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局部腐蝕的影響比較復雜。
1. 鉬、鎳、氮元素的影(ying)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。
氮可以改(gai)善耐點(dian)腐(fu)(fu)(fu)蝕(shi)性這一點(dian),已經在奧(ao)氏(shi)(shi)體(ti)(ti)不銹鋼中得(de)到證(zheng)實,Streicherl 認為氮的(de)耐點(dian)腐(fu)(fu)(fu)蝕(shi)性效果(guo)是(shi)奧(ao)氏(shi)(shi)體(ti)(ti)相(xiang)穩定化的(de)原(yuan)因。此后的(de)研究證(zheng)實了(le)氮能提高(gao)奧(ao)氏(shi)(shi)體(ti)(ti)鐵素體(ti)(ti)(雙(shuang)相(xiang))不銹鋼的(de)耐點(dian)腐(fu)(fu)(fu)蝕(shi)性,并且明確了(le)氮與奧(ao)氏(shi)(shi)體(ti)(ti)的(de)穩定度沒有直(zhi)接關系(xi)。
但是,岡田等(deng)(1972年)證實了在(zai)鐵素(su)體(α)單相(xiang)(xiang)25Cr-3Mo鋼(gang)中添加鎳后(hou),奧氏體相(xiang)(xiang)出(chu)現(xian),從而(er)變(bian)成a+γ的雙相(xiang)(xiang)不銹(xiu)鋼(gang),這樣耐(nai)點腐(fu)蝕(shi)(shi)能力就會降低,但繼續增加鎳的含量后(hou),其(qi)耐(nai)點腐(fu)蝕(shi)(shi)性(xing)重新得到改善(shan)。然(ran)后(hou)再(zai)通過熱處理后(hou),γ相(xiang)(xiang)從α相(xiang)(xiang)中析出(chu),耐(nai)點腐(fu)蝕(shi)(shi)性(xing)仍舊降低,這是因(yin)為(wei)γ相(xiang)(xiang)中的Cr、Mo含量減少的緣故。該研究結果表明,在(zai)不含氮元素(su)的情況下(xia),雙相(xiang)(xiang)不銹(xiu)鋼(gang)比單相(xiang)(xiang)不銹(xiu)鋼(gang)的耐(nai)點腐(fu)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,小林等(1980年)針對22~25 Cr-4~8.5 Ni-1.5 Cu-0.8 Cu構成的(de)(de)雙相(xiang)(xiang)鋼,分析了C(0.001%~0.05%)、N(0.01%~0.2%)及Ti、REM(Rare Earth Metal)、B等元(yuan)素(su)對經(jing)過退火或高(gao)溫加(jia)熱后(hou)的(de)(de)點(dian)腐(fu)蝕(shi)電位的(de)(de)影(ying)響(xiang),發(fa)現碳不影(ying)響(xiang)耐(nai)點(dian)腐(fu)蝕(shi)性,氮使(shi)(shi)耐(nai)點(dian)腐(fu)蝕(shi)性升高(gao)(如圖(tu)8.9所(suo)示(shi))。而且(qie)該圖(tu)顯示(shi)在(zai)含(han)(han)(han)有(you)4%的(de)(de)鎳(nie)時,即使(shi)(shi)不特地(di)添加(jia)氮元(yuan)素(su)也具有(you)良好的(de)(de)耐(nai)點(dian)腐(fu)蝕(shi)性,這(zhe)是(shi)因為(wei)是(shi)鐵素(su)體單相(xiang)(xiang)的(de)(de)緣故。另外,越是(shi)鎳(nie)含(han)(han)(han)量(liang)多的(de)(de)鋼材,氮含(han)(han)(han)量(liang)為(wei)0.02%~0.06%時的(de)(de)點(dian)腐(fu)蝕(shi)電位越低,這(zhe)是(shi)鎳(nie)含(han)(han)(han)量(liang)引起相(xiang)(xiang)比例發(fa)生變化的(de)(de)結(jie)果。小林等人進一(yi)步得出(chu),在(zai)含(han)(han)(han)氮鋼中(zhong)添加(jia)0.1%以(yi)上的(de)(de)鈦后(hou),高(gao)溫加(jia)熱鋼材的(de)(de)耐(nai)點(dian)腐(fu)蝕(shi)能力提(ti)高(gao),REM沒有(you)產生影(ying)響(xiang);另外添加(jia)0.01%左右的(de)(de)硼后(hou),可(ke)以(yi)通過抑(yi)制α相(xiang)(xiang)的(de)(de)析出(chu)來提(ti)高(gao)耐(nai)點(dian)腐(fu)蝕(shi)性。
