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(dian)腐(fu)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。


  井上(shang)等(1973年)首先把(ba)15%~.25%Cr、6.5%~7%Ni、0.5%~5.5%Mo、0.03%~0.35%N、0.01%~0.08%C在(zai)規(gui)定(ding)范(fan)圍(wei)內按照各種組(zu)合制成奧(ao)氏(shi)體不銹鋼,然后把這些不銹鋼置于30℃的(de)10%FeCl3+1/20 mol/dm3HCl溶液中(zhong),采用多重回(hui)歸(gui)分(fen)析(xi)方法整(zheng)理出了由點(dian)腐蝕(shi)造成的(de)腐蝕(shi)減量和化(hua)學組(zu)成之間的(de)關系,并(bing)把腐蝕(shi)減量的(de)推算值(zhi)Δw(g/(㎡·h))與化(hua)學組(zu)成之間的(de)關系用式(8-1)表(biao)示出來。


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


圖 3.jpg


  在這里,各(ge)種元(yuan)(yuan)素均用(yong)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)(shi)能(neng)力(li)增(zeng)(zeng)強(qiang),而Mn卻(que)具(ju)有(you)負(fu)面(mian)影響(xiang)。此(ci)(ci)外,關(guan)于(yu)各(ge)種合(he)金(jin)(jin)元(yuan)(yuan)素對17 Cr-16 Ni鋼(gang)和(he)17 Cr-16 Ni-4Mo鋼(gang)的(de)(de)(de)耐(nai)點(dian)(dian)腐(fu)(fu)蝕(shi)(shi)(shi)性(xing)的(de)(de)(de)影響(xiang),遲澤等人(ren)(1975年)采用(yong)氯(lv)化(hua)鐵浸泡試(shi)驗和(he)對氯(lv)化(hua)物水溶(rong)液中點(dian)(dian)腐(fu)(fu)蝕(shi)(shi)(shi)電(dian)位的(de)(de)(de)測定,進(jin)行了(le)系(xi)統性(xing)的(de)(de)(de)研究。其中,把合(he)金(jin)(jin)元(yuan)(yuan)素對17 Cr-16 Ni鋼(gang)影響(xiang)的(de)(de)(de)一部分(fen)用(yong)圖8.3表(biao)示(shi)了(le)出來,從而證(zheng)實了(le)C、N、Si、Mo、Cu、W等元(yuan)(yuan)素使耐(nai)點(dian)(dian)腐(fu)(fu)蝕(shi)(shi)(shi)能(neng)力(li)得到了(le)提(ti)高(gao)。圖8.4 用(yong)來表(biao)示(shi)添(tian)加合(he)金(jin)(jin)元(yuan)(yuan)素對耐(nai)點(dian)(dian)腐(fu)(fu)蝕(shi)(shi)(shi)性(xing)的(de)(de)(de)影響(xiang),如圖8.4所示(shi),在酸性(xing)氯(lv)化(hua)物水溶(rong)液中的(de)(de)(de)鈍化(hua)臨界電(dian)流密(mi)度與氯(lv)化(hua)物水溶(rong)液中的(de)(de)(de)點(dian)(dian)腐(fu)(fu)蝕(shi)(shi)(shi)電(dian)位之間的(de)(de)(de)關(guan)系(xi)圖上,合(he)金(jin)(jin)元(yuan)(yuan)素的(de)(de)(de)影響(xiang)顯示(shi)為曲線,這表(biao)明在促(cu)使不銹鋼(gang)發(fa)(fa)生鈍化(hua)的(de)(de)(de)合(he)金(jin)(jin)化(hua)過程(cheng)中,耐(nai)點(dian)(dian)腐(fu)(fu)蝕(shi)(shi)(shi)能(neng)力(li)有(you)增(zeng)(zeng)強(qiang)的(de)(de)(de)傾向。但(dan)是在圖8.4中,只(zhi)有(you)添(tian)加了(le)氮的(de)(de)(de)不銹鋼(gang)偏離了(le)整體的(de)(de)(de)趨勢,與鈍化(hua)能(neng)力(li)(豎軸)相比,它更有(you)助于(yu)提(ti)高(gao)點(dian)(dian)腐(fu)(fu)蝕(shi)(shi)(shi)電(dian)位,所以(yi)(yi)只(zhi)有(you)氮以(yi)(yi)不同(tong)的(de)(de)(de)原理(li)使耐(nai)點(dian)(dian)腐(fu)(fu)蝕(shi)(shi)(shi)性(xing)得到增(zeng)(zeng)強(qiang)。此(ci)(ci)外,在蝕(shi)(shi)(shi)孔生成(cheng)時氮以(yi)(yi)NH4 陽離子的(de)(de)(de)形式存在于(yu)液體中,由此(ci)(ci)可推斷氮元(yuan)(yuan)素是通過抑制點(dian)(dian)腐(fu)(fu)蝕(shi)(shi)(shi)發(fa)(fa)生處的(de)(de)(de)pH值(zhi)下降,來避免(mian)點(dian)(dian)腐(fu)(fu)蝕(shi)(shi)(shi)進(jin)一步發(fa)(fa)展。


