正如之前所述,很久以前,人們就知道在奧氏體不銹鋼中添加鉬之后,耐點腐蝕能力會有所提高,這也適用于實際的鋼種。日本從1970年開始關注鉻對耐腐蝕性的影響,與此同時,也紛紛開始研究其他合金元素對耐蝕性的影響。伴隨著這些研究的開展,能改善耐點腐蝕性的奧氏體不銹鋼也被開發出來了。


  井(jing)上等(1973年)首先把15%~.25%Cr、6.5%~7%Ni、0.5%~5.5%Mo、0.03%~0.35%N、0.01%~0.08%C在規定范(fan)圍內按照各種組(zu)(zu)合制(zhi)成奧氏體不銹(xiu)鋼(gang),然后把(ba)這(zhe)些(xie)不銹(xiu)鋼(gang)置于(yu)30℃的10%FeCl3+1/20 mol/dm3HCl溶液中(zhong),采(cai)用多重回歸分析方法(fa)整理出了由點腐(fu)蝕(shi)(shi)造成的腐(fu)蝕(shi)(shi)減(jian)(jian)量(liang)和(he)化學組(zu)(zu)成之間的關(guan)系,并把(ba)腐(fu)蝕(shi)(shi)減(jian)(jian)量(liang)的推(tui)算值Δw(g/(㎡·h))與化學組(zu)(zu)成之間的關(guan)系用式(8-1)表示出來(lai)。


  log(Δw)=-0.3154(Cr+84.9C+10.2Si-0.3Mn+0.195Ni+2.5Mo+34.6N)+13.9820(8-1)