金子(zi)等(deng)人(ren)(1985年)研究了(le)Ni(0.7%~17%)和N(0.03%~0.2%)對23 Cr-2 Mo鋼(gang)在(zai)50℃、3.5%NaCl中(zhong)的(de)(de)(de)點(dian)腐(fu)蝕(shi)(shi)(shi)電位(wei)、縫(feng)隙腐(fu)蝕(shi)(shi)(shi)電位(wei)及(ji)再(zai)(zai)鈍(dun)化電位(wei)所造成的(de)(de)(de)影響,得出的(de)(de)(de)結(jie)論(lun)認(ren)為(wei):在(zai)氮含量低(0.03%以下(xia)(xia))的(de)(de)(de)情況下(xia)(xia),點(dian)腐(fu)蝕(shi)(shi)(shi)電位(wei)隨著鎳含量發生變(bian)化,在(zai)變(bian)為(wei)雙相(xiang)鋼(gang)時,點(dian)腐(fu)蝕(shi)(shi)(shi)電位(wei)最低,這一結(jie)果(guo)與(yu)前(qian)述岡田等(deng)人(ren)的(de)(de)(de)結(jie)果(guo)一致。此外(wai),金子(zi)等(deng)人(ren)還(huan)證明(ming),氮的(de)(de)(de)添加(jia)使點(dian)腐(fu)蝕(shi)(shi)(shi)電位(wei)升高(gao),經過高(gao)溫加(jia)熱處(chu)理后的(de)(de)(de)不(bu)銹鋼(gang)點(dian)腐(fu)蝕(shi)(shi)(shi)電位(wei)下(xia)(xia)降,鎳含量較低的(de)(de)(de)不(bu)銹鋼(gang)的(de)(de)(de)變(bian)化更明(ming)顯。而且還(huan)證實了(le)縫(feng)隙腐(fu)蝕(shi)(shi)(shi)電位(wei)、點(dian)腐(fu)蝕(shi)(shi)(shi)電位(wei)及(ji)縫(feng)隙再(zai)(zai)鈍(dun)化電位(wei)受Ni、N含量的(de)(de)(de)影響不(bu)大。
三浦等人(1986年)通過6%FeCl3 水溶液中的(de)(de)(de)(de)(de)臨(lin)界點(dian)腐(fu)蝕(shi)溫(wen)度(du)(du),評價了鎳(nie)及(ji)氮(dan)含量(liang)發生改變的(de)(de)(de)(de)(de)22 Cr-3 Mo鋼的(de)(de)(de)(de)(de)母材和焊接(jie)金屬的(de)(de)(de)(de)(de)耐點(dian)腐(fu)蝕(shi)性(xing),結果(guo)顯(xian)(xian)示氮(dan)元素(su)使臨(lin)界點(dian)腐(fu)蝕(shi)溫(wen)度(du)(du)上(shang)(shang)升(sheng);鎳(nie)含量(liang)增加后,母材的(de)(de)(de)(de)(de)臨(lin)界點(dian)腐(fu)蝕(shi)溫(wen)度(du)(du)降低(di)(di),而焊接(jie)材料的(de)(de)(de)(de)(de)臨(lin)界點(dian)腐(fu)蝕(shi)溫(wen)度(du)(du)升(sheng)高,在鎳(nie)含量(liang)達到(dao)6%以上(shang)(shang)時,此溫(wen)度(du)(du)大致保持在一(yi)定水平。特別是在焊接(jie)金屬方(fang)面,Ni、N含量(liang)減少后,冷卻(que)過程中γ的(de)(de)(de)(de)(de)析出(chu)得到(dao)抑(yi)制,碳(tan)或氮(dan)不能在γ中完全固溶,導(dao)致析出(chu)物的(de)(de)(de)(de)(de)生成顯(xian)(xian)著(zhu),因此耐點(dian)腐(fu)蝕(shi)能力(li)降低(di)(di)。
另外,岡山等(deng)(1987年)分析了合金(jin)元素對在25℃、12%NaCl溶液(ye)中得出(chu)的雙相(xiang)不銹鋼(12種(zhong))脫(tuo)鈍(dun)化pH(pH4)值的影(ying)響(xiang),并把這一(yi)結果用(yong)下式表(biao)示出(chu)來,其中合金(jin)元素表(biao)示為mass%.該式沒(mei)有表(biao)明鉻和氮的影(ying)響(xiang)。
pHd=-3.28 log Ni-0.13Mo-10.4P+2.95
2. 氮(dan)添(tian)加鋼中相比例的影響
