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)(dan)可(ke)以改善耐點腐蝕(shi)性(xing)這一點,已經在奧氏(shi)(shi)體不銹(xiu)鋼中得到證(zheng)實(shi)(shi),Streicherl 認為氮(dan)(dan)的(de)耐點腐蝕(shi)性(xing)效果是(shi)奧氏(shi)(shi)體相穩定化的(de)原因。此后的(de)研(yan)究證(zheng)實(shi)(shi)了氮(dan)(dan)能提(ti)高奧氏(shi)(shi)體鐵素(su)體(雙相)不銹(xiu)鋼的(de)耐點腐蝕(shi)性(xing),并(bing)且明確了氮(dan)(dan)與奧氏(shi)(shi)體的(de)穩定度沒有(you)直(zhi)接關(guan)系。


  但(dan)是,岡田等(1972年(nian))證實了在(zai)鐵素體(α)單(dan)相(xiang)(xiang)(xiang)25Cr-3Mo鋼(gang)中添(tian)加(jia)鎳(nie)后,奧(ao)氏體相(xiang)(xiang)(xiang)出現(xian),從而變成a+γ的(de)(de)雙(shuang)(shuang)相(xiang)(xiang)(xiang)不(bu)(bu)銹鋼(gang),這(zhe)樣耐(nai)(nai)點腐(fu)(fu)蝕(shi)能(neng)力(li)就會降低(di),但(dan)繼續(xu)增加(jia)鎳(nie)的(de)(de)含(han)量(liang)后,其耐(nai)(nai)點腐(fu)(fu)蝕(shi)性(xing)重新得(de)到(dao)改善。然后再通過熱(re)處理后,γ相(xiang)(xiang)(xiang)從α相(xiang)(xiang)(xiang)中析(xi)出,耐(nai)(nai)點腐(fu)(fu)蝕(shi)性(xing)仍(reng)舊(jiu)降低(di),這(zhe)是因為(wei)γ相(xiang)(xiang)(xiang)中的(de)(de)Cr、Mo含(han)量(liang)減少的(de)(de)緣故。該(gai)研(yan)究結果(guo)表明,在(zai)不(bu)(bu)含(han)氮元(yuan)素的(de)(de)情況下,雙(shuang)(shuang)相(xiang)(xiang)(xiang)不(bu)(bu)銹鋼(gang)比(bi)單(dan)相(xiang)(xiang)(xiang)不(bu)(bu)銹鋼(gang)的(de)(de)耐(nai)(nai)點腐(fu)(fu)蝕(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(wai),小林(lin)等(deng)(deng)(1980年)針(zhen)對(dui)(dui)22~25 Cr-4~8.5 Ni-1.5 Cu-0.8 Cu構成的(de)(de)(de)雙(shuang)相(xiang)(xiang)鋼(gang)(gang),分(fen)析了C(0.001%~0.05%)、N(0.01%~0.2%)及Ti、REM(Rare Earth Metal)、B等(deng)(deng)元(yuan)素對(dui)(dui)經(jing)過退(tui)火或高(gao)溫加熱后(hou)的(de)(de)(de)點(dian)(dian)腐(fu)(fu)蝕(shi)(shi)(shi)電位(wei)(wei)的(de)(de)(de)影(ying)(ying)響,發(fa)現碳不影(ying)(ying)響耐(nai)點(dian)(dian)腐(fu)(fu)蝕(shi)(shi)(shi)性(xing)(xing),氮(dan)使(shi)耐(nai)點(dian)(dian)腐(fu)(fu)蝕(shi)(shi)(shi)性(xing)(xing)升高(gao)(如(ru)圖8.9所示)。而且該圖顯示在(zai)含(han)(han)有4%的(de)(de)(de)鎳(nie)時,即使(shi)不特地添加氮(dan)元(yuan)素也具有良好的(de)(de)(de)耐(nai)點(dian)(dian)腐(fu)(fu)蝕(shi)(shi)(shi)性(xing)(xing),這(zhe)是因為(wei)是鐵(tie)素體單(dan)相(xiang)(xiang)的(de)(de)(de)緣故(gu)。另外(wai),越(yue)是鎳(nie)含(han)(han)量多的(de)(de)(de)鋼(gang)(gang)材,氮(dan)含(han)(han)量為(wei)0.02%~0.06%時的(de)(de)(de)點(dian)(dian)腐(fu)(fu)蝕(shi)(shi)(shi)電位(wei)(wei)越(yue)低,這(zhe)是鎳(nie)含(han)(han)量引(yin)起相(xiang)(xiang)比例發(fa)生(sheng)變(bian)化的(de)(de)(de)結果(guo)。小林(lin)等(deng)(deng)人進一步(bu)得出,在(zai)含(han)(han)氮(dan)鋼(gang)(gang)中添加0.1%以上的(de)(de)(de)鈦(tai)后(hou),高(gao)溫加熱鋼(gang)(gang)材的(de)(de)(de)耐(nai)點(dian)(dian)腐(fu)(fu)蝕(shi)(shi)(shi)能力(li)提高(gao),REM沒有產(chan)生(sheng)影(ying)(ying)響;另外(wai)添加0.01%左右的(de)(de)(de)硼后(hou),可以通(tong)過抑(yi)制α相(xiang)(xiang)的(de)(de)(de)析出來提高(gao)耐(nai)點(dian)(dian)腐(fu)(fu)蝕(shi)(shi)(shi)性(xing)(xing)。


