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(gang)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)可以改善耐點腐(fu)(fu)蝕性(xing)這一(yi)點,已經(jing)在(zai)奧氏體(ti)(ti)(ti)不銹鋼(gang)中得(de)到證(zheng)實,Streicherl 認為氮(dan)(dan)的(de)耐點腐(fu)(fu)蝕性(xing)效果(guo)是奧氏體(ti)(ti)(ti)相穩(wen)定化的(de)原因(yin)。此后的(de)研究證(zheng)實了氮(dan)(dan)能提高奧氏體(ti)(ti)(ti)鐵(tie)素(su)體(ti)(ti)(ti)(雙相)不銹鋼(gang)的(de)耐點腐(fu)(fu)蝕性(xing),并(bing)且明確了氮(dan)(dan)與奧氏體(ti)(ti)(ti)的(de)穩(wen)定度沒有直(zhi)接關系。
但是,岡(gang)田等(1972年)證(zheng)實了在鐵素體(α)單相(xiang)(xiang)(xiang)(xiang)25Cr-3Mo鋼(gang)中(zhong)添(tian)加鎳后,奧氏體相(xiang)(xiang)(xiang)(xiang)出現,從而變成a+γ的(de)雙相(xiang)(xiang)(xiang)(xiang)不(bu)(bu)銹鋼(gang),這樣耐點腐蝕(shi)能(neng)力就會降(jiang)低,但繼(ji)續(xu)增加鎳的(de)含量后,其耐點腐蝕(shi)性重(zhong)新得到改善(shan)。然(ran)后再(zai)通過熱(re)處理(li)后,γ相(xiang)(xiang)(xiang)(xiang)從α相(xiang)(xiang)(xiang)(xiang)中(zhong)析出,耐點腐蝕(shi)性仍舊降(jiang)低,這是因為γ相(xiang)(xiang)(xiang)(xiang)中(zhong)的(de)Cr、Mo含量減(jian)少的(de)緣(yuan)故。該研究結果表明,在不(bu)(bu)含氮(dan)元素的(de)情況下,雙相(xiang)(xiang)(xiang)(xiang)不(bu)(bu)銹鋼(gang)比單相(xiang)(xiang)(xiang)(xiang)不(bu)(bu)銹鋼(gang)的(de)耐點腐蝕(shi)性差。
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(ci)外(wai)(wai),小(xiao)林等(deng)(deng)(deng)(1980年)針對22~25 Cr-4~8.5 Ni-1.5 Cu-0.8 Cu構成的(de)(de)(de)(de)(de)雙相鋼(gang),分析了(le)C(0.001%~0.05%)、N(0.01%~0.2%)及Ti、REM(Rare Earth Metal)、B等(deng)(deng)(deng)元素對經過(guo)退火或高(gao)溫加(jia)熱后的(de)(de)(de)(de)(de)點(dian)腐(fu)蝕(shi)(shi)電位的(de)(de)(de)(de)(de)影(ying)(ying)響,發(fa)現碳不影(ying)(ying)響耐(nai)點(dian)腐(fu)蝕(shi)(shi)性,氮(dan)(dan)使耐(nai)點(dian)腐(fu)蝕(shi)(shi)性升高(gao)(如圖8.9所示)。而且該(gai)圖顯示在含(han)有(you)4%的(de)(de)(de)(de)(de)鎳時(shi),即(ji)使不特(te)地添加(jia)氮(dan)(dan)元素也具有(you)良好(hao)的(de)(de)(de)(de)(de)耐(nai)點(dian)腐(fu)蝕(shi)(shi)性,這是(shi)(shi)因為是(shi)(shi)鐵素體單相的(de)(de)(de)(de)(de)緣故。另(ling)外(wai)(wai),越是(shi)(shi)鎳含(han)量多的(de)(de)(de)(de)(de)鋼(gang)材(cai),氮(dan)(dan)含(han)量為0.02%~0.06%時(shi)的(de)(de)(de)(de)(de)點(dian)腐(fu)蝕(shi)(shi)電位越低,這是(shi)(shi)鎳含(han)量引起相比例發(fa)生變化的(de)(de)(de)(de)(de)結果。小(xiao)林等(deng)(deng)(deng)人進一步得(de)出,在含(han)氮(dan)(dan)鋼(gang)中添加(jia)0.1%以上的(de)(de)(de)(de)(de)鈦后,高(gao)溫加(jia)熱鋼(gang)材(cai)的(de)(de)(de)(de)(de)耐(nai)點(dian)腐(fu)蝕(shi)(shi)能(neng)力提高(gao),REM沒有(you)產生影(ying)(ying)響;另(ling)外(wai)(wai)添加(jia)0.01%左右的(de)(de)(de)(de)(de)硼(peng)后,可(ke)以通過(guo)抑制α相的(de)(de)(de)(de)(de)析出來提高(gao)耐(nai)點(dian)腐(fu)蝕(shi)(shi)性。
