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(ying)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。
氮可以改善耐(nai)點腐蝕(shi)性(xing)這一點,已經在奧(ao)氏體(ti)不銹鋼中得(de)到證(zheng)實,Streicherl 認為(wei)氮的耐(nai)點腐蝕(shi)性(xing)效果是奧(ao)氏體(ti)相(xiang)穩定化的原因。此(ci)后的研究(jiu)證(zheng)實了(le)氮能提(ti)高奧(ao)氏體(ti)鐵素體(ti)(雙相(xiang))不銹鋼的耐(nai)點腐蝕(shi)性(xing),并且(qie)明確了(le)氮與奧(ao)氏體(ti)的穩定度(du)沒有直接(jie)關(guan)系(xi)。
但是,岡田(tian)等(1972年)證實了在(zai)鐵素體(ti)(α)單相(xiang)25Cr-3Mo鋼中添(tian)加鎳后,奧(ao)氏體(ti)相(xiang)出(chu)現,從而變成a+γ的(de)(de)雙(shuang)相(xiang)不銹鋼,這樣耐點腐(fu)蝕(shi)能力就會降(jiang)(jiang)低,但繼續增加鎳的(de)(de)含(han)量(liang)后,其(qi)耐點腐(fu)蝕(shi)性(xing)重新得(de)到改善。然后再(zai)通過熱(re)處(chu)理后,γ相(xiang)從α相(xiang)中析出(chu),耐點腐(fu)蝕(shi)性(xing)仍舊(jiu)降(jiang)(jiang)低,這是因(yin)為γ相(xiang)中的(de)(de)Cr、Mo含(han)量(liang)減少的(de)(de)緣故。該研(yan)究結果表明(ming),在(zai)不含(han)氮元(yuan)素的(de)(de)情況(kuang)下,雙(shuang)相(xiang)不銹鋼比單相(xiang)不銹鋼的(de)(de)耐點腐(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(xiao)林等(deng)(deng)(1980年)針對22~25 Cr-4~8.5 Ni-1.5 Cu-0.8 Cu構成的(de)(de)雙相鋼(gang),分(fen)析了C(0.001%~0.05%)、N(0.01%~0.2%)及(ji)Ti、REM(Rare Earth Metal)、B等(deng)(deng)元(yuan)素對經(jing)過(guo)退火(huo)或高(gao)(gao)溫(wen)加(jia)熱后的(de)(de)點(dian)腐(fu)(fu)蝕(shi)電位的(de)(de)影(ying)響,發現碳不(bu)影(ying)響耐點(dian)腐(fu)(fu)蝕(shi)性(xing),氮使(shi)耐點(dian)腐(fu)(fu)蝕(shi)性(xing)升(sheng)高(gao)(gao)(如(ru)圖8.9所示)。而且該圖顯示在含(han)有(you)4%的(de)(de)鎳(nie)(nie)時(shi),即(ji)使(shi)不(bu)特地添(tian)(tian)加(jia)氮元(yuan)素也具有(you)良好的(de)(de)耐點(dian)腐(fu)(fu)蝕(shi)性(xing),這是(shi)因為是(shi)鐵(tie)素體單相的(de)(de)緣故。另(ling)外(wai),越(yue)是(shi)鎳(nie)(nie)含(han)量(liang)(liang)多(duo)的(de)(de)鋼(gang)材(cai),氮含(han)量(liang)(liang)為0.02%~0.06%時(shi)的(de)(de)點(dian)腐(fu)(fu)蝕(shi)電位越(yue)低,這是(shi)鎳(nie)(nie)含(han)量(liang)(liang)引起相比例發生變(bian)化的(de)(de)結果(guo)。小(xiao)林等(deng)(deng)人進一步得出(chu),在含(han)氮鋼(gang)中添(tian)(tian)加(jia)0.1%以上(shang)的(de)(de)鈦后,高(gao)(gao)溫(wen)加(jia)熱鋼(gang)材(cai)的(de)(de)耐點(dian)腐(fu)(fu)蝕(shi)能力提(ti)高(gao)(gao),REM沒有(you)產生影(ying)響;另(ling)外(wai)添(tian)(tian)加(jia)0.01%左(zuo)右(you)的(de)(de)硼后,可以通(tong)過(guo)抑制(zhi)α相的(de)(de)析出(chu)來(lai)提(ti)高(gao)(gao)耐點(dian)腐(fu)(fu)蝕(shi)性(xing)。