圖 9.jpg


金(jin)(jin)子(zi)等人(1985年)研究了Ni(0.7%~17%)和N(0.03%~0.2%)對23 Cr-2 Mo鋼(gang)在50℃、3.5%NaCl中的(de)(de)點(dian)(dian)(dian)(dian)腐(fu)(fu)蝕電位(wei)(wei)(wei)(wei)、縫(feng)(feng)隙腐(fu)(fu)蝕電位(wei)(wei)(wei)(wei)及(ji)再鈍化電位(wei)(wei)(wei)(wei)所造(zao)成的(de)(de)影(ying)響(xiang),得(de)出的(de)(de)結(jie)論認為:在氮含(han)量(liang)低(0.03%以下)的(de)(de)情況下,點(dian)(dian)(dian)(dian)腐(fu)(fu)蝕電位(wei)(wei)(wei)(wei)隨著鎳(nie)含(han)量(liang)發(fa)生變(bian)化,在變(bian)為雙相鋼(gang)時,點(dian)(dian)(dian)(dian)腐(fu)(fu)蝕電位(wei)(wei)(wei)(wei)最低,這一(yi)結(jie)果與前述岡田等人的(de)(de)結(jie)果一(yi)致。此外,金(jin)(jin)子(zi)等人還證明,氮的(de)(de)添加使(shi)點(dian)(dian)(dian)(dian)腐(fu)(fu)蝕電位(wei)(wei)(wei)(wei)升高(gao),經過高(gao)溫加熱處(chu)理后的(de)(de)不銹鋼(gang)點(dian)(dian)(dian)(dian)腐(fu)(fu)蝕電位(wei)(wei)(wei)(wei)下降,鎳(nie)含(han)量(liang)較(jiao)低的(de)(de)不銹鋼(gang)的(de)(de)變(bian)化更(geng)明顯。而(er)且(qie)還證實(shi)了縫(feng)(feng)隙腐(fu)(fu)蝕電位(wei)(wei)(wei)(wei)、點(dian)(dian)(dian)(dian)腐(fu)(fu)蝕電位(wei)(wei)(wei)(wei)及(ji)縫(feng)(feng)隙再鈍化電位(wei)(wei)(wei)(wei)受Ni、N含(han)量(liang)的(de)(de)影(ying)響(xiang)不大(da)。


