影響點(dian)蝕(shi)的因素有材料因素和環境因素,其中以合金元素的影響最為重要。
鉻是提高鋼的耐蝕性的主要元素,鉻含量增至25%時,點蝕電位明顯增高,點蝕速率明顯下降。但在含氮雙相不銹鋼中,鉻含量增至30%時,耐點蝕能力反而下降,這是由于較多的氮溶于奧氏體,提高了奧氏體的點蝕抗力,致使鐵素體相優先溶解。提高鉻含量還會加速α→σ+y2的分解,增加脆化傾向,因此雙相不銹鋼中的鉻含量一般控制在25%以下。
在強氧化(hua)性(xing)酸和一些還原性(xing)介質中,只(zhi)靠鉻(ge)的(de)鈍化(hua)作用(yong)尚不(bu)足以(yi)維持(chi)其(qi)耐蝕(shi)性(xing),還需要添加抑(yi)制陽極溶(rong)解的(de)元素,如鎳(nie)、鉬、硅等,尤其(qi)是鉬。在中性(xing)氯(lv)化(hua)物的(de)溶(rong)液(ye)中,鉻(ge)與(yu)鉬的(de)配合能顯著提高鋼的(de)耐點蝕(shi)性(xing)能。
鉬顯著提高雙相不銹鋼的耐點蝕性能。鉬富集在靠近基體的鈍化膜中,提高了鈍化膜的穩定性,但鉬促進一些脆性相σ、X等的析出,尤其當鋼中的鉬含量在3.5%以上時,影響更為嚴重。在新一代超級雙相不銹鋼中含3%~4%Mo,但由于含有較高的氮及較好的相平衡,延緩了脆性相的析出。
鎳在雙(shuang)相(xiang)不銹鋼(gang)中的(de)(de)(de)主要作用(yong)是(shi)控制好(hao)組織,選擇適(shi)當的(de)(de)(de)鎳含(han)量(liang)(liang),使α和γ相(xiang)各(ge)占50%左右(you)。鎳含(han)量(liang)(liang)高(gao)于最佳值(zhi),y相(xiang)含(han)量(liang)(liang)大于50%,α相(xiang)中顯著富鉻,易在700~950℃轉變成。相(xiang)等,鋼(gang)的(de)(de)(de)塑韌性下降;如(ru)果鎳含(han)量(liang)(liang)低于最佳值(zhi),α相(xiang)含(han)量(liang)(liang)高(gao),也會(hui)得到低的(de)(de)(de)韌性,固(gu)態結(jie)晶(jing)時δ相(xiang)立(li)即形成,對鋼(gang)的(de)(de)(de)焊接(jie)性不利。
氮在雙(shuang)相不銹鋼中(zhong)的作(zuo)用日益受到(dao)重視(shi),在新一(yi)代超級雙(shuang)相不銹鋼中(zhong)都加入氮作(zuo)為合金元素(su)。許多學(xue)者都致力于研(yan)究氮的作(zuo)用機(ji)制,并提(ti)出了一(yi)些(xie)通過氮合金化而改善耐點蝕性能的機(ji)理,主要有(you)氨形成(cheng)理論、表面富集理論等。
氨形成理論認為,從不銹鋼中分解的氮消耗小孔或縫隙溶液中的H+,形成NH+4,使初始小孔的pH升高,促進小孔再鈍化,并檢測到鈍化膜中存在NH+4或者NH3。也有學者認為,氮與鉬、鉻之間存在協同作用,如氮和鉬產生游離的NH和MoO2-4吸附在鈍化表面,NH+4的緩蝕有助于MoO2-4的穩定,并與靠近氧化物和金屬界面的鎳共同使雙相不銹鋼的鈍化膜保持均一性。
表面富集理論認(ren)為,氮會在長時間(jian)的鈍(dun)化(hua)期間(jian)內,于鈍(dun)化(hua)膜下(xia)大量富集,這種富集能阻止(zhi)或(huo)者降低鈍(dun)化(hua)膜破(po)損后基(ji)底層的溶解速率。這些富集的氮能與(yu)鉬或(huo)鉻發生(sheng)化(hua)學相(xiang)互作用(yong),防止(zhi)表面形成高密度電流,避免發生(sheng)點蝕。
氮對雙相不(bu)銹(xiu)鋼(gang)耐點(dian)(dian)蝕的(de)影(ying)響與其影(ying)響合金元(yuan)素在兩相之(zhi)間(jian)的(de)分配有關,氮可(ke)使(shi)鉻、鉬元(yuan)素從(cong)鐵素體(ti)相向奧(ao)氏(shi)體(ti)中(zhong)(zhong)轉移,鋼(gang)中(zhong)(zhong)的(de)氮含(han)量越高(gao),兩相中(zhong)(zhong)合金元(yuan)素之(zhi)差(cha)越小。同(tong)時(shi)氮在奧(ao)氏(shi)體(ti)中(zhong)(zhong)的(de)溶解度(du)遠高(gao)于在鐵素體(ti)中(zhong)(zhong),上述(shu)原因使(shi)奧(ao)氏(shi)體(ti)相的(de)點(dian)(dian)蝕電位提(ti)高(gao),從(cong)而提(ti)高(gao)了整體(ti)點(dian)(dian)蝕電位。
