zhu),因此(ci)耐點(dian)(dian)腐蝕能力降低。


另(ling)外,岡山等(1987年)分析(xi)了合金元素對(dui)在(zai)25℃、12%NaCl溶液中得出的(de)雙相不銹鋼(gang)(12種)脫鈍(dun)化pH(pH4)值的(de)影響(xiang),并把這一結果用下(xia)式表示(shi)出來,其(qi)中合金元素表示(shi)為mass%.該式沒(mei)有表明(ming)鉻(ge)和(he)氮(dan)的(de)影響(xiang)。


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



2. 氮(dan)添加鋼(gang)中相比(bi)例的影響


 在研(yan)究相(xiang)(xiang)比例對雙(shuang)(shuang)相(xiang)(xiang)不(bu)(bu)銹鋼耐點(dian)腐(fu)蝕性的(de)(de)影響(xiang)(xiang)時,通過改(gai)變(bian)對耐點(dian)腐(fu)蝕性影響(xiang)(xiang)小(xiao)的(de)(de)氮(dan)含(han)量(liang),或改(gai)變(bian)加(jia)熱溫(wen)度來改(gai)變(bian)相(xiang)(xiang)比例。正如前面所(suo)講到的(de)(de)岡(gang)田等(deng)人的(de)(de)研(yan)究結果,在沒有特別添(tian)加(jia)氮(dan)的(de)(de)雙(shuang)(shuang)相(xiang)(xiang)不(bu)(bu)銹鋼中,γ相(xiang)(xiang)從(cong)α相(xiang)(xiang)中析出(chu)后(hou),γ相(xiang)(xiang)中所(suo)含(han)的(de)(de)Cr、Mo量(liang)比α相(xiang)(xiang)少,所(suo)以耐點(dian)腐(fu)蝕能力下降,但在添(tian)加(jia)了氮(dan)元素的(de)(de)雙(shuang)(shuang)相(xiang)(xiang)不(bu)(bu)銹鋼中,當(dang)相(xiang)(xiang)比例達到某一程(cheng)度時,耐點(dian)腐(fu)蝕性升至最(zui)高。


 長田等(deng)(deng)(deng)(1981年)(1984年)在以23Cr-1.5Mo及25Cr-1.5~3.5Mo為主要成(cheng)分(fen)的(de)(de)不(bu)銹鋼(gang)(gang)中添(tian)加了0.1%N,然(ran)后(hou)通過(guo)改(gai)(gai)(gai)變(bian)(bian)其中的(de)(de)鎳含量來改(gai)(gai)(gai)變(bian)(bian)相(xiang)比例,使其構成(cheng)各種雙(shuang)相(xiang)鋼(gang)(gang),然(ran)后(hou)對(dui)(dui)這些雙(shuang)相(xiang)鋼(gang)(gang)進(jin)行了點(dian)(dian)(dian)腐(fu)(fu)(fu)蝕電位測定(ding)和(he)氯化鐵浸(jin)泡試(shi)(shi)(shi)驗(yan)。該試(shi)(shi)(shi)驗(yan)結果如(ru)圖8.10所示,即使Cr、Mo含量相(xiang)同,當(dang)(dang)γ量達(da)到一定(ding)范圍(30%~40%)時(shi),耐(nai)(nai)點(dian)(dian)(dian)腐(fu)(fu)(fu)蝕能力達(da)到最高(gao)(gao)水平。另外,酒井等(deng)(deng)(deng)人(1983年)對(dui)(dui)由鎳含量發生改(gai)(gai)(gai)變(bian)(bian)的(de)(de)25Cr和(he)22Cr-3Mo-0.15N-xNi組(zu)成(cheng)的(de)(de)雙(shuang)相(xiang)不(bu)銹鋼(gang)(gang),進(jin)行了氯化鐵浸(jin)泡試(shi)(shi)(shi)驗(yan)來測定(ding)其耐(nai)(nai)點(dian)(dian)(dian)腐(fu)(fu)(fu)蝕性,結果顯(xian)示γ量在50%左(zuo)右時(shi),耐(nai)(nai)點(dian)(dian)(dian)腐(fu)(fu)(fu)蝕性最好。另一方面(mian),藤原等(deng)(deng)(deng)(1987年)把SUS329J3L 和(he)相(xiang)當(dang)(dang)于329J4L的(de)(de)鋼(gang)(gang)材進(jin)行高(gao)(gao)溫處理,以改(gai)(gai)(gai)變(bian)(bian)相(xiang)比例,然(ran)后(hou)通過(guo)氯化鐵浸(jin)泡試(shi)(shi)(shi)驗(yan)來檢測耐(nai)(nai)點(dian)(dian)(dian)腐(fu)(fu)(fu)蝕性。該試(shi)(shi)(shi)驗(yan)結果同樣(yang)顯(xian)示在γ相(xiang)達(da)到某一比例時(shi),耐(nai)(nai)點(dian)(dian)(dian)腐(fu)(fu)(fu)蝕性為最高(gao)(gao)。