金子等(deng)人(ren)(1985年)研(yan)究了Ni(0.7%~17%)和N(0.03%~0.2%)對23 Cr-2 Mo鋼(gang)在(zai)50℃、3.5%NaCl中的點(dian)(dian)(dian)腐(fu)(fu)蝕(shi)電(dian)(dian)(dian)位(wei)、縫隙腐(fu)(fu)蝕(shi)電(dian)(dian)(dian)位(wei)及再鈍化(hua)(hua)(hua)電(dian)(dian)(dian)位(wei)所造成的影響(xiang),得出的結(jie)論認(ren)為:在(zai)氮含(han)(han)量(liang)低(0.03%以下)的情況下,點(dian)(dian)(dian)腐(fu)(fu)蝕(shi)電(dian)(dian)(dian)位(wei)隨著鎳(nie)含(han)(han)量(liang)發生變化(hua)(hua)(hua),在(zai)變為雙相鋼(gang)時,點(dian)(dian)(dian)腐(fu)(fu)蝕(shi)電(dian)(dian)(dian)位(wei)最低,這一結(jie)果與(yu)前述岡田等(deng)人(ren)的結(jie)果一致。此(ci)外(wai),金子等(deng)人(ren)還(huan)證明,氮的添加(jia)使點(dian)(dian)(dian)腐(fu)(fu)蝕(shi)電(dian)(dian)(dian)位(wei)升(sheng)高(gao),經過高(gao)溫加(jia)熱處理后的不銹鋼(gang)點(dian)(dian)(dian)腐(fu)(fu)蝕(shi)電(dian)(dian)(dian)位(wei)下降,鎳(nie)含(han)(han)量(liang)較(jiao)低的不銹鋼(gang)的變化(hua)(hua)(hua)更(geng)明顯(xian)。而且還(huan)證實了縫隙腐(fu)(fu)蝕(shi)電(dian)(dian)(dian)位(wei)、點(dian)(dian)(dian)腐(fu)(fu)蝕(shi)電(dian)(dian)(dian)位(wei)及縫隙再鈍化(hua)(hua)(hua)電(dian)(dian)(dian)位(wei)受Ni、N含(han)(han)量(liang)的影響(xiang)不大。
三浦等人(1986年)通過6%FeCl3 水溶(rong)液中(zhong)的臨界點(dian)(dian)腐(fu)蝕(shi)溫(wen)(wen)度,評價(jia)了(le)鎳(nie)(nie)及氮含(han)(han)(han)(han)量發生改變(bian)的22 Cr-3 Mo鋼的母材(cai)和焊接金(jin)屬的耐點(dian)(dian)腐(fu)蝕(shi)性,結果顯示(shi)氮元素使臨界點(dian)(dian)腐(fu)蝕(shi)溫(wen)(wen)度上升;鎳(nie)(nie)含(han)(han)(han)(han)量增加后,母材(cai)的臨界點(dian)(dian)腐(fu)蝕(shi)溫(wen)(wen)度降(jiang)低(di),而焊接材(cai)料的臨界點(dian)(dian)腐(fu)蝕(shi)溫(wen)(wen)度升高,在鎳(nie)(nie)含(han)(han)(han)(han)量達到6%以上時,此(ci)溫(wen)(wen)度大(da)致保(bao)持(chi)在一定水平。特別(bie)是在焊接金(jin)屬方面,Ni、N含(han)(han)(han)(han)量減少后,冷卻過程中(zhong)γ的析(xi)出(chu)得(de)到抑(yi)制,碳或氮不能(neng)在γ中(zhong)完全固溶(rong),導致析(xi)出(chu)物的生成顯著,因此(ci)耐點(dian)(dian)腐(fu)蝕(shi)能(neng)力降(jiang)低(di)。