圖 3.jpg


  在(zai)這里,各種元(yuan)(yuan)(yuan)素均用mass%表(biao)示(shi)。這一公式表(biao)明,C、N、Si、Mo、Cr使耐(nai)點(dian)(dian)腐(fu)(fu)蝕(shi)(shi)能(neng)力(li)增強(qiang),而Mn卻具有(you)負面影(ying)響。此(ci)外,關于各種合(he)金(jin)(jin)元(yuan)(yuan)(yuan)素對(dui)17 Cr-16 Ni鋼(gang)和17 Cr-16 Ni-4Mo鋼(gang)的(de)(de)(de)(de)耐(nai)點(dian)(dian)腐(fu)(fu)蝕(shi)(shi)性(xing)的(de)(de)(de)(de)影(ying)響,遲(chi)澤(ze)等人(ren)(1975年)采用氯(lv)化(hua)(hua)鐵(tie)浸泡試驗和對(dui)氯(lv)化(hua)(hua)物(wu)水溶(rong)液中(zhong)點(dian)(dian)腐(fu)(fu)蝕(shi)(shi)電(dian)(dian)位的(de)(de)(de)(de)測(ce)定,進(jin)(jin)行了系(xi)統性(xing)的(de)(de)(de)(de)研究。其(qi)中(zhong),把合(he)金(jin)(jin)元(yuan)(yuan)(yuan)素對(dui)17 Cr-16 Ni鋼(gang)影(ying)響的(de)(de)(de)(de)一部分用圖(tu)8.3表(biao)示(shi)了出來(lai)(lai),從而證實了C、N、Si、Mo、Cu、W等元(yuan)(yuan)(yuan)素使耐(nai)點(dian)(dian)腐(fu)(fu)蝕(shi)(shi)能(neng)力(li)得(de)到(dao)(dao)了提(ti)高。圖(tu)8.4 用來(lai)(lai)表(biao)示(shi)添加合(he)金(jin)(jin)元(yuan)(yuan)(yuan)素對(dui)耐(nai)點(dian)(dian)腐(fu)(fu)蝕(shi)(shi)性(xing)的(de)(de)(de)(de)影(ying)響,如圖(tu)8.4所示(shi),在(zai)酸性(xing)氯(lv)化(hua)(hua)物(wu)水溶(rong)液中(zhong)的(de)(de)(de)(de)鈍(dun)化(hua)(hua)臨界電(dian)(dian)流密度與(yu)氯(lv)化(hua)(hua)物(wu)水溶(rong)液中(zhong)的(de)(de)(de)(de)點(dian)(dian)腐(fu)(fu)蝕(shi)(shi)電(dian)(dian)位之(zhi)間的(de)(de)(de)(de)關系(xi)圖(tu)上(shang),合(he)金(jin)(jin)元(yuan)(yuan)(yuan)素的(de)(de)(de)(de)影(ying)響顯示(shi)為(wei)曲線,這表(biao)明在(zai)促使不銹(xiu)鋼(gang)發生鈍(dun)化(hua)(hua)的(de)(de)(de)(de)合(he)金(jin)(jin)化(hua)(hua)過程中(zhong),耐(nai)點(dian)(dian)腐(fu)(fu)蝕(shi)(shi)能(neng)力(li)有(you)增強(qiang)的(de)(de)(de)(de)傾向。但是在(zai)圖(tu)8.4中(zhong),只(zhi)有(you)添加了氮(dan)的(de)(de)(de)(de)不銹(xiu)鋼(gang)偏離了整(zheng)體(ti)的(de)(de)(de)(de)趨勢,與(yu)鈍(dun)化(hua)(hua)能(neng)力(li)(豎軸)相比(bi),它更(geng)有(you)助于提(ti)高點(dian)(dian)腐(fu)(fu)蝕(shi)(shi)電(dian)(dian)位,所以只(zhi)有(you)氮(dan)以不同的(de)(de)(de)(de)原理(li)使耐(nai)點(dian)(dian)腐(fu)(fu)蝕(shi)(shi)性(xing)得(de)到(dao)(dao)增強(qiang)。此(ci)外,在(zai)蝕(shi)(shi)孔生成時氮(dan)以NH4 陽離子的(de)(de)(de)(de)形式存在(zai)于液體(ti)中(zhong),由此(ci)可推斷氮(dan)元(yuan)(yuan)(yuan)素是通過抑制點(dian)(dian)腐(fu)(fu)蝕(shi)(shi)發生處的(de)(de)(de)(de)pH值下降,來(lai)(lai)避(bi)免點(dian)(dian)腐(fu)(fu)蝕(shi)(shi)進(jin)(jin)一步發展。


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  正如表8.2所(suo)總結的(de)(de)那(nei)樣(yang),人(ren)們直到(dao)1975年左右,才比較定(ding)性、比較明確地認識了合金元素(su)(su)對(dui)奧氏體不銹鋼(gang)點(dian)(dian)腐蝕的(de)(de)影(ying)響,進而(er)通(tong)過(guo)提高(gao)Cr、Mo、N含量(liang)和降低Mn、S含量(liang)等(deng)方法,開發具(ju)有耐點(dian)(dian)腐蝕能力(li)的(de)(de)不銹鋼(gang)。此外,如下所(suo)述,研(yan)究者在詳細探(tan)討(tao)鉻、鎳、鉬、銅(tong)、氮等(deng)元素(su)(su)的(de)(de)影(ying)響同時,漸漸轉為研(yan)究合金元素(su)(su)對(dui)縫隙腐蝕的(de)(de)影(ying)響。



鹽原等(1975年)研究了Mo、V、Si元素對18 Cr-20Ni鋼的點腐蝕和縫隙腐蝕(shi)的影響,從而證實了V、Si與Mo同時存在時,防蝕效果更顯著。另外,小田等(1976年)證實了銅的添加對25 Cr-23 Ni-3 Mo鋼的點腐蝕影響較小,尤其是添加銅元素后,在25℃的5%NaCl+2%H2O2溶液中的縫隙腐蝕量會減少。





