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(bu)銹鋼局部腐蝕的影響比較復雜。
1. 鉬、鎳、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。

氮(dan)(dan)(dan)(dan)可以改善(shan)耐點(dian)腐(fu)蝕性這一(yi)點(dian),已經在奧氏體(ti)不銹鋼(gang)中得到證實(shi),Streicherl 認為氮(dan)(dan)(dan)(dan)的(de)耐點(dian)腐(fu)蝕性效果(guo)是奧氏體(ti)相穩定(ding)化的(de)原因(yin)。此后的(de)研究(jiu)證實(shi)了氮(dan)(dan)(dan)(dan)能提高奧氏體(ti)鐵素體(ti)(雙相)不銹鋼(gang)的(de)耐點(dian)腐(fu)蝕性,并且(qie)明確了氮(dan)(dan)(dan)(dan)與奧氏體(ti)的(de)穩定(ding)度沒有直(zhi)接關系。
但是,岡(gang)田等(1972年)證實了在(zai)鐵素體(α)單相(xiang)25Cr-3Mo鋼中(zhong)添加鎳(nie)后,奧氏體相(xiang)出(chu)現,從而變成a+γ的(de)(de)雙相(xiang)不(bu)銹鋼,這樣(yang)耐(nai)點(dian)腐(fu)蝕(shi)能力就(jiu)會降低,但繼續增加鎳(nie)的(de)(de)含量后,其耐(nai)點(dian)腐(fu)蝕(shi)性重(zhong)新得(de)到改善。然后再通(tong)過熱(re)處理后,γ相(xiang)從α相(xiang)中(zhong)析(xi)出(chu),耐(nai)點(dian)腐(fu)蝕(shi)性仍舊(jiu)降低,這是因(yin)為γ相(xiang)中(zhong)的(de)(de)Cr、Mo含量減(jian)少(shao)的(de)(de)緣故。該研究結果表明,在(zai)不(bu)含氮元素的(de)(de)情況下,雙相(xiang)不(bu)銹鋼比(bi)單相(xiang)不(bu)銹鋼的(de)(de)耐(nai)點(dian)腐(fu)蝕(shi)性差(cha)。
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(ci)外(wai),小林等(deng)(1980年)針對22~25 Cr-4~8.5 Ni-1.5 Cu-0.8 Cu構(gou)成的(de)(de)(de)(de)(de)雙相鋼(gang)(gang)(gang),分析了C(0.001%~0.05%)、N(0.01%~0.2%)及(ji)Ti、REM(Rare Earth Metal)、B等(deng)元素對經過退火(huo)或高(gao)溫(wen)加熱后的(de)(de)(de)(de)(de)點(dian)腐(fu)蝕(shi)(shi)(shi)電位(wei)(wei)的(de)(de)(de)(de)(de)影(ying)響(xiang),發現碳不(bu)影(ying)響(xiang)耐點(dian)腐(fu)蝕(shi)(shi)(shi)性,氮使耐點(dian)腐(fu)蝕(shi)(shi)(shi)性升高(gao)(如圖8.9所(suo)示)。而(er)且(qie)該圖顯示在含(han)有4%的(de)(de)(de)(de)(de)鎳(nie)(nie)時(shi),即(ji)使不(bu)特(te)地添(tian)加氮元素也具有良好的(de)(de)(de)(de)(de)耐點(dian)腐(fu)蝕(shi)(shi)(shi)性,這(zhe)是因為是鐵素體單相的(de)(de)(de)(de)(de)緣故。另(ling)(ling)外(wai),越是鎳(nie)(nie)含(han)量多的(de)(de)(de)(de)(de)鋼(gang)(gang)(gang)材,氮含(han)量為0.02%~0.06%時(shi)的(de)(de)(de)(de)(de)點(dian)腐(fu)蝕(shi)(shi)(shi)電位(wei)(wei)越低,這(zhe)是鎳(nie)(nie)含(han)量引起相比例發生(sheng)變(bian)化的(de)(de)(de)(de)(de)結果。小林等(deng)人(ren)進一步得出,在含(han)氮鋼(gang)(gang)(gang)中添(tian)加0.1%以(yi)上(shang)的(de)(de)(de)(de)(de)鈦后,高(gao)溫(wen)加熱鋼(gang)(gang)(gang)材的(de)(de)(de)(de)(de)耐點(dian)腐(fu)蝕(shi)(shi)(shi)能力提(ti)高(gao),REM沒(mei)有產(chan)生(sheng)影(ying)響(xiang);另(ling)(ling)外(wai)添(tian)加0.01%左右的(de)(de)(de)(de)(de)硼后,可以(yi)通過抑制α相的(de)(de)(de)(de)(de)析出來提(ti)高(gao)耐點(dian)腐(fu)蝕(shi)(shi)(shi)性。