另外,岡山等(1987年)分析了合金元素(su)對在25℃、12%NaCl溶液中得出(chu)的(de)(de)雙(shuang)相不(bu)銹鋼(12種)脫鈍化pH(pH4)值的(de)(de)影響(xiang),并把(ba)這一結果用下式表(biao)示(shi)出(chu)來,其中合金元素(su)表(biao)示(shi)為mass%.該式沒有(you)表(biao)明鉻和(he)氮的(de)(de)影響(xiang)。
pHd=-3.28 log Ni-0.13Mo-10.4P+2.95
2. 氮添加鋼(gang)中相比例的影響(xiang)
在(zai)研(yan)究相(xiang)(xiang)(xiang)比例(li)對(dui)雙(shuang)相(xiang)(xiang)(xiang)不銹鋼(gang)耐(nai)點腐(fu)(fu)蝕(shi)性的(de)影響時(shi),通過改(gai)(gai)變對(dui)耐(nai)點腐(fu)(fu)蝕(shi)性影響小(xiao)的(de)氮含量(liang),或改(gai)(gai)變加熱溫度來改(gai)(gai)變相(xiang)(xiang)(xiang)比例(li)。正如(ru)前面所講到的(de)岡田等人(ren)的(de)研(yan)究結果,在(zai)沒有特別添加氮的(de)雙(shuang)相(xiang)(xiang)(xiang)不銹鋼(gang)中(zhong),γ相(xiang)(xiang)(xiang)從α相(xiang)(xiang)(xiang)中(zhong)析(xi)出(chu)后(hou),γ相(xiang)(xiang)(xiang)中(zhong)所含的(de)Cr、Mo量(liang)比α相(xiang)(xiang)(xiang)少(shao),所以耐(nai)點腐(fu)(fu)蝕(shi)能力下降,但在(zai)添加了(le)氮元素的(de)雙(shuang)相(xiang)(xiang)(xiang)不銹鋼(gang)中(zhong),當相(xiang)(xiang)(xiang)比例(li)達到某一(yi)程度時(shi),耐(nai)點腐(fu)(fu)蝕(shi)性升至最高。
長田等(deng)(1981年)(1984年)在以(yi)23Cr-1.5Mo及25Cr-1.5~3.5Mo為主要成(cheng)分的不銹鋼中添加了0.1%N,然(ran)(ran)后通過改(gai)(gai)變其中的鎳含(han)量來(lai)改(gai)(gai)變相(xiang)(xiang)(xiang)比例(li),使(shi)其構(gou)成(cheng)各(ge)種(zhong)雙(shuang)相(xiang)(xiang)(xiang)鋼,然(ran)(ran)后對這些雙(shuang)相(xiang)(xiang)(xiang)鋼進行了點(dian)(dian)腐(fu)蝕(shi)電位測(ce)定和氯(lv)化(hua)鐵(tie)浸泡(pao)試(shi)(shi)驗(yan)。該試(shi)(shi)驗(yan)結果(guo)如(ru)圖8.10所示(shi),即使(shi)Cr、Mo含(han)量相(xiang)(xiang)(xiang)同(tong),當γ量達(da)到(dao)(dao)一(yi)定范圍(30%~40%)時,耐(nai)(nai)點(dian)(dian)腐(fu)蝕(shi)能力達(da)到(dao)(dao)最高(gao)(gao)水平。另外,酒(jiu)井等(deng)人(ren)(1983年)對由鎳含(han)量發生改(gai)(gai)變的25Cr和22Cr-3Mo-0.15N-xNi組成(cheng)的雙(shuang)相(xiang)(xiang)(xiang)不銹鋼,進行了氯(lv)化(hua)鐵(tie)浸泡(pao)試(shi)(shi)驗(yan)來(lai)測(ce)定其耐(nai)(nai)點(dian)(dian)腐(fu)蝕(shi)性(xing),結果(guo)顯(xian)示(shi)γ量在50%左右(you)時,耐(nai)(nai)點(dian)(dian)腐(fu)蝕(shi)性(xing)最好。另一(yi)方面,藤(teng)原等(deng)(1987年)把SUS329J3L 和相(xiang)(xiang)(xiang)當于329J4L的鋼材進行高(gao)(gao)溫處理,以(yi)改(gai)(gai)變相(xiang)(xiang)(xiang)比例(li),然(ran)(ran)后通過氯(lv)化(hua)鐵(tie)浸泡(pao)試(shi)(shi)驗(yan)來(lai)檢測(ce)耐(nai)(nai)點(dian)(dian)腐(fu)蝕(shi)性(xing)。該試(shi)(shi)驗(yan)結果(guo)同(tong)樣顯(xian)示(shi)在γ相(xiang)(xiang)(xiang)達(da)到(dao)(dao)某(mou)一(yi)比例(li)時,耐(nai)(nai)點(dian)(dian)腐(fu)蝕(shi)性(xing)為最高(gao)(gao)。