  另一方(fang)面,中(zhong)田(1976年)檢測了(le)合金元(yuan)素對(dui)耐(nai)縫隙(xi)腐(fu)(fu)蝕(shi)性的(de)(de)(de)判(pan)斷標準-脫鈍化pH(pHa)的(de)(de)(de)影響,把合金中(zhong)的(de)(de)(de)(%Cr)+3(%Mo)+0.5(%Ni)對(dui)pHa的(de)(de)(de)影響用(yong)(yong)圖8.5 表(biao)示了(le)出來(lai)(lai),并(bing)證明了(le)銅能有效(xiao)抑(yi)制(zhi)縫隙(xi)腐(fu)(fu)蝕(shi)(1977年),后(hou)在(zai)上述公式(shi)中(zhong)加入2(%Cu),用(yong)(yong)圖8.6表(biao)明了(le)與縫隙(xi)腐(fu)(fu)蝕(shi)量的(de)(de)(de)關系。一般(ban)認為(wei)(wei),鉬對(dui)縫隙(xi)腐(fu)(fu)蝕(shi)的(de)(de)(de)影響效(xiao)果通(tong)過(guo)由鉬酸生成引起的(de)(de)(de)再鈍化來(lai)(lai)實現(xian)。根(gen)據鈴木(1979年)的(de)(de)(de)研究(jiu)成果,一般(ban)來(lai)(lai)說,鉬在(zai)奧氏體不銹鋼或鐵素體不銹鋼中(zhong)的(de)(de)(de)濃度大于2%~3%時(shi),就能有效(xiao)抑(yi)制(zhi)縫隙(xi)腐(fu)(fu)蝕(shi)的(de)(de)(de)發生。如果鉬在(zai)縫隙(xi)中(zhong)偏析(xi)后(hou)能發生再鈍化,那么(me)為(wei)(wei)確(que)保一定(ding)比例以上的(de)(de)(de)阻化劑濃度,2%~3%的(de)(de)(de)鉬就是必要的(de)(de)(de)組成部分(fen)。


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   此外,小林等(deng)(1978年(nian))研究了氮(dan)是如(ru)何影響(xiang)Cr、Ni、Mo含(han)量(liang)不(bu)同的(de)奧氏體不(bu)銹鋼(gang)的(de)點腐(fu)蝕(shi)和縫隙(xi)腐(fu)蝕(shi)的(de),他發現在20%~24%Cr、12%~20%Ni、2.5%~4.4%Mo這一(yi)(yi)范圍內的(de)不(bu)銹鋼(gang),比如(ru)22 Cr-20 Ni-3 Mo鋼(gang)中(zhong)添加氮(dan)后,點腐(fu)蝕(shi)臨(lin)界(jie)溫(wen)度升(sheng)高(gao),能有效(xiao)抗(kang)腐(fu)蝕(shi)。鉻及鉬的(de)含(han)量(liang)越(yue)高(gao),抗(kang)腐(fu)蝕(shi)效(xiao)果越(yue)明顯(xian),而且氮(dan)也(ye)能改善縫隙(xi)腐(fu)蝕(shi)性,這一(yi)(yi)效(xiao)果也(ye)多見于高(gao)鉻、高(gao)鉬鋼(gang)。


 杉本等(1980年)針對(dui)0.3%~4%Cu、0.03%~0.1%N、0.8%~1.5%Si對(dui)19 Cr-10 Ni-1 Mo鋼耐(nai)蝕(shi)性的(de)(de)影響(xiang)進行(xing)了研究。他們測定了其在25℃的(de)(de)3.5%NaCl及80℃的(de)(de)1000x10-4%(ppm)Cl-中(zhong)的(de)(de)點(dian)(dian)(dian)腐(fu)蝕(shi)電位,結果顯示銅(tong)使(shi)耐(nai)點(dian)(dian)(dian)腐(fu)蝕(shi)性降低(di),而(er)氮和硅使(shi)耐(nai)點(dian)(dian)(dian)腐(fu)蝕(shi)性升高,并開發了與SUS316一樣(yang)的(de)(de)耐(nai)局部(bu)腐(fu)蝕(shi)不銹(xiu)鋼,即鉬含(han)量減少的(de)(de)19Cr-10Ni-1Mo-1.5Si-0.1N鋼。