金子等人(ren)(ren)(1985年)研究了Ni(0.7%~17%)和(he)N(0.03%~0.2%)對(dui)23 Cr-2 Mo鋼(gang)(gang)在(zai)50℃、3.5%NaCl中的(de)點腐(fu)蝕(shi)(shi)電(dian)(dian)(dian)(dian)位(wei)、縫(feng)隙腐(fu)蝕(shi)(shi)電(dian)(dian)(dian)(dian)位(wei)及再(zai)鈍化電(dian)(dian)(dian)(dian)位(wei)所造成(cheng)的(de)影響,得出(chu)的(de)結(jie)論認為:在(zai)氮(dan)含量低(di)(0.03%以下)的(de)情況(kuang)下,點腐(fu)蝕(shi)(shi)電(dian)(dian)(dian)(dian)位(wei)隨著鎳(nie)(nie)含量發生變(bian)化,在(zai)變(bian)為雙相鋼(gang)(gang)時,點腐(fu)蝕(shi)(shi)電(dian)(dian)(dian)(dian)位(wei)最低(di),這一結(jie)果與前述岡田等人(ren)(ren)的(de)結(jie)果一致。此外(wai),金子等人(ren)(ren)還證明,氮(dan)的(de)添加使(shi)點腐(fu)蝕(shi)(shi)電(dian)(dian)(dian)(dian)位(wei)升高,經過高溫加熱(re)處理后的(de)不(bu)銹鋼(gang)(gang)點腐(fu)蝕(shi)(shi)電(dian)(dian)(dian)(dian)位(wei)下降,鎳(nie)(nie)含量較低(di)的(de)不(bu)銹鋼(gang)(gang)的(de)變(bian)化更明顯。而且還證實了縫(feng)隙腐(fu)蝕(shi)(shi)電(dian)(dian)(dian)(dian)位(wei)、點腐(fu)蝕(shi)(shi)電(dian)(dian)(dian)(dian)位(wei)及縫(feng)隙再(zai)鈍化電(dian)(dian)(dian)(dian)位(wei)受Ni、N含量的(de)影響不(bu)大。
三浦等人(1986年)通過6%FeCl3 水溶液中的(de)(de)(de)臨界點腐(fu)(fu)蝕溫(wen)度,評價了鎳(nie)(nie)及氮(dan)含量發生改變(bian)的(de)(de)(de)22 Cr-3 Mo鋼的(de)(de)(de)母(mu)材和(he)焊接(jie)(jie)金屬的(de)(de)(de)耐點腐(fu)(fu)蝕性,結果顯示氮(dan)元素使臨界點腐(fu)(fu)蝕溫(wen)度上升(sheng);鎳(nie)(nie)含量增加后(hou),母(mu)材的(de)(de)(de)臨界點腐(fu)(fu)蝕溫(wen)度降低(di),而焊接(jie)(jie)材料的(de)(de)(de)臨界點腐(fu)(fu)蝕溫(wen)度升(sheng)高,在(zai)鎳(nie)(nie)含量達到(dao)6%以(yi)上時,此溫(wen)度大致保持在(zai)一定水平。特別是在(zai)焊接(jie)(jie)金屬方面,Ni、N含量減少后(hou),冷卻過程中γ的(de)(de)(de)析(xi)出得到(dao)抑制,碳(tan)或氮(dan)不能(neng)(neng)在(zai)γ中完(wan)全固(gu)溶,導致析(xi)出物的(de)(de)(de)生成顯著,因(yin)此耐點腐(fu)(fu)蝕能(neng)(neng)力降低(di)。
另外,岡山等(1987年)分(fen)析了合(he)金(jin)(jin)元素對在25℃、12%NaCl溶液中得出(chu)的雙相(xiang)不銹(xiu)鋼(12種(zhong))脫鈍化pH(pH4)值(zhi)的影響,并(bing)把這一結果用下式(shi)(shi)表示出(chu)來(lai),其中合(he)金(jin)(jin)元素表示為mass%.該式(shi)(shi)沒(mei)有表明鉻和氮(dan)的影響。
pHd=-3.28 log Ni-0.13Mo-10.4P+2.95
2. 氮添加鋼(gang)中相比例的影響
