1. 鉻、鉬等元素對鐵(tie)素體(ti)不銹(xiu)鋼(gang)耐蝕性能的影(ying)響
岡田等(1973年)通過氯化鐵浸泡試驗和陽極極化試驗,檢測了Cr(20%~30%)、Mo(0%~4%)及Nb(0%~2%)對鐵素體不銹鋼耐點腐蝕性的影響,結果顯示耐點腐蝕性主要由鉻和鉬的含量決定,當鉻含量為25%以上時,鐵的鈍化特性明顯得到改善。由此,岡田研制開發了25 Cr-3Mo-0.7Nb-0.03C鋼。為了進一步增強該不銹鋼的韌性,他們使鋼中的鎳元素增至8%,這樣之后耐點腐蝕能力反而下降,這是因為鐵素體單相變成了雙相的緣故。另外,小川等(1978年)通過AES、XPS發現,鋼鐵中的鉻含量越多,鈍化膜中的鉻比例越大,從而鈍化膜更穩定,這正是高鉻鋼擁有良好的耐點腐蝕能力的原因所在。
宮川(chuan)等(1975年)[41]使(shi)用25℃、5%NaCl溶液,檢測了(le)Mo(0.5%~5%)、Mn(0%~3%)、S(0%~0.095%)如何影響18Cr鋼在(zai)食鹽(yan)水(shui)中的點(dian)腐蝕電位(wei)(wei),結果表明鉬含(han)(han)(han)量增加后,點(dian)腐蝕電位(wei)(wei)升高(即(ji)耐點(dian)腐蝕能力增強(qiang));錳含(han)(han)(han)量在(zai)1%以(yi)上(shang)時(shi)點(dian)腐蝕電位(wei)(wei)不受影響,1%以(yi)下時(shi)含(han)(han)(han)量越(yue)少(shao),點(dian)腐蝕電位(wei)(wei)越(yue)高;硫(liu)含(han)(han)(han)量越(yue)多,點(dian)腐蝕電位(wei)(wei)越(yue)低。
久松等(deng)(1976年(nian))采用(yong)再鈍化電(dian)位(縫(feng)隙內溶解反應完全(quan)停止(zhi)后(hou),再度(du)發生鈍化的(de)電(dian)位)此為(wei)衡量(liang)縫(feng)隙腐蝕安全(quan)性的(de)標準(zhun),研究(jiu)了鉬(mu)(mu)含量(liang)對(dui)25%Cr鋼的(de)影響,表明(ming)鉬(mu)(mu)具有防止(zhi)縫(feng)隙腐蝕的(de)效(xiao)果。
還(huan)有,辻(1976年)等分析了Cr(16.9%~19.0%)、Mo(0%~3%)及各種微(wei)量元素的含量對5%FeCl3+0.05 mol/dm3HCl溶液中(zhong)的18Cr-Mo系鋼點腐蝕(shi)(shi)的影響,其(qi)中(zhong)對耐點腐蝕(shi)(shi)性(xing)影響較大(da)的鉻及鉬的影響如下式所示(shi)。
30℃時的腐蝕度=35.25-1.53(%Cr)-1.65(%Mo),g/(㎡·h)
50℃時的腐蝕度=43.60-1.24(%Cr)-2.55(%Mo),g/(㎡·h)
由此可知,鉬的(de)(de)影響(xiang)效果是鉻的(de)(de)1~2倍。另外(wai),它還表明了(le)含有Cr、Mo組(zu)合(he)成分的(de)(de)鋼19Cr-2Mo和18Cr-3Mo都具有比SUS304更(geng)強(qiang)的(de)(de)耐點(dian)腐(fu)蝕(shi)性,而Si、Mn、Ni、Cu、P、S對點(dian)腐(fu)蝕(shi)的(de)(de)影響(xiang)都很小。
另外(wai)(wai),岡田等(deng)(1987年)[44]使用54種(zhong)不銹鋼,測定了(le)它們在(zai)80℃、5%NaCl溶液(ye)(ye)中(zhong)的(de)縫(feng)(feng)隙(xi)(xi)腐(fu)蝕(shi)(shi)的(de)臨(lin)界電位,即縫(feng)(feng)隙(xi)(xi)腐(fu)蝕(shi)(shi)再鈍(dun)化(hua)電位,然后經過重回歸分(fen)(fen)析,更加明確了(le)合金元素(su)對縫(feng)(feng)隙(xi)(xi)腐(fu)蝕(shi)(shi)的(de)影響,其中(zhong)Mo、Ni元素(su)使鐵素(su)體不銹鋼(15種(zhong))的(de)縫(feng)(feng)隙(xi)(xi)腐(fu)蝕(shi)(shi)再鈍(dun)化(hua)電位升高。另外(wai)(wai),還在(zai)25℃的(de)12%NaCl溶液(ye)(ye)中(zhong)測定了(le)衡量耐縫(feng)(feng)隙(xi)(xi)腐(fu)蝕(shi)(shi)能(neng)力的(de)去鈍(dun)化(hua)pH值[45](pHa depassivation pH,由于金屬離子的(de)加水分(fen)(fen)解,縫(feng)(feng)隙(xi)(xi)內的(de)pH值下降,活性(xing)溶解開(kai)始的(de)pH值),鐵素(su)體的(de)脫(tuo)離鈍(dun)化(hua)pH值如下式(shi)所示,Mo、Ni的(de)影響同樣(yang)存在(zai)。