  關于Cu(0.5%~2%)、Mo(0.5%~1%)對18Cr-10Ni鋼局部(bu)腐(fu)(fu)蝕(shi)的影響,大(da)橋等(1980年)測(ce)定了(le)在(zai)40℃的5%NaCl溶液中的點(dian)腐(fu)(fu)蝕(shi)電位,發現銅(tong)有使(shi)點(dian)腐(fu)(fu)蝕(shi)電位略(lve)微降低的傾向,銅(tong)的添加使(shi)40℃的5%NaCl+2%H2O2溶液中的腐(fu)(fu)蝕(shi)度降低,使(shi)縫(feng)隙部(bu)位的腐(fu)(fu)蝕(shi)均勻。


此外,針(zhen)對Ni(20%~45%)和Cr(15%~30%)對含3%Mo的高(gao)鎳(nie)奧氏體不(bu)銹鋼的影響,本田等(1983年)通過(guo)氯化鐵浸泡試(shi)驗進行了研究,結果如(ru)圖8.7所示(shi),鎳(nie)的防蝕效(xiao)果雖比(bi)鉻小,但添加大量的鎳(nie)后,效(xiao)果就比(bi)較(jiao)明顯。


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  另外,20Cr-25Ni-6Mo鋼(gang)具有良好(hao)的(de)(de)(de)(de)耐(nai)(nai)局部(bu)腐(fu)(fu)蝕(shi)性(xing),名越等(1984年(nian))就(jiu)Cu、N、Ni含量(liang)對該鋼(gang)點(dian)腐(fu)(fu)蝕(shi)和縫隙腐(fu)(fu)蝕(shi)的(de)(de)(de)(de)影響進(jin)行(xing)了(le)深(shen)入的(de)(de)(de)(de)研究,從而證實了(le)氮具有耐(nai)(nai)點(dian)腐(fu)(fu)蝕(shi)的(de)(de)(de)(de)效(xiao)果(guo),與此同時也表明了(le)鎳含量(liang)的(de)(de)(de)(de)減少能(neng)降低焊接部(bu)位的(de)(de)(de)(de)耐(nai)(nai)蝕(shi)性(xing)。另外他們還(huan)進(jin)行(xing)了(le)實驗(yan)室(shi)及海(hai)水浸泡實驗(yan),由此證實了(le)通過添加氮元素和降低硫含量(liang),銅添加鋼(gang)的(de)(de)(de)(de)耐(nai)(nai)點(dian)腐(fu)(fu)蝕(shi)性(xing)和耐(nai)(nai)縫隙腐(fu)(fu)蝕(shi)性(xing)增強(qiang)。


 宇(yu)城等(deng)(1984年(nian))也對改變Ni、N含量后的26Cr-19~30Ni-6Mo鋼(gang)和20Cr-22~25Ni-6Mo鋼(gang)進行(xing)了(le)(le)點(dian)腐(fu)蝕(shi)電(dian)位測定和氯化(hua)鐵浸泡試(shi)驗,從而證實了(le)(le)氮元素能顯著提高耐(nai)點(dian)腐(fu)蝕(shi)性(xing)(xing)、耐(nai)縫(feng)隙(xi)腐(fu)蝕(shi)性(xing)(xing),并表明了(le)(le)縫(feng)隙(xi)腐(fu)蝕(shi)性(xing)(xing)大致可以(yi)用%Cr+3(%Mo)+70(%N)來(lai)衡量。此后,太田等(deng)(1986年(nian))針對添加了(le)(le)0.7%N的20Cr-10Ni 鋼(gang),采(cai)用加壓溶解的方法測定了(le)(le)該(gai)鋼(gang)在(zai)40℃的0.5 mol/dm3 NaCl 溶液中(zhong)的點(dian)腐(fu)蝕(shi)電(dian)位,結(jie)果表明20Cr-10Ni-0.7N鋼(gang)的耐(nai)點(dian)腐(fu)蝕(shi)性(xing)(xing)比SUS316鋼(gang)優良得(de)多。