在(zai)研究相(xiang)(xiang)(xiang)比(bi)例(li)對雙(shuang)相(xiang)(xiang)(xiang)不(bu)銹(xiu)(xiu)鋼(gang)(gang)耐(nai)點腐(fu)蝕(shi)性(xing)(xing)的(de)(de)影響時,通過改(gai)(gai)變對耐(nai)點腐(fu)蝕(shi)性(xing)(xing)影響小的(de)(de)氮(dan)含量,或改(gai)(gai)變加熱溫度來改(gai)(gai)變相(xiang)(xiang)(xiang)比(bi)例(li)。正(zheng)如(ru)前面所講到的(de)(de)岡田等人的(de)(de)研究結果,在(zai)沒有特別添加氮(dan)的(de)(de)雙(shuang)相(xiang)(xiang)(xiang)不(bu)銹(xiu)(xiu)鋼(gang)(gang)中,γ相(xiang)(xiang)(xiang)從α相(xiang)(xiang)(xiang)中析出(chu)后,γ相(xiang)(xiang)(xiang)中所含的(de)(de)Cr、Mo量比(bi)α相(xiang)(xiang)(xiang)少(shao),所以耐(nai)點腐(fu)蝕(shi)能力下降,但在(zai)添加了(le)氮(dan)元(yuan)素的(de)(de)雙(shuang)相(xiang)(xiang)(xiang)不(bu)銹(xiu)(xiu)鋼(gang)(gang)中,當相(xiang)(xiang)(xiang)比(bi)例(li)達到某(mou)一程度時,耐(nai)點腐(fu)蝕(shi)性(xing)(xing)升至最高。
長田等(deng)(1981年)(1984年)在以23Cr-1.5Mo及25Cr-1.5~3.5Mo為(wei)主要成分的(de)(de)(de)不(bu)銹鋼(gang)中添加(jia)了0.1%N,然(ran)后通過改(gai)(gai)變(bian)其(qi)中的(de)(de)(de)鎳含(han)量(liang)來改(gai)(gai)變(bian)相(xiang)比例,使其(qi)構成各種雙相(xiang)鋼(gang),然(ran)后對這些雙相(xiang)鋼(gang)進行(xing)了點腐(fu)蝕(shi)(shi)電位測(ce)(ce)(ce)定(ding)(ding)和氯化(hua)鐵浸(jin)泡試(shi)(shi)驗(yan)(yan)。該試(shi)(shi)驗(yan)(yan)結(jie)果如圖8.10所示(shi),即使Cr、Mo含(han)量(liang)相(xiang)同,當γ量(liang)達到一(yi)定(ding)(ding)范圍(30%~40%)時,耐點腐(fu)蝕(shi)(shi)能力達到最高(gao)水平。另(ling)外,酒井等(deng)人(ren)(1983年)對由鎳含(han)量(liang)發生(sheng)改(gai)(gai)變(bian)的(de)(de)(de)25Cr和22Cr-3Mo-0.15N-xNi組(zu)成的(de)(de)(de)雙相(xiang)不(bu)銹鋼(gang),進行(xing)了氯化(hua)鐵浸(jin)泡試(shi)(shi)驗(yan)(yan)來測(ce)(ce)(ce)定(ding)(ding)其(qi)耐點腐(fu)蝕(shi)(shi)性(xing),結(jie)果顯示(shi)γ量(liang)在50%左右(you)時,耐點腐(fu)蝕(shi)(shi)性(xing)最好。另(ling)一(yi)方面(mian),藤原等(deng)(1987年)把SUS329J3L 和相(xiang)當于(yu)329J4L的(de)(de)(de)鋼(gang)材進行(xing)高(gao)溫處理,以改(gai)(gai)變(bian)相(xiang)比例,然(ran)后通過氯化(hua)鐵浸(jin)泡試(shi)(shi)驗(yan)(yan)來檢(jian)測(ce)(ce)(ce)耐點腐(fu)蝕(shi)(shi)性(xing)。該試(shi)(shi)驗(yan)(yan)結(jie)果同樣顯示(shi)在γ相(xiang)達到某一(yi)比例時,耐點腐(fu)蝕(shi)(shi)性(xing)為(wei)最高(gao)。

如上所述,相(xiang)(xiang)(xiang)(xiang)比(bi)例(li)達到(dao)某一(yi)程度時,耐(nai)(nai)點(dian)(dian)(dian)腐(fu)(fu)蝕(shi)(shi)(shi)性(xing)達到(dao)最高(gao)水平(ping)。根本等(deng)人(1987年)證實了,這(zhe)一(yi)相(xiang)(xiang)(xiang)(xiang)比(bi)例(li)的(de)(de)(de)出(chu)(chu)現是由改善耐(nai)(nai)點(dian)(dian)(dian)腐(fu)(fu)蝕(shi)(shi)(shi)性(xing)的(de)(de)(de)元(yuan)素Cr、Mo、N在(zai)各相(xiang)(xiang)(xiang)(xiang)中的(de)(de)(de)構(gou)成(cheng)不(bu)同而引起的(de)(de)(de)。