金子(zi)(zi)等(deng)人(1985年)研究了Ni(0.7%~17%)和N(0.03%~0.2%)對23 Cr-2 Mo鋼(gang)在(zai)(zai)50℃、3.5%NaCl中的(de)(de)點(dian)(dian)腐(fu)(fu)蝕(shi)(shi)電位(wei)(wei)、縫隙腐(fu)(fu)蝕(shi)(shi)電位(wei)(wei)及再鈍(dun)化(hua)(hua)電位(wei)(wei)所造成的(de)(de)影響(xiang),得(de)出的(de)(de)結(jie)論(lun)認為:在(zai)(zai)氮含量(liang)低(0.03%以下(xia))的(de)(de)情況(kuang)下(xia),點(dian)(dian)腐(fu)(fu)蝕(shi)(shi)電位(wei)(wei)隨著鎳(nie)含量(liang)發生變(bian)化(hua)(hua),在(zai)(zai)變(bian)為雙相鋼(gang)時,點(dian)(dian)腐(fu)(fu)蝕(shi)(shi)電位(wei)(wei)最低,這(zhe)一(yi)結(jie)果與前(qian)述岡田等(deng)人的(de)(de)結(jie)果一(yi)致。此外,金子(zi)(zi)等(deng)人還(huan)證明(ming),氮的(de)(de)添加(jia)使(shi)點(dian)(dian)腐(fu)(fu)蝕(shi)(shi)電位(wei)(wei)升(sheng)高,經過高溫加(jia)熱處(chu)理后的(de)(de)不銹鋼(gang)點(dian)(dian)腐(fu)(fu)蝕(shi)(shi)電位(wei)(wei)下(xia)降,鎳(nie)含量(liang)較(jiao)低的(de)(de)不銹鋼(gang)的(de)(de)變(bian)化(hua)(hua)更明(ming)顯。而(er)且還(huan)證實了縫隙腐(fu)(fu)蝕(shi)(shi)電位(wei)(wei)、點(dian)(dian)腐(fu)(fu)蝕(shi)(shi)電位(wei)(wei)及縫隙再鈍(dun)化(hua)(hua)電位(wei)(wei)受Ni、N含量(liang)的(de)(de)影響(xiang)不大(da)。
三(san)浦等人(1986年)通過6%FeCl3 水(shui)溶(rong)液中(zhong)的臨(lin)界(jie)點腐蝕(shi)(shi)溫(wen)度(du),評價了鎳(nie)(nie)及氮含量(liang)發生改變的22 Cr-3 Mo鋼的母(mu)材(cai)(cai)和焊接(jie)金(jin)屬(shu)的耐點腐蝕(shi)(shi)性,結果顯示(shi)氮元素使臨(lin)界(jie)點腐蝕(shi)(shi)溫(wen)度(du)上升(sheng)(sheng);鎳(nie)(nie)含量(liang)增加后,母(mu)材(cai)(cai)的臨(lin)界(jie)點腐蝕(shi)(shi)溫(wen)度(du)降低(di),而焊接(jie)材(cai)(cai)料的臨(lin)界(jie)點腐蝕(shi)(shi)溫(wen)度(du)升(sheng)(sheng)高,在(zai)(zai)鎳(nie)(nie)含量(liang)達到(dao)6%以(yi)上時(shi),此(ci)溫(wen)度(du)大致保持(chi)在(zai)(zai)一定水(shui)平。特別是在(zai)(zai)焊接(jie)金(jin)屬(shu)方面,Ni、N含量(liang)減(jian)少后,冷卻過程中(zhong)γ的析出得到(dao)抑制,碳或氮不能在(zai)(zai)γ中(zhong)完全固溶(rong),導(dao)致析出物的生成(cheng)顯著,因(yin)此(ci)耐點腐蝕(shi)(shi)能力降低(di)。
另外,岡(gang)山等(1987年)分析了合(he)(he)金元(yuan)素(su)對在25℃、12%NaCl溶液中(zhong)得出的雙(shuang)相不銹鋼(12種)脫鈍(dun)化pH(pH4)值(zhi)的影響(xiang),并(bing)把這(zhe)一結果用下(xia)式表示出來,其中(zhong)合(he)(he)金元(yuan)素(su)表示為mass%.該式沒有表明(ming)鉻和氮的影響(xiang)。
pHd=-3.28 log Ni-0.13Mo-10.4P+2.95
2. 氮添(tian)加鋼(gang)中(zhong)相比(bi)例的影響
在研(yan)究(jiu)相比(bi)(bi)(bi)例對雙(shuang)相不(bu)銹鋼(gang)耐點腐蝕性的(de)影響時(shi)(shi),通過改變(bian)(bian)對耐點腐蝕性影響小的(de)氮含(han)量(liang),或改變(bian)(bian)加(jia)熱(re)溫度(du)來改變(bian)(bian)相比(bi)(bi)(bi)例。正如前面(mian)所(suo)(suo)講(jiang)到(dao)的(de)岡田等人的(de)研(yan)究(jiu)結(jie)果,在沒有特(te)別添(tian)加(jia)氮的(de)雙(shuang)相不(bu)銹鋼(gang)中,γ相從α相中析出后(hou),γ相中所(suo)(suo)含(han)的(de)Cr、Mo量(liang)比(bi)(bi)(bi)α相少,所(suo)(suo)以耐點腐蝕能力下降(jiang),但在添(tian)加(jia)了氮元素的(de)雙(shuang)相不(bu)銹鋼(gang)中,當(dang)相比(bi)(bi)(bi)例達到(dao)某一程度(du)時(shi)(shi),耐點腐蝕性升至最高。