在研(yan)究(jiu)相比例對雙相不銹(xiu)鋼(gang)(gang)耐點腐(fu)(fu)蝕(shi)性的(de)影響(xiang)時,通過(guo)改變(bian)對耐點腐(fu)(fu)蝕(shi)性影響(xiang)小的(de)氮(dan)(dan)含量,或改變(bian)加(jia)熱溫度(du)來(lai)改變(bian)相比例。正如前(qian)面所講到的(de)岡田等人的(de)研(yan)究(jiu)結果,在沒有特別添(tian)加(jia)氮(dan)(dan)的(de)雙相不銹(xiu)鋼(gang)(gang)中(zhong),γ相從α相中(zhong)析(xi)出(chu)后(hou),γ相中(zhong)所含的(de)Cr、Mo量比α相少,所以(yi)耐點腐(fu)(fu)蝕(shi)能力下(xia)降,但在添(tian)加(jia)了(le)氮(dan)(dan)元素的(de)雙相不銹(xiu)鋼(gang)(gang)中(zhong),當(dang)相比例達到某一程(cheng)度(du)時,耐點腐(fu)(fu)蝕(shi)性升至最(zui)高。
長田等(deng)(1981年(nian))(1984年(nian))在(zai)以(yi)23Cr-1.5Mo及25Cr-1.5~3.5Mo為(wei)主要成(cheng)(cheng)分(fen)的(de)不(bu)銹(xiu)鋼(gang)中添加了0.1%N,然后通(tong)過改變(bian)其中的(de)鎳(nie)含(han)量來改變(bian)相(xiang)比(bi)例(li),使(shi)其構(gou)成(cheng)(cheng)各種雙相(xiang)鋼(gang),然后對這些雙相(xiang)鋼(gang)進行了點(dian)(dian)腐(fu)(fu)(fu)(fu)蝕電(dian)位測(ce)定(ding)(ding)和氯化(hua)(hua)鐵(tie)浸泡試(shi)(shi)驗(yan)。該試(shi)(shi)驗(yan)結果(guo)(guo)如(ru)圖8.10所示,即使(shi)Cr、Mo含(han)量相(xiang)同,當(dang)γ量達(da)(da)到(dao)一(yi)定(ding)(ding)范(fan)圍(wei)(30%~40%)時,耐點(dian)(dian)腐(fu)(fu)(fu)(fu)蝕能力達(da)(da)到(dao)最(zui)高水平。另外(wai),酒井等(deng)人(1983年(nian))對由鎳(nie)含(han)量發(fa)生改變(bian)的(de)25Cr和22Cr-3Mo-0.15N-xNi組成(cheng)(cheng)的(de)雙相(xiang)不(bu)銹(xiu)鋼(gang),進行了氯化(hua)(hua)鐵(tie)浸泡試(shi)(shi)驗(yan)來測(ce)定(ding)(ding)其耐點(dian)(dian)腐(fu)(fu)(fu)(fu)蝕性,結果(guo)(guo)顯(xian)示γ量在(zai)50%左右時,耐點(dian)(dian)腐(fu)(fu)(fu)(fu)蝕性最(zui)好(hao)。另一(yi)方面,藤原等(deng)(1987年(nian))把SUS329J3L 和相(xiang)當(dang)于(yu)329J4L的(de)鋼(gang)材進行高溫處理,以(yi)改變(bian)相(xiang)比(bi)例(li),然后通(tong)過氯化(hua)(hua)鐵(tie)浸泡試(shi)(shi)驗(yan)來檢測(ce)耐點(dian)(dian)腐(fu)(fu)(fu)(fu)蝕性。該試(shi)(shi)驗(yan)結果(guo)(guo)同樣顯(xian)示在(zai)γ相(xiang)達(da)(da)到(dao)某一(yi)比(bi)例(li)時,耐點(dian)(dian)腐(fu)(fu)(fu)(fu)蝕性為(wei)最(zui)高。
如上所(suo)述,相(xiang)(xiang)(xiang)(xiang)比例(li)達(da)到(dao)某(mou)一程度時(shi),耐(nai)(nai)點(dian)腐(fu)(fu)蝕(shi)(shi)(shi)性(xing)達(da)到(dao)最高水平。根(gen)(gen)本等人(1987年)證實了(le),這(zhe)(zhe)一相(xiang)(xiang)(xiang)(xiang)比例(li)的(de)(de)(de)出(chu)(chu)(chu)(chu)現(xian)是由(you)(you)改善(shan)耐(nai)(nai)點(dian)腐(fu)(fu)蝕(shi)(shi)(shi)性(xing)的(de)(de)(de)元(yuan)(yuan)素(su)(su)(su)Cr、Mo、N在(zai)(zai)(zai)各相(xiang)(xiang)(xiang)(xiang)中(zhong)(zhong)的(de)(de)(de)構(gou)成不(bu)同而(er)(er)引(yin)起的(de)(de)(de)。