pHd=-0.157 log(%Ni)-0.460(%Mo)+1.15
2. 鈦、鈮、鋯元素(su)對鐵素(su)體不銹鋼耐蝕性(xing)能的影響(xiang)
與(yu)Cr、Mo不同,為防止鐵素體(ti)不銹鋼發生(sheng)晶間腐蝕而添加的Ti、Nb、Zr等元素,是通過固定C、N來(lai)改(gai)善耐(nai)點腐蝕性和耐(nai)縫隙腐蝕性的,另外(wai)Ti還擁有其他功效。
首先,小(xiao)林等(deng)(1973年)研究(jiu)了V、Ti、Zr的(de)(de)添加對17Cr、17Cr-2Mo、25Cr、25Cr-1Mo鋼(gang)耐點(dian)腐蝕性的(de)(de)影響,結果表明Ti、Zr通過固(gu)定C、N來抑制鉻的(de)(de)碳化物(wu)或氮化物(wu)的(de)(de)生成,由此來影響鋼(gang)的(de)(de)耐點(dian)腐蝕性。而且他(ta)們還在(zai)試(shi)驗中(zhong)證明了釩(fan)(fan)對耐點(dian)腐蝕的(de)(de)影響雖然(ran)與C、N的(de)(de)固(gu)定無(wu)關,但釩(fan)(fan)的(de)(de)影響程度比(bi)鉬要小(xiao)。
另外(wai),門等(1976年)證(zheng)明了(le)在17Cr系(xi)鋼(gang)(gang)中添加(jia)鈦后,其耐點(dian)腐蝕(shi)性(xing)(耐銹性(xing))增強,尤其是未(wei)與(yu)C、N結(jie)合(he)的(de)(de)固(gu)溶Ti的(de)(de)含量達到0.2%以上(shang)時,容(rong)易引發腐蝕(shi)的(de)(de)MnS消失,并變為TiS.山本等(1976年)針對C、N影響大大減少的(de)(de)超低(di)C、N13Cr鋼(gang)(gang)所做試驗表明,添加(jia)0.3%的(de)(de)Ti后,鈍(dun)化膜會更加(jia)穩定,因此固(gu)溶Ti能有(you)效防(fang)止腐蝕(shi)。
足立等(1978年)也(ye)對(dui)17Cr鋼(gang)進行(xing)了(le)系(xi)統性的(de)(de)(de)(de)(de)研(yan)究,結果(guo)發(fa)現(xian)鈦或鈮(ni)的(de)(de)(de)(de)(de)添加(jia)能提高(gao)17Cr鋼(gang)的(de)(de)(de)(de)(de)耐點腐蝕性,這(zhe)(zhe)一效果(guo)能通過這(zhe)(zhe)些元(yuan)素與C+N總量的(de)(de)(de)(de)(de)比例來表(biao)示,而添加(jia)了(le)Ti元(yuan)素的(de)(de)(de)(de)(de)鋼(gang)材(cai)(cai)耐點腐蝕能力更強。這(zhe)(zhe)是因(yin)為添加(jia)了(le)鈮(ni)元(yuan)素的(de)(de)(de)(de)(de)鋼(gang)材(cai)(cai)中(zhong)含(han)有MnS,而鈦促(cu)使了(le)硫化(hua)物的(de)(de)(de)(de)(de)生成,這(zhe)(zhe)使容易引(yin)發(fa)腐蝕的(de)(de)(de)(de)(de)MnS消(xiao)失。而且鈦也(ye)有抑制蝕孔內(nei)活性溶(rong)解的(de)(de)(de)(de)(de)作用(yong)。另外(wai),中(zhong)田(tian)等(1979年)也(ye)認(ren)為在17Cr-Ti鋼(gang)中(zhong),主要原材(cai)(cai)料和介質的(de)(de)(de)(de)(de)耐蝕性也(ye)隨(sui)著鈦含(han)量的(de)(de)(de)(de)(de)增多而提高(gao),固溶(rong)鈦改善了(le)耐銹(xiu)性。
并且(qie),根(gen)據足(zu)立等(1978年)的研(yan)究,在耐(nai)蝕性更好的18Cr-2Mo中(zhong)添加(jia)鈦(tai)(tai)和鈮(ni)(ni)后,鈦(tai)(tai)和鈮(ni)(ni)的差(cha)別顯示不出(chu)來。