 岡山等(deng)(1987年)測(ce)定(ding)了80℃的(de)(de)3%NaCl溶液中的(de)(de)縫隙再鈍化電位(ER),采(cai)用多重回歸分(fen)(fen)析(xi)法分(fen)(fen)析(xi)了合金元(yuan)素(su)對(dui)ER的(de)(de)影(ying)響(xiang)。該分(fen)(fen)析(xi)結(jie)果(guo)表明(ming),對(dui)奧氏(shi)體不銹(xiu)鋼(gang)來說,鉻和鉬使ER升(sheng)高(gao),但鉬對(dui)含有2%~3%Cu的(de)(de)不銹(xiu)鋼(gang)卻沒(mei)有這種(zhong)作用,而是銅的(de)(de)添加使ER升(sheng)高(gao)。另外,該結(jie)果(guo)還表明(ming)鎳含量的(de)(de)增加使ER降低,氮(dan)沒(mei)有使ER升(sheng)高(gao)。并(bing)且他(ta)們在25℃、12%NaCl溶液中測(ce)量出奧氏(shi)體不銹(xiu)鋼(gang)的(de)(de)脫(tuo)鈍化pH(pHa)值(zhi),并(bing)把合金元(yuan)素(su)對(dui)pH,值(zhi)的(de)(de)影(ying)響(xiang)用下式表示出來,其中元(yuan)素(su)用mass%表示。


pHd=-0.248Cr+1.29logNi-0.219Mo+2.66C+74.9S+4.09


另(ling)外(wai),針對Cu含(han)量在0.9%以上的(de)奧氏體不銹鋼(gang),得出下式:


pHd=-0.144Cr+1.73logNi-0.206Mo-0.146Cu+1.17Si-0.177Nb+1.89


 也就是說,Cr、Mo、Cu使pH,值降低(di),但與(yu)鐵(tie)素體不銹鋼(gang)或雙相不銹鋼(gang)不同的是,鎳使奧氏體不銹鋼(gang)的pH,值下降。可(ke)見,在鎳對不銹鋼(gang)的影響方面,這(zhe)一結果與(yu)剛才(cai)所示的中田等(deng)人的結果相矛盾。而(er)且在這(zhe)一研(yan)究中沒有涉及氮元素的影響。


針對(dui)(dui)(dui)18Cr-14Ni和14Cr-16Ni鋼,陳等人(1996年(nian))通過(guo)使(shi)用(yong)莫爾條紋(wen)法的(de)腐(fu)蝕面三維(wei)測(ce)量系統,測(ce)定了合金元素(P、Si、Mn、Cu、Al)對(dui)(dui)(dui)這兩種鋼在80℃、3%NaCl溶(rong)液中產生縫隙腐(fu)蝕和腐(fu)蝕擴散(san)時的(de)溶(rong)解所造(zao)成(cheng)的(de)影響。該研究結果表(biao)明,合金元素對(dui)(dui)(dui)初(chu)級階段的(de)縫隙腐(fu)蝕只產生很小的(de)影響,而對(dui)(dui)(dui)處于發展階段的(de)腐(fu)蝕(即(ji)ER)的(de)影響卻很大。


上述各個試驗結(jie)果明確了Cr、Mo、N對(dui)縫隙腐(fu)蝕具有(you)抑制(zhi)效果。關于鎳的影響目前(qian)還(huan)不清楚,但因(yin)為奧氏體不銹(xiu)鋼中(zhong)含有(you)大(da)量的鎳,所以今后應(ying)該進一步明確鎳對(dui)腐(fu)蝕的影響程(cheng)度(du)及其結(jie)構。