圖(tu)8.11模式化地表明了相(xiang)(xiang)(xiang)(xiang)比(bi)例(li)對(dui)(dui)雙(shuang)相(xiang)(xiang)(xiang)(xiang)不(bu)銹鋼(gang)(gang)耐(nai)(nai)點(dian)(dian)(dian)腐(fu)(fu)蝕(shi)(shi)(shi)性(xing)的(de)(de)(de)影(ying)響,其中豎軸表示根據Cr、Mo、N在(zai)各相(xiang)(xiang)(xiang)(xiang)中的(de)(de)(de)含量(liang)所得(de)出(chu)(chu)的(de)(de)(de)耐(nai)(nai)點(dian)(dian)(dian)腐(fu)(fu)蝕(shi)(shi)(shi)性(xing)指數(shu),而Cr、Mo、N均為能(neng)顯著提高(gao)耐(nai)(nai)點(dian)(dian)(dian)腐(fu)(fu)蝕(shi)(shi)(shi)性(xing)的(de)(de)(de)元(yuan)素。當(dang)鐵素體(ti)(ti)單相(xiang)(xiang)(xiang)(xiang)的(de)(de)(de)耐(nai)(nai)點(dian)(dian)(dian)腐(fu)(fu)蝕(shi)(shi)(shi)指數(shu)為a時,添加對(dui)(dui)耐(nai)(nai)點(dian)(dian)(dian)腐(fu)(fu)蝕(shi)(shi)(shi)性(xing)影(ying)響較小的(de)(de)(de)鎳元(yuan)素使之成(cheng)為由雙(shuang)相(xiang)(xiang)(xiang)(xiang)構(gou)成(cheng),這(zhe)樣鐵素體(ti)(ti)的(de)(de)(de)生成(cheng)元(yuan)素Cr、Mo就固溶在(zai)鐵素體(ti)(ti)相(xiang)(xiang)(xiang)(xiang)中,因此(ci)該(gai)相(xiang)(xiang)(xiang)(xiang)的(de)(de)(de)耐(nai)(nai)點(dian)(dian)(dian)腐(fu)(fu)蝕(shi)(shi)(shi)性(xing)升高(gao);而在(zai)奧(ao)氏(shi)體(ti)(ti)相(xiang)(xiang)(xiang)(xiang)方面,雖(sui)然Cr、Mo含量(liang)有(you)所減少,但奧(ao)氏(shi)體(ti)(ti)的(de)(de)(de)生成(cheng)元(yuan)素氮(dan)固溶在(zai)奧(ao)氏(shi)體(ti)(ti)相(xiang)(xiang)(xiang)(xiang)中,因此(ci)仍(reng)然表現出(chu)(chu)良(liang)好的(de)(de)(de)耐(nai)(nai)點(dian)(dian)(dian)腐(fu)(fu)蝕(shi)(shi)(shi)能(neng)力。當(dang)相(xiang)(xiang)(xiang)(xiang)比(bi)例(li)達到(dao)沒有(you)析出(chu)(chu)物質、兩相(xiang)(xiang)(xiang)(xiang)的(de)(de)(de)耐(nai)(nai)點(dian)(dian)(dian)腐(fu)(fu)蝕(shi)(shi)(shi)性(xing)一(yi)致(圖(tu)中的(de)(de)(de)箭頭位(wei)置(zhi))時,這(zhe)種雙(shuang)相(xiang)(xiang)(xiang)(xiang)不(bu)銹鋼(gang)(gang)呈現出(chu)(chu)最強的(de)(de)(de)耐(nai)(nai)點(dian)(dian)(dian)腐(fu)(fu)蝕(shi)(shi)(shi)能(neng)力。可以根據這(zhe)類圖(tu)斷定,在(zai)奧(ao)氏(shi)體(ti)(ti)不(bu)銹鋼(gang)(gang)或鐵素體(ti)(ti)不(bu)銹鋼(gang)(gang)中分別有(you)鐵素體(ti)(ti)相(xiang)(xiang)(xiang)(xiang)或奧(ao)氏(shi)體(ti)(ti)相(xiang)(xiang)(xiang)(xiang)析出(chu)(chu)的(de)(de)(de)情況下,不(bu)管哪一(yi)相(xiang)(xiang)(xiang)(xiang)都容易(yi)發(fa)生點(dian)(dian)(dian)腐(fu)(fu)蝕(shi)(shi)(shi)。