三浦(pu)等人(1986年(nian))通過6%FeCl3 水(shui)溶液中的(de)(de)(de)臨界點腐(fu)(fu)(fu)蝕(shi)溫(wen)度(du)(du)(du),評(ping)價了鎳(nie)及(ji)氮(dan)(dan)含量發生(sheng)(sheng)改變的(de)(de)(de)22 Cr-3 Mo鋼的(de)(de)(de)母(mu)材和(he)焊接金屬的(de)(de)(de)耐(nai)點腐(fu)(fu)(fu)蝕(shi)性,結果顯示(shi)氮(dan)(dan)元素使臨界點腐(fu)(fu)(fu)蝕(shi)溫(wen)度(du)(du)(du)上(shang)升;鎳(nie)含量增(zeng)加(jia)后,母(mu)材的(de)(de)(de)臨界點腐(fu)(fu)(fu)蝕(shi)溫(wen)度(du)(du)(du)降(jiang)低(di),而焊接材料的(de)(de)(de)臨界點腐(fu)(fu)(fu)蝕(shi)溫(wen)度(du)(du)(du)升高(gao),在(zai)鎳(nie)含量達到6%以上(shang)時,此溫(wen)度(du)(du)(du)大(da)致保持在(zai)一(yi)定水(shui)平。特(te)別(bie)是在(zai)焊接金屬方(fang)面(mian),Ni、N含量減少(shao)后,冷(leng)卻(que)過程中γ的(de)(de)(de)析出(chu)得到抑制,碳或氮(dan)(dan)不能在(zai)γ中完全固溶,導致析出(chu)物的(de)(de)(de)生(sheng)(sheng)成(cheng)顯著,因此耐(nai)點腐(fu)(fu)(fu)蝕(shi)能力降(jiang)低(di)。


另外,岡山等(deng)(1987年)分析(xi)了合(he)金(jin)元素對(dui)在25℃、12%NaCl溶液中(zhong)得(de)出的雙相不銹(xiu)鋼(gang)(12種)脫鈍化pH(pH4)值的影響,并把這一結果用下(xia)式表示(shi)出來,其中(zhong)合(he)金(jin)元素表示(shi)為mass%.該(gai)式沒有(you)表明鉻和氮的影響。


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



2. 氮添加鋼中相比例的(de)影響


 在(zai)研(yan)(yan)究相(xiang)比例對(dui)雙(shuang)(shuang)相(xiang)不(bu)銹(xiu)鋼耐點(dian)腐(fu)蝕(shi)(shi)性(xing)的(de)影(ying)響(xiang)時,通過改(gai)變對(dui)耐點(dian)腐(fu)蝕(shi)(shi)性(xing)影(ying)響(xiang)小(xiao)的(de)氮(dan)含(han)量(liang),或(huo)改(gai)變加熱溫度(du)來改(gai)變相(xiang)比例。正如前面所講到的(de)岡田(tian)等人的(de)研(yan)(yan)究結果,在(zai)沒有(you)特別添(tian)(tian)加氮(dan)的(de)雙(shuang)(shuang)相(xiang)不(bu)銹(xiu)鋼中,γ相(xiang)從(cong)α相(xiang)中析出后(hou),γ相(xiang)中所含(han)的(de)Cr、Mo量(liang)比α相(xiang)少,所以耐點(dian)腐(fu)蝕(shi)(shi)能力下降,但在(zai)添(tian)(tian)加了氮(dan)元素的(de)雙(shuang)(shuang)相(xiang)不(bu)銹(xiu)鋼中,當相(xiang)比例達到某一(yi)程(cheng)度(du)時,耐點(dian)腐(fu)蝕(shi)(shi)性(xing)升(sheng)至最高。


