影響點蝕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(yang)化性(xing)酸和一些還(huan)原性(xing)介質中,只靠鉻的(de)(de)鈍化作用尚不(bu)足以維持(chi)其耐蝕性(xing),還(huan)需(xu)要添加抑制陽極溶(rong)解的(de)(de)元素,如鎳、鉬、硅(gui)等(deng),尤其是鉬。在中性(xing)氯化物的(de)(de)溶(rong)液中,鉻與鉬的(de)(de)配(pei)合能(neng)顯著提高鋼的(de)(de)耐點(dian)蝕性(xing)能(neng)。


 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(xiu)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(nie)在(zai)雙相不銹鋼中的主要作(zuo)用是控(kong)制好組(zu)織,選擇適當的鎳(nie)含(han)(han)量(liang),使α和γ相各占(zhan)50%左右。鎳(nie)含(han)(han)量(liang)高(gao)于(yu)最(zui)佳值(zhi),y相含(han)(han)量(liang)大于(yu)50%,α相中顯著富鉻,易在(zai)700~950℃轉變成。相等,鋼的塑韌性(xing)下降;如果鎳(nie)含(han)(han)量(liang)低于(yu)最(zui)佳值(zhi),α相含(han)(han)量(liang)高(gao),也會(hui)得到低的韌性(xing),固態結晶時δ相立即形(xing)成,對鋼的焊接性(xing)不利。


 氮在雙相不(bu)銹鋼中的作(zuo)用(yong)(yong)日益受到重視(shi),在新一代超級雙相不(bu)銹鋼中都加入氮作(zuo)為(wei)合金元素(su)。許多(duo)學者(zhe)都致力于研(yan)究氮的作(zuo)用(yong)(yong)機制,并提出了一些(xie)通過氮合金化(hua)而改善耐點蝕性能(neng)的機理,主要有氨形成理論(lun)、表面富集(ji)理論(lun)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。


 表面富集理論認為(wei),氮會在(zai)長時間的(de)鈍化(hua)(hua)期間內,于鈍化(hua)(hua)膜(mo)下大(da)量富集,這種(zhong)富集能阻止或者降(jiang)低(di)鈍化(hua)(hua)膜(mo)破損后基底層(ceng)的(de)溶解速率。這些富集的(de)氮能與鉬或鉻發生(sheng)化(hua)(hua)學相互作用,防止表面形(xing)成高密度電流(liu),避免發生(sheng)點蝕。


 氮(dan)(dan)對雙相(xiang)不(bu)銹鋼耐點蝕(shi)(shi)的(de)(de)影響與其影響合金(jin)元素在(zai)兩相(xiang)之間的(de)(de)分配(pei)有關,氮(dan)(dan)可使鉻、鉬元素從鐵素體相(xiang)向奧氏體中(zhong)轉移,鋼中(zhong)的(de)(de)氮(dan)(dan)含量越高(gao),兩相(xiang)中(zhong)合金(jin)元素之差越小。同(tong)時氮(dan)(dan)在(zai)奧氏體中(zhong)的(de)(de)溶解度遠高(gao)于在(zai)鐵素體中(zhong),上述原因使奧氏體相(xiang)的(de)(de)點蝕(shi)(shi)電位提高(gao),從而提高(gao)了整體點蝕(shi)(shi)電位。


 錳(meng)對雙相不銹鋼(gang)的耐點蝕性能不利,這是(shi)由(you)于錳(meng)主要與硫(liu)結合,形(xing)成(cheng)硫(liu)化錳(meng),大多沿晶界分(fen)布,成(cheng)為點蝕敏感點。


銅在雙相不(bu)銹鋼(gang)中對點蝕的影響(xiang)尚(shang)有(you)爭(zheng)議(yi)。在雙相不(bu)銹鋼(gang)鍛件中,銅加入量(liang)不(bu)超過2%,在鑄(zhu)件中最高不(bu)超過3%,主要是從鋼(gang)的熱塑性(xing)和(he)可焊性(xing)方面來考慮的。


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)耐點蝕性能(neng)是有害的(de),但隨鋼中氮含量(liang)的(de)增(zeng)加,碳(tan)的(de)不利(li)作用(yong)減弱。


 綜上所述,在氯化物環境中(zhong)影響點(dian)蝕的主要合金(jin)元(yuan)素是(shi)鉻(ge)、鉬(mu)和氮。研究者為便于描述合金(jin)元(yuan)素與耐(nai)點(dian)蝕性能之間(jian)的關系(xi),建立了數學關系(xi)式(shi),提出了點(dian)蝕抗力當量值或稱耐(nai)點(dian)蝕指數 PREN(pitting resistance equivalent number),其中(zhong)最常用的關系(xi)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。


表 44.jpg


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(zi)身的(de)化(hua)(hua)(hua)學溶解(jie),溶解(jie)后反(fan)應即終止,對(dui)基體(ti)不(bu)會帶來影響。還有(you)一類是(shi)以硫(liu)化(hua)(hua)(hua)物(wu)(wu)(wu)為(wei)外殼包圍著(zhu)的(de)氧(yang)化(hua)(hua)(hua)物(wu)(wu)(wu),或(huo)在氧(yang)化(hua)(hua)(hua)物(wu)(wu)(wu)中分布有(you)極微(wei)(wei)小硫(liu)化(hua)(hua)(hua)物(wu)(wu)(wu)質點(dian)(dian)的(de)復合夾(jia)(jia)雜物(wu)(wu)(wu)。這些氧(yang)化(hua)(hua)(hua)物(wu)(wu)(wu)主(zhu)要(yao)是(shi)鋁、鈣、鎂(mei)的(de)復合氧(yang)化(hua)(hua)(hua)物(wu)(wu)(wu),硫(liu)化(hua)(hua)(hua)物(wu)(wu)(wu)主(zhu)要(yao)是(shi)(Ca,Mn)S或(huo)(Fe,Mn)xS。這種復合夾(jia)(jia)雜物(wu)(wu)(wu)在FeCl3溶液中浸泡很短時間(jian)(jian)就會在夾(jia)(jia)雜和基體(ti)間(jian)(jian)產生極窄的(de)縫隙或(huo)微(wei)(wei)小孔洞,繼(ji)之(zhi)腐蝕(shi)從縫隙處開始向基體(ti)金(jin)屬蔓(man)延(yan),形(xing)成稍大的(de)蝕(shi)坑(keng),并迅速擴(kuo)大,在金(jin)屬表面留下大小不(bu)等、肉眼可見的(de)蝕(shi)坑(keng)。為(wei)提高鋼(gang)的(de)點(dian)(dian)蝕(shi)性能,宜用硅鈣取(qu)代鋁以及(ji)降低鋼(gang)中硫(liu)、錳量都是(shi)有(you)效(xiao)辦法(fa)。


 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。