錳對雙相不銹鋼的(de)耐點(dian)蝕(shi)性能(neng)不利,這是由于錳主要與硫結合,形成(cheng)硫化錳,大多(duo)沿(yan)晶界分(fen)布,成(cheng)為(wei)點(dian)蝕(shi)敏感(gan)點(dian)。
銅在(zai)(zai)雙相(xiang)不(bu)銹(xiu)鋼中對點蝕的影響尚有爭議。在(zai)(zai)雙相(xiang)不(bu)銹(xiu)鋼鍛件中,銅加入(ru)量(liang)不(bu)超過2%,在(zai)(zai)鑄(zhu)件中最高不(bu)超過3%,主要是從鋼的熱塑性和可焊性方(fang)面(mian)來考慮的。
研究者研究了銅在Ferralium 255中的作用,認為銅與溶液中的Cl-反應形成的CuCl2沉積在鈍化膜表面MnS夾雜處,防止了點蝕的形成。
碳(tan)對雙相不銹鋼的(de)耐(nai)點蝕性能是有害的(de),但隨鋼中(zhong)氮含量的(de)增加,碳(tan)的(de)不利作用減弱。
綜上所述,在(zai)氯(lv)化物環(huan)境中影響點(dian)蝕的主要合(he)金元(yuan)素是鉻、鉬和氮。研究者為便于描述合(he)金元(yuan)素與耐(nai)點(dian)蝕性能之間的關系,建(jian)立了數學關系式(shi),提出了點(dian)蝕抗力當量值或稱(cheng)耐(nai)點(dian)蝕指數 PREN(pitting resistance equivalent number),其(qi)中最常用的關系式(shi):
PREN16=C+3.3Mo+16N (9.12)
PREN30=Cr+3.3Mo+30N (9.13)
常使用16作為氮的系數,還建立了引入其他元素的數學關系式。這些關系式給出了一個快捷的評定點蝕抗力的方法,但是它只考慮鉻、鉬、氮的作用,而沒有考慮組織的不均一性和析出相的影響。有決定性的鉻、鉬、氮等元素在兩相之間的分配并不平衡,這些元素的貧化區必然是抗點蝕的最弱區,易優先遭到腐蝕。因此,應分別計算每一相的PREN,鋼的實際點蝕抗力取決于PREN低的相。通過選擇合適的固溶溫度,使兩相獲得相當的PREN,會使鋼具有最佳的耐點蝕性能。高氮的雙相不銹鋼通過適宜的固溶溫度可以使兩相的PREN相當。例如,022Cr25Ni7Mo4N(SAF 2507)超級雙相不銹鋼經1075℃固溶處理可取得兩相都相近的PREN,如表9.44所示。氮主要集中于奧氏體相中,改善了它的點蝕抗力,同時也提高了整體鋼的耐點蝕性能。
金屬間化合物中以。相對鋼的點蝕性能影響最大,少量析出的。相即可惡化鋼的耐點蝕性能。非金屬夾雜物的組成及其分布對點蝕也有重大影響。關于鋼中硫化物夾雜影響的研究指出,FeS、MnS等一類簡單硫化物,在FeCl3溶液中只是
自身的(de)(de)化(hua)(hua)(hua)學溶(rong)解,溶(rong)解后(hou)反應即(ji)終止,對(dui)基體(ti)不會帶來影響。還有(you)一類是(shi)以硫(liu)化(hua)(hua)(hua)物(wu)為外殼(ke)包圍著的(de)(de)氧(yang)化(hua)(hua)(hua)物(wu),或在氧(yang)化(hua)(hua)(hua)物(wu)中(zhong)分布(bu)有(you)極(ji)微(wei)小硫(liu)化(hua)(hua)(hua)物(wu)質點的(de)(de)復合夾雜物(wu)。這(zhe)(zhe)些氧(yang)化(hua)(hua)(hua)物(wu)主(zhu)要是(shi)鋁(lv)、鈣(gai)、鎂的(de)(de)復合氧(yang)化(hua)(hua)(hua)物(wu),硫(liu)化(hua)(hua)(hua)物(wu)主(zhu)要是(shi)(Ca,Mn)S或(Fe,Mn)xS。這(zhe)(zhe)種復合夾雜物(wu)在FeCl3溶(rong)液中(zhong)浸泡很短(duan)時間就(jiu)會在夾雜和基體(ti)間產生極(ji)窄的(de)(de)縫隙或微(wei)小孔洞(dong),繼之腐(fu)蝕從縫隙處(chu)開(kai)始(shi)向基體(ti)金(jin)屬蔓延,形成稍大(da)的(de)(de)蝕坑,并迅速(su)擴大(da),在金(jin)屬表面留下大(da)小不等、肉眼可見的(de)(de)蝕坑。為提高鋼(gang)(gang)的(de)(de)點蝕性能,宜用硅鈣(gai)取代鋁(lv)以及(ji)降低鋼(gang)(gang)中(zhong)硫(liu)、錳量都是(shi)有(you)效辦法。
另外,在評價不銹鋼耐點蝕性能時,常采用測定其在特定溶液體系(如含侵蝕性Cl-)中的臨界點蝕溫度(critical pitting temperature,CPT)的方法。