圖 10.jpg


 如上所(suo)述,相(xiang)(xiang)(xiang)(xiang)比例(li)達到某一(yi)程度時(shi),耐(nai)點(dian)(dian)腐(fu)(fu)(fu)(fu)蝕性(xing)達到最(zui)高水平。根本等人(1987年(nian))證實了,這一(yi)相(xiang)(xiang)(xiang)(xiang)比例(li)的(de)(de)(de)(de)(de)出現(xian)是由改善耐(nai)點(dian)(dian)腐(fu)(fu)(fu)(fu)蝕性(xing)的(de)(de)(de)(de)(de)元(yuan)素(su)(su)Cr、Mo、N在(zai)各相(xiang)(xiang)(xiang)(xiang)中(zhong)(zhong)(zhong)的(de)(de)(de)(de)(de)構成(cheng)不同(tong)而(er)引起的(de)(de)(de)(de)(de)。圖8.11模式(shi)化(hua)地表(biao)明了相(xiang)(xiang)(xiang)(xiang)比例(li)對雙相(xiang)(xiang)(xiang)(xiang)不銹(xiu)鋼耐(nai)點(dian)(dian)腐(fu)(fu)(fu)(fu)蝕性(xing)的(de)(de)(de)(de)(de)影(ying)(ying)響(xiang)(xiang),其中(zhong)(zhong)(zhong)豎軸表(biao)示根據(ju)Cr、Mo、N在(zai)各相(xiang)(xiang)(xiang)(xiang)中(zhong)(zhong)(zhong)的(de)(de)(de)(de)(de)含量所(suo)得出的(de)(de)(de)(de)(de)耐(nai)點(dian)(dian)腐(fu)(fu)(fu)(fu)蝕性(xing)指數,而(er)Cr、Mo、N均為能(neng)顯著提高耐(nai)點(dian)(dian)腐(fu)(fu)(fu)(fu)蝕性(xing)的(de)(de)(de)(de)(de)元(yuan)素(su)(su)。當鐵素(su)(su)體(ti)單(dan)相(xiang)(xiang)(xiang)(xiang)的(de)(de)(de)(de)(de)耐(nai)點(dian)(dian)腐(fu)(fu)(fu)(fu)蝕指數為a時(shi),添加(jia)對耐(nai)點(dian)(dian)腐(fu)(fu)(fu)(fu)蝕性(xing)影(ying)(ying)響(xiang)(xiang)較小的(de)(de)(de)(de)(de)鎳(nie)元(yuan)素(su)(su)使之成(cheng)為由雙相(xiang)(xiang)(xiang)(xiang)構成(cheng),這樣(yang)鐵素(su)(su)體(ti)的(de)(de)(de)(de)(de)生成(cheng)元(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)(zhong),因此該相(xiang)(xiang)(xiang)(xiang)的(de)(de)(de)(de)(de)耐(nai)點(dian)(dian)腐(fu)(fu)(fu)(fu)蝕性(xing)升高;而(er)在(zai)奧氏體(ti)相(xiang)(xiang)(xiang)(xiang)方面,雖然Cr、Mo含量有所(suo)減少,但奧氏體(ti)的(de)(de)(de)(de)(de)生成(cheng)元(yuan)素(su)(su)氮(dan)固溶在(zai)奧氏體(ti)相(xiang)(xiang)(xiang)(xiang)中(zhong)(zhong)(zhong),因此仍然表(biao)現(xian)出良好的(de)(de)(de)(de)(de)耐(nai)點(dian)(dian)腐(fu)(fu)(fu)(fu)蝕能(neng)力(li)(li)。當相(xiang)(xiang)(xiang)(xiang)比例(li)達到沒(mei)有析(xi)出物質(zhi)、兩相(xiang)(xiang)(xiang)(xiang)的(de)(de)(de)(de)(de)耐(nai)點(dian)(dian)腐(fu)(fu)(fu)(fu)蝕性(xing)一(yi)致(zhi)(圖中(zhong)(zhong)(zhong)的(de)(de)(de)(de)(de)箭頭位置)時(shi),這種雙相(xiang)(xiang)(xiang)(xiang)不銹(xiu)鋼呈(cheng)現(xian)出最(zui)強的(de)(de)(de)(de)(de)耐(nai)點(dian)(dian)腐(fu)(fu)(fu)(fu)蝕能(neng)力(li)(li)。可以根據(ju)這類(lei)圖斷定,在(zai)奧氏體(ti)不銹(xiu)鋼或鐵素(su)(su)體(ti)不銹(xiu)鋼中(zhong)(zhong)(zhong)分別有鐵素(su)(su)體(ti)相(xiang)(xiang)(xiang)(xiang)或奧氏體(ti)相(xiang)(xiang)(xiang)(xiang)析(xi)出的(de)(de)(de)(de)(de)情(qing)況下,不管哪一(yi)相(xiang)(xiang)(xiang)(xiang)都容易發生點(dian)(dian)腐(fu)(fu)(fu)(fu)蝕。