 長(chang)田等(deng)(1981年)(1984年)在以(yi)23Cr-1.5Mo及25Cr-1.5~3.5Mo為主要成分(fen)的不銹鋼(gang)中添加了(le)0.1%N,然(ran)后通過改變其(qi)中的鎳含(han)(han)量來(lai)(lai)改變相比(bi)例,使其(qi)構成各種(zhong)雙相鋼(gang),然(ran)后對(dui)這些雙相鋼(gang)進(jin)(jin)行了(le)點(dian)腐(fu)蝕(shi)電位(wei)測定(ding)和氯(lv)(lv)化鐵浸(jin)泡(pao)試驗(yan)。該(gai)試驗(yan)結果如圖(tu)8.10所示(shi)(shi),即使Cr、Mo含(han)(han)量相同(tong),當γ量達到一定(ding)范圍(wei)(30%~40%)時,耐點(dian)腐(fu)蝕(shi)能力達到最(zui)高(gao)水平。另(ling)(ling)外(wai),酒(jiu)井等(deng)人(ren)(1983年)對(dui)由鎳含(han)(han)量發(fa)生改變的25Cr和22Cr-3Mo-0.15N-xNi組成的雙相不銹鋼(gang),進(jin)(jin)行了(le)氯(lv)(lv)化鐵浸(jin)泡(pao)試驗(yan)來(lai)(lai)測定(ding)其(qi)耐點(dian)腐(fu)蝕(shi)性(xing),結果顯示(shi)(shi)γ量在50%左右時,耐點(dian)腐(fu)蝕(shi)性(xing)最(zui)好。另(ling)(ling)一方面,藤原等(deng)(1987年)把SUS329J3L 和相當于(yu)329J4L的鋼(gang)材進(jin)(jin)行高(gao)溫處理,以(yi)改變相比(bi)例,然(ran)后通過氯(lv)(lv)化鐵浸(jin)泡(pao)試驗(yan)來(lai)(lai)檢測耐點(dian)腐(fu)蝕(shi)性(xing)。該(gai)試驗(yan)結果同(tong)樣顯示(shi)(shi)在γ相達到某一比(bi)例時,耐點(dian)腐(fu)蝕(shi)性(xing)為最(zui)高(gao)。