長田等(deng)(1981年)(1984年)在(zai)以23Cr-1.5Mo及25Cr-1.5~3.5Mo為主要成分的(de)(de)不(bu)銹鋼(gang)中(zhong)(zhong)添(tian)加了(le)(le)0.1%N,然后通過改(gai)(gai)(gai)變(bian)其(qi)(qi)中(zhong)(zhong)的(de)(de)鎳(nie)含(han)量來改(gai)(gai)(gai)變(bian)相(xiang)(xiang)比例,使其(qi)(qi)構(gou)成各種雙相(xiang)(xiang)鋼(gang),然后對這些雙相(xiang)(xiang)鋼(gang)進行了(le)(le)點腐(fu)(fu)(fu)蝕(shi)電位測(ce)定(ding)和氯化鐵(tie)浸泡(pao)試驗(yan)(yan)。該(gai)試驗(yan)(yan)結果(guo)如圖(tu)8.10所示(shi),即使Cr、Mo含(han)量相(xiang)(xiang)同,當(dang)γ量達(da)到(dao)一定(ding)范圍(30%~40%)時,耐(nai)(nai)(nai)(nai)點腐(fu)(fu)(fu)蝕(shi)能力達(da)到(dao)最(zui)高(gao)水平。另外,酒井等(deng)人(ren)(1983年)對由鎳(nie)含(han)量發(fa)生改(gai)(gai)(gai)變(bian)的(de)(de)25Cr和22Cr-3Mo-0.15N-xNi組成的(de)(de)雙相(xiang)(xiang)不(bu)銹鋼(gang),進行了(le)(le)氯化鐵(tie)浸泡(pao)試驗(yan)(yan)來測(ce)定(ding)其(qi)(qi)耐(nai)(nai)(nai)(nai)點腐(fu)(fu)(fu)蝕(shi)性,結果(guo)顯示(shi)γ量在(zai)50%左右時,耐(nai)(nai)(nai)(nai)點腐(fu)(fu)(fu)蝕(shi)性最(zui)好。另一方(fang)面,藤原等(deng)(1987年)把SUS329J3L 和相(xiang)(xiang)當(dang)于329J4L的(de)(de)鋼(gang)材進行高(gao)溫處理,以改(gai)(gai)(gai)變(bian)相(xiang)(xiang)比例,然后通過氯化鐵(tie)浸泡(pao)試驗(yan)(yan)來檢測(ce)耐(nai)(nai)(nai)(nai)點腐(fu)(fu)(fu)蝕(shi)性。該(gai)試驗(yan)(yan)結果(guo)同樣(yang)顯示(shi)在(zai)γ相(xiang)(xiang)達(da)到(dao)某一比例時,耐(nai)(nai)(nai)(nai)點腐(fu)(fu)(fu)蝕(shi)性為最(zui)高(gao)。
如上所述,相(xiang)(xiang)(xiang)(xiang)比(bi)例(li)達到(dao)(dao)某(mou)一(yi)(yi)程度時,耐(nai)(nai)點(dian)(dian)(dian)腐(fu)(fu)(fu)蝕(shi)(shi)性(xing)(xing)(xing)(xing)達到(dao)(dao)最高水平。根本(ben)等(deng)人(1987年)證實了,這(zhe)(zhe)一(yi)(yi)相(xiang)(xiang)(xiang)(xiang)比(bi)例(li)的(de)(de)(de)(de)出現(xian)是(shi)由(you)改善(shan)耐(nai)(nai)點(dian)(dian)(dian)腐(fu)(fu)(fu)蝕(shi)(shi)性(xing)(xing)(xing)(xing)的(de)(de)(de)(de)元(yuan)素(su)(su)Cr、Mo、N在(zai)各相(xiang)(xiang)(xiang)(xiang)中(zhong)(zhong)的(de)(de)(de)(de)構成不(bu)同而(er)引起(qi)的(de)(de)(de)(de)。