圖 4.jpg


  正如(ru)表8.2所總結的(de)那樣,人(ren)們直(zhi)到1975年左(zuo)右(you),才(cai)比較(jiao)定(ding)性、比較(jiao)明確地認識了合金元素(su)(su)對奧(ao)氏體不(bu)銹鋼點腐蝕(shi)的(de)影響,進而通過(guo)提高(gao)Cr、Mo、N含(han)量和降低Mn、S含(han)量等方法,開發具有(you)耐點腐蝕(shi)能力(li)的(de)不(bu)銹鋼。此外(wai),如(ru)下(xia)所述,研(yan)究者在詳(xiang)細探討鉻、鎳、鉬、銅、氮等元素(su)(su)的(de)影響同時(shi),漸漸轉為研(yan)究合金元素(su)(su)對縫隙腐蝕(shi)的(de)影響。



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(ling)一(yi)方面,中(zhong)(zhong)田(tian)(1976年)檢(jian)測了合金元(yuan)素(su)對耐(nai)縫(feng)(feng)隙(xi)(xi)腐蝕(shi)性的(de)(de)判斷標(biao)準-脫鈍化(hua)pH(pHa)的(de)(de)影(ying)響,把(ba)合金中(zhong)(zhong)的(de)(de)(%Cr)+3(%Mo)+0.5(%Ni)對pHa的(de)(de)影(ying)響用圖(tu)8.5 表(biao)示了出來,并(bing)證明(ming)了銅能有(you)效抑制(zhi)縫(feng)(feng)隙(xi)(xi)腐蝕(shi)(1977年),后在(zai)上(shang)述公(gong)式中(zhong)(zhong)加入2(%Cu),用圖(tu)8.6表(biao)明(ming)了與(yu)縫(feng)(feng)隙(xi)(xi)腐蝕(shi)量的(de)(de)關系。一(yi)般認為,鉬(mu)對縫(feng)(feng)隙(xi)(xi)腐蝕(shi)的(de)(de)影(ying)響效果(guo)通過由鉬(mu)酸生成引起的(de)(de)再鈍化(hua)來實現。根據鈴(ling)木(1979年)的(de)(de)研究成果(guo),一(yi)般來說(shuo),鉬(mu)在(zai)奧氏體不銹(xiu)鋼或鐵素(su)體不銹(xiu)鋼中(zhong)(zhong)的(de)(de)濃度(du)大于2%~3%時,就(jiu)能有(you)效抑制(zhi)縫(feng)(feng)隙(xi)(xi)腐蝕(shi)的(de)(de)發生。如果(guo)鉬(mu)在(zai)縫(feng)(feng)隙(xi)(xi)中(zhong)(zhong)偏析(xi)后能發生再鈍化(hua),那么(me)為確保一(yi)定比(bi)例(li)以上(shang)的(de)(de)阻化(hua)劑濃度(du),2%~3%的(de)(de)鉬(mu)就(jiu)是(shi)必要的(de)(de)組成部分。