如(ru)上(shang)所(suo)述,相(xiang)比例達到某一(yi)程度時(shi),耐(nai)(nai)點(dian)(dian)腐(fu)蝕(shi)(shi)性(xing)(xing)達到最(zui)高(gao)水平。根(gen)本等人(1987年)證實了(le),這一(yi)相(xiang)比例的(de)出現(xian)是由改善耐(nai)(nai)點(dian)(dian)腐(fu)蝕(shi)(shi)性(xing)(xing)的(de)元素(su)Cr、Mo、N在(zai)(zai)(zai)各相(xiang)中的(de)構(gou)(gou)成(cheng)(cheng)不同(tong)而(er)引起的(de)。圖8.11模式化地表(biao)(biao)明了(le)相(xiang)比例對(dui)雙(shuang)相(xiang)不銹(xiu)鋼耐(nai)(nai)點(dian)(dian)腐(fu)蝕(shi)(shi)性(xing)(xing)的(de)影響,其中豎(shu)軸表(biao)(biao)示(shi)根(gen)據(ju)Cr、Mo、N在(zai)(zai)(zai)各相(xiang)中的(de)含(han)量(liang)所(suo)得出的(de)耐(nai)(nai)點(dian)(dian)腐(fu)蝕(shi)(shi)性(xing)(xing)指數(shu),而(er)Cr、Mo、N均為能(neng)(neng)顯(xian)著提高(gao)耐(nai)(nai)點(dian)(dian)腐(fu)蝕(shi)(shi)性(xing)(xing)的(de)元素(su)。當鐵(tie)素(su)體(ti)單(dan)相(xiang)的(de)耐(nai)(nai)點(dian)(dian)腐(fu)蝕(shi)(shi)指數(shu)為a時(shi),添加對(dui)耐(nai)(nai)點(dian)(dian)腐(fu)蝕(shi)(shi)性(xing)(xing)影響較(jiao)小的(de)鎳元素(su)使之成(cheng)(cheng)為由雙(shuang)相(xiang)構(gou)(gou)成(cheng)(cheng),這樣鐵(tie)素(su)體(ti)的(de)生成(cheng)(cheng)元素(su)Cr、Mo就固(gu)溶在(zai)(zai)(zai)鐵(tie)素(su)體(ti)相(xiang)中,因此(ci)該相(xiang)的(de)耐(nai)(nai)點(dian)(dian)腐(fu)蝕(shi)(shi)性(xing)(xing)升高(gao);而(er)在(zai)(zai)(zai)奧(ao)氏(shi)(shi)(shi)體(ti)相(xiang)方面,雖然(ran)Cr、Mo含(han)量(liang)有所(suo)減少,但奧(ao)氏(shi)(shi)(shi)體(ti)的(de)生成(cheng)(cheng)元素(su)氮固(gu)溶在(zai)(zai)(zai)奧(ao)氏(shi)(shi)(shi)體(ti)相(xiang)中,因此(ci)仍然(ran)表(biao)(biao)現(xian)出良好(hao)的(de)耐(nai)(nai)點(dian)(dian)腐(fu)蝕(shi)(shi)能(neng)(neng)力。當相(xiang)比例達到沒有析出物質、兩相(xiang)的(de)耐(nai)(nai)點(dian)(dian)腐(fu)蝕(shi)(shi)性(xing)(xing)一(yi)致(圖中的(de)箭頭位置)時(shi),這種雙(shuang)相(xiang)不銹(xiu)鋼呈現(xian)出最(zui)強的(de)耐(nai)(nai)點(dian)(dian)腐(fu)蝕(shi)(shi)能(neng)(neng)力。可以(yi)根(gen)據(ju)這類圖斷定,在(zai)(zai)(zai)奧(ao)氏(shi)(shi)(shi)體(ti)不銹(xiu)鋼或鐵(tie)素(su)體(ti)不銹(xiu)鋼中分(fen)別(bie)有鐵(tie)素(su)體(ti)相(xiang)或奧(ao)氏(shi)(shi)(shi)體(ti)相(xiang)析出的(de)情(qing)況下,不管哪(na)一(yi)相(xiang)都容易發(fa)生點(dian)(dian)腐(fu)蝕(shi)(shi)。