圖 10.jpg


 如上(shang)所(suo)述,相(xiang)(xiang)(xiang)(xiang)(xiang)比例達到(dao)某一(yi)程(cheng)度(du)時(shi),耐(nai)(nai)點(dian)(dian)(dian)腐(fu)(fu)(fu)(fu)蝕(shi)(shi)(shi)性(xing)(xing)(xing)達到(dao)最(zui)高(gao)(gao)水平。根本等人(1987年(nian))證實(shi)了,這一(yi)相(xiang)(xiang)(xiang)(xiang)(xiang)比例的(de)(de)(de)出(chu)(chu)現(xian)(xian)是(shi)由改善(shan)耐(nai)(nai)點(dian)(dian)(dian)腐(fu)(fu)(fu)(fu)蝕(shi)(shi)(shi)性(xing)(xing)(xing)的(de)(de)(de)元(yuan)素(su)(su)(su)(su)Cr、Mo、N在(zai)各相(xiang)(xiang)(xiang)(xiang)(xiang)中(zhong)的(de)(de)(de)構成(cheng)(cheng)(cheng)(cheng)不(bu)同(tong)而引(yin)起的(de)(de)(de)。圖(tu)8.11模式化地表(biao)(biao)明(ming)了相(xiang)(xiang)(xiang)(xiang)(xiang)比例對(dui)雙(shuang)(shuang)相(xiang)(xiang)(xiang)(xiang)(xiang)不(bu)銹(xiu)鋼(gang)(gang)耐(nai)(nai)點(dian)(dian)(dian)腐(fu)(fu)(fu)(fu)蝕(shi)(shi)(shi)性(xing)(xing)(xing)的(de)(de)(de)影響,其中(zhong)豎軸表(biao)(biao)示根據Cr、Mo、N在(zai)各相(xiang)(xiang)(xiang)(xiang)(xiang)中(zhong)的(de)(de)(de)含量所(suo)得出(chu)(chu)的(de)(de)(de)耐(nai)(nai)點(dian)(dian)(dian)腐(fu)(fu)(fu)(fu)蝕(shi)(shi)(shi)性(xing)(xing)(xing)指(zhi)數,而Cr、Mo、N均為能顯著(zhu)提高(gao)(gao)耐(nai)(nai)點(dian)(dian)(dian)腐(fu)(fu)(fu)(fu)蝕(shi)(shi)(shi)性(xing)(xing)(xing)的(de)(de)(de)元(yuan)素(su)(su)(su)(su)。當(dang)鐵(tie)素(su)(su)(su)(su)體(ti)(ti)(ti)(ti)單相(xiang)(xiang)(xiang)(xiang)(xiang)的(de)(de)(de)耐(nai)(nai)點(dian)(dian)(dian)腐(fu)(fu)(fu)(fu)蝕(shi)(shi)(shi)指(zhi)數為a時(shi),添加對(dui)耐(nai)(nai)點(dian)(dian)(dian)腐(fu)(fu)(fu)(fu)蝕(shi)(shi)(shi)性(xing)(xing)(xing)影響較小的(de)(de)(de)鎳元(yuan)素(su)(su)(su)(su)使之成(cheng)(cheng)(cheng)(cheng)為由雙(shuang)(shuang)相(xiang)(xiang)(xiang)(xiang)(xiang)構成(cheng)(cheng)(cheng)(cheng),這樣(yang)鐵(tie)素(su)(su)(su)(su)體(ti)(ti)(ti)(ti)的(de)(de)(de)生成(cheng)(cheng)(cheng)(cheng)元(yuan)素(su)(su)(su)(su)Cr、Mo就(jiu)固(gu)溶在(zai)鐵(tie)素(su)(su)(su)(su)體(ti)(ti)(ti)(ti)相(xiang)(xiang)(xiang)(xiang)(xiang)中(zhong),因(yin)此該相(xiang)(xiang)(xiang)(xiang)(xiang)的(de)(de)(de)耐(nai)(nai)點(dian)(dian)(dian)腐(fu)(fu)(fu)(fu)蝕(shi)(shi)(shi)性(xing)(xing)(xing)升高(gao)(gao);而在(zai)奧(ao)(ao)氏(shi)體(ti)(ti)(ti)(ti)相(xiang)(xiang)(xiang)(xiang)(xiang)方(fang)面,雖然Cr、Mo含量有所(suo)減少,但奧(ao)(ao)氏(shi)體(ti)(ti)(ti)(ti)的(de)(de)(de)生成(cheng)(cheng)(cheng)(cheng)元(yuan)素(su)(su)(su)(su)氮固(gu)溶在(zai)奧(ao)(ao)氏(shi)體(ti)(ti)(ti)(ti)相(xiang)(xiang)(xiang)(xiang)(xiang)中(zhong),因(yin)此仍然表(biao)(biao)現(xian)(xian)出(chu)(chu)良好(hao)的(de)(de)(de)耐(nai)(nai)點(dian)(dian)(dian)腐(fu)(fu)(fu)(fu)蝕(shi)(shi)(shi)能力。當(dang)相(xiang)(xiang)(xiang)(xiang)(xiang)比例達到(dao)沒有析(xi)出(chu)(chu)物質、兩相(xiang)(xiang)(xiang)(xiang)(xiang)的(de)(de)(de)耐(nai)(nai)點(dian)(dian)(dian)腐(fu)(fu)(fu)(fu)蝕(shi)(shi)(shi)性(xing)(xing)(xing)一(yi)致(zhi)(圖(tu)中(zhong)的(de)(de)(de)箭頭位(wei)置)時(shi),這種雙(shuang)(shuang)相(xiang)(xiang)(xiang)(xiang)(xiang)不(bu)銹(xiu)鋼(gang)(gang)呈現(xian)(xian)出(chu)(chu)最(zui)強(qiang)的(de)(de)(de)耐(nai)(nai)點(dian)(dian)(dian)腐(fu)(fu)(fu)(fu)蝕(shi)(shi)(shi)能力。可(ke)以根據這類圖(tu)斷定,在(zai)奧(ao)(ao)氏(shi)體(ti)(ti)(ti)(ti)不(bu)銹(xiu)鋼(gang)(gang)或(huo)鐵(tie)素(su)(su)(su)(su)體(ti)(ti)(ti)(ti)不(bu)銹(xiu)鋼(gang)(gang)中(zhong)分別有鐵(tie)素(su)(su)(su)(su)體(ti)(ti)(ti)(ti)相(xiang)(xiang)(xiang)(xiang)(xiang)或(huo)奧(ao)(ao)氏(shi)體(ti)(ti)(ti)(ti)相(xiang)(xiang)(xiang)(xiang)(xiang)析(xi)出(chu)(chu)的(de)(de)(de)情況下,不(bu)管(guan)哪(na)一(yi)相(xiang)(xiang)(xiang)(xiang)(xiang)都容易發生點(dian)(dian)(dian)腐(fu)(fu)(fu)(fu)蝕(shi)(shi)(shi)。