圖8.11模式化地表明了(le)相(xiang)(xiang)(xiang)(xiang)比例(li)對雙(shuang)(shuang)相(xiang)(xiang)(xiang)(xiang)不(bu)銹鋼耐(nai)(nai)點(dian)腐(fu)(fu)蝕(shi)(shi)(shi)性(xing)的(de)(de)(de)影響(xiang),其中(zhong)(zhong)豎(shu)軸表示根(gen)(gen)據Cr、Mo、N在(zai)(zai)(zai)各相(xiang)(xiang)(xiang)(xiang)中(zhong)(zhong)的(de)(de)(de)含量(liang)所(suo)得出(chu)(chu)(chu)(chu)的(de)(de)(de)耐(nai)(nai)點(dian)腐(fu)(fu)蝕(shi)(shi)(shi)性(xing)指數(shu),而(er)(er)Cr、Mo、N均為(wei)能顯著提高耐(nai)(nai)點(dian)腐(fu)(fu)蝕(shi)(shi)(shi)性(xing)的(de)(de)(de)元(yuan)(yuan)素(su)(su)(su)。當(dang)鐵(tie)素(su)(su)(su)體(ti)(ti)單(dan)相(xiang)(xiang)(xiang)(xiang)的(de)(de)(de)耐(nai)(nai)點(dian)腐(fu)(fu)蝕(shi)(shi)(shi)指數(shu)為(wei)a時(shi),添加對耐(nai)(nai)點(dian)腐(fu)(fu)蝕(shi)(shi)(shi)性(xing)影響(xiang)較小的(de)(de)(de)鎳元(yuan)(yuan)素(su)(su)(su)使之(zhi)成為(wei)由(you)(you)雙(shuang)(shuang)相(xiang)(xiang)(xiang)(xiang)構(gou)成,這(zhe)(zhe)樣鐵(tie)素(su)(su)(su)體(ti)(ti)的(de)(de)(de)生(sheng)成元(yuan)(yuan)素(su)(su)(su)Cr、Mo就固溶(rong)在(zai)(zai)(zai)鐵(tie)素(su)(su)(su)體(ti)(ti)相(xiang)(xiang)(xiang)(xiang)中(zhong)(zhong),因此(ci)該(gai)相(xiang)(xiang)(xiang)(xiang)的(de)(de)(de)耐(nai)(nai)點(dian)腐(fu)(fu)蝕(shi)(shi)(shi)性(xing)升高;而(er)(er)在(zai)(zai)(zai)奧(ao)氏(shi)(shi)(shi)體(ti)(ti)相(xiang)(xiang)(xiang)(xiang)方面,雖然Cr、Mo含量(liang)有所(suo)減(jian)少,但奧(ao)氏(shi)(shi)(shi)體(ti)(ti)的(de)(de)(de)生(sheng)成元(yuan)(yuan)素(su)(su)(su)氮固溶(rong)在(zai)(zai)(zai)奧(ao)氏(shi)(shi)(shi)體(ti)(ti)相(xiang)(xiang)(xiang)(xiang)中(zhong)(zhong),因此(ci)仍然表現(xian)出(chu)(chu)(chu)(chu)良好的(de)(de)(de)耐(nai)(nai)點(dian)腐(fu)(fu)蝕(shi)(shi)(shi)能力(li)。當(dang)相(xiang)(xiang)(xiang)(xiang)比例(li)達(da)到(dao)沒有析(xi)(xi)出(chu)(chu)(chu)(chu)物(wu)質、兩相(xiang)(xiang)(xiang)(xiang)的(de)(de)(de)耐(nai)(nai)點(dian)腐(fu)(fu)蝕(shi)(shi)(shi)性(xing)一致(圖中(zhong)(zhong)的(de)(de)(de)箭(jian)頭位(wei)置)時(shi),這(zhe)(zhe)種雙(shuang)(shuang)相(xiang)(xiang)(xiang)(xiang)不(bu)銹鋼呈現(xian)出(chu)(chu)(chu)(chu)最強的(de)(de)(de)耐(nai)(nai)點(dian)腐(fu)(fu)蝕(shi)(shi)(shi)能力(li)。可以(yi)根(gen)(gen)據這(zhe)(zhe)類圖斷(duan)定,在(zai)(zai)(zai)奧(ao)氏(shi)(shi)(shi)體(ti)(ti)不(bu)銹鋼或鐵(tie)素(su)(su)(su)體(ti)(ti)不(bu)銹鋼中(zhong)(zhong)分別(bie)有鐵(tie)素(su)(su)(su)體(ti)(ti)相(xiang)(xiang)(xiang)(xiang)或奧(ao)氏(shi)(shi)(shi)體(ti)(ti)相(xiang)(xiang)(xiang)(xiang)析(xi)(xi)出(chu)(chu)(chu)(chu)的(de)(de)(de)情(qing)況下,不(bu)管哪一相(xiang)(xiang)(xiang)(xiang)都容易發生(sheng)點(dian)腐(fu)(fu)蝕(shi)(shi)(shi)。