圖(tu)(tu)8.11模式化地表(biao)(biao)明(ming)了相(xiang)(xiang)(xiang)(xiang)比(bi)例(li)對雙相(xiang)(xiang)(xiang)(xiang)不(bu)銹鋼(gang)耐(nai)(nai)點(dian)(dian)(dian)腐(fu)(fu)(fu)蝕(shi)(shi)性(xing)(xing)(xing)(xing)的(de)(de)(de)(de)影響(xiang),其(qi)中(zhong)(zhong)豎軸表(biao)(biao)示根據Cr、Mo、N在(zai)各相(xiang)(xiang)(xiang)(xiang)中(zhong)(zhong)的(de)(de)(de)(de)含量所得出的(de)(de)(de)(de)耐(nai)(nai)點(dian)(dian)(dian)腐(fu)(fu)(fu)蝕(shi)(shi)性(xing)(xing)(xing)(xing)指數,而(er)Cr、Mo、N均(jun)為能(neng)(neng)顯著提高耐(nai)(nai)點(dian)(dian)(dian)腐(fu)(fu)(fu)蝕(shi)(shi)性(xing)(xing)(xing)(xing)的(de)(de)(de)(de)元(yuan)素(su)(su)。當鐵素(su)(su)體(ti)(ti)(ti)(ti)單相(xiang)(xiang)(xiang)(xiang)的(de)(de)(de)(de)耐(nai)(nai)點(dian)(dian)(dian)腐(fu)(fu)(fu)蝕(shi)(shi)指數為a時,添加對耐(nai)(nai)點(dian)(dian)(dian)腐(fu)(fu)(fu)蝕(shi)(shi)性(xing)(xing)(xing)(xing)影響(xiang)較小的(de)(de)(de)(de)鎳元(yuan)素(su)(su)使之成為由(you)雙相(xiang)(xiang)(xiang)(xiang)構成,這(zhe)(zhe)樣鐵素(su)(su)體(ti)(ti)(ti)(ti)的(de)(de)(de)(de)生成元(yuan)素(su)(su)Cr、Mo就固(gu)溶在(zai)鐵素(su)(su)體(ti)(ti)(ti)(ti)相(xiang)(xiang)(xiang)(xiang)中(zhong)(zhong),因(yin)此(ci)該相(xiang)(xiang)(xiang)(xiang)的(de)(de)(de)(de)耐(nai)(nai)點(dian)(dian)(dian)腐(fu)(fu)(fu)蝕(shi)(shi)性(xing)(xing)(xing)(xing)升高;而(er)在(zai)奧(ao)氏(shi)(shi)體(ti)(ti)(ti)(ti)相(xiang)(xiang)(xiang)(xiang)方面,雖然Cr、Mo含量有(you)(you)所減少,但(dan)奧(ao)氏(shi)(shi)體(ti)(ti)(ti)(ti)的(de)(de)(de)(de)生成元(yuan)素(su)(su)氮固(gu)溶在(zai)奧(ao)氏(shi)(shi)體(ti)(ti)(ti)(ti)相(xiang)(xiang)(xiang)(xiang)中(zhong)(zhong),因(yin)此(ci)仍然表(biao)(biao)現(xian)出良(liang)好的(de)(de)(de)(de)耐(nai)(nai)點(dian)(dian)(dian)腐(fu)(fu)(fu)蝕(shi)(shi)能(neng)(neng)力(li)。當相(xiang)(xiang)(xiang)(xiang)比(bi)例(li)達到(dao)(dao)沒有(you)(you)析出物質、兩相(xiang)(xiang)(xiang)(xiang)的(de)(de)(de)(de)耐(nai)(nai)點(dian)(dian)(dian)腐(fu)(fu)(fu)蝕(shi)(shi)性(xing)(xing)(xing)(xing)一(yi)(yi)致(圖(tu)(tu)中(zhong)(zhong)的(de)(de)(de)(de)箭頭位置)時,這(zhe)(zhe)種雙相(xiang)(xiang)(xiang)(xiang)不(bu)銹鋼(gang)呈現(xian)出最強的(de)(de)(de)(de)耐(nai)(nai)點(dian)(dian)(dian)腐(fu)(fu)(fu)蝕(shi)(shi)能(neng)(neng)力(li)。可以根據這(zhe)(zhe)類圖(tu)(tu)斷定,在(zai)奧(ao)氏(shi)(shi)體(ti)(ti)(ti)(ti)不(bu)銹鋼(gang)或鐵素(su)(su)體(ti)(ti)(ti)(ti)不(bu)銹鋼(gang)中(zhong)(zhong)分別有(you)(you)鐵素(su)(su)體(ti)(ti)(ti)(ti)相(xiang)(xiang)(xiang)(xiang)或奧(ao)氏(shi)(shi)體(ti)(ti)(ti)(ti)相(xiang)(xiang)(xiang)(xiang)析出的(de)(de)(de)(de)情況下,不(bu)管(guan)哪一(yi)(yi)相(xiang)(xiang)(xiang)(xiang)都容易發生點(dian)(dian)(dian)腐(fu)(fu)(fu)蝕(shi)(shi)。