 圖 6.jpg 圖 5.jpg



   此(ci)外,小林等(1978年)研究了氮(dan)是如何影響Cr、Ni、Mo含量不(bu)同的(de)(de)(de)奧氏(shi)體不(bu)銹鋼的(de)(de)(de)點(dian)腐(fu)蝕(shi)和縫(feng)隙腐(fu)蝕(shi)的(de)(de)(de),他(ta)發現在20%~24%Cr、12%~20%Ni、2.5%~4.4%Mo這一范圍內的(de)(de)(de)不(bu)銹鋼,比如22 Cr-20 Ni-3 Mo鋼中(zhong)添(tian)加氮(dan)后,點(dian)腐(fu)蝕(shi)臨界溫度升高(gao),能有效(xiao)抗腐(fu)蝕(shi)。鉻(ge)及鉬的(de)(de)(de)含量越高(gao),抗腐(fu)蝕(shi)效(xiao)果(guo)越明顯,而且(qie)氮(dan)也能改善縫(feng)隙腐(fu)蝕(shi)性(xing),這一效(xiao)果(guo)也多見于高(gao)鉻(ge)、高(gao)鉬鋼。


 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(gang)(gang)耐蝕性(xing)的(de)影響進行了(le)研究。他(ta)們(men)測定了(le)其(qi)在25℃的(de)3.5%NaCl及(ji)80℃的(de)1000x10-4%(ppm)Cl-中的(de)點腐(fu)(fu)蝕電(dian)位,結果顯示銅使(shi)耐點腐(fu)(fu)蝕性(xing)降低,而氮和硅使(shi)耐點腐(fu)(fu)蝕性(xing)升高,并開發了(le)與SUS316一樣的(de)耐局部腐(fu)(fu)蝕不銹鋼(gang)(gang),即鉬含量減(jian)少的(de)19Cr-10Ni-1Mo-1.5Si-0.1N鋼(gang)(gang)。


  關于Cu(0.5%~2%)、Mo(0.5%~1%)對(dui)18Cr-10Ni鋼(gang)局(ju)部(bu)腐蝕(shi)(shi)的(de)(de)(de)影響,大橋等(1980年)測定(ding)了在(zai)40℃的(de)(de)(de)5%NaCl溶(rong)液中的(de)(de)(de)點腐蝕(shi)(shi)電位,發(fa)現銅(tong)有使(shi)點腐蝕(shi)(shi)電位略微降低的(de)(de)(de)傾向,銅(tong)的(de)(de)(de)添(tian)加使(shi)40℃的(de)(de)(de)5%NaCl+2%H2O2溶(rong)液中的(de)(de)(de)腐蝕(shi)(shi)度(du)降低,使(shi)縫(feng)隙部(bu)位的(de)(de)(de)腐蝕(shi)(shi)均勻(yun)。


此外,針對(dui)Ni(20%~45%)和Cr(15%~30%)對(dui)含(han)3%Mo的高鎳奧氏體不銹鋼的影響,本(ben)田等(1983年)通過氯化鐵浸泡(pao)試驗進行了研究,結(jie)果(guo)如圖8.7所示,鎳的防蝕效果(guo)雖比(bi)鉻(ge)小,但添加大量的鎳后,效果(guo)就比(bi)較明顯。


圖 7.jpg


  另(ling)外(wai),20Cr-25Ni-6Mo鋼(gang)具有良好的(de)(de)(de)耐(nai)(nai)局(ju)部腐蝕(shi)(shi)(shi)性(xing)(xing),名越等(1984年)就(jiu)Cu、N、Ni含量對(dui)該鋼(gang)點腐蝕(shi)(shi)(shi)和(he)(he)縫隙腐蝕(shi)(shi)(shi)的(de)(de)(de)影響進(jin)行了深入的(de)(de)(de)研(yan)究,從而證(zheng)實(shi)(shi)了氮(dan)具有耐(nai)(nai)點腐蝕(shi)(shi)(shi)的(de)(de)(de)效果,與此同時也(ye)表明了鎳含量的(de)(de)(de)減(jian)少能降低焊接部位(wei)的(de)(de)(de)耐(nai)(nai)蝕(shi)(shi)(shi)性(xing)(xing)。另(ling)外(wai)他們還進(jin)行了實(shi)(shi)驗室(shi)及海水(shui)浸泡實(shi)(shi)驗,由(you)此證(zheng)實(shi)(shi)了通(tong)過(guo)添加氮(dan)元(yuan)素和(he)(he)降低硫含量,銅添加鋼(gang)的(de)(de)(de)耐(nai)(nai)點腐蝕(shi)(shi)(shi)性(xing)(xing)和(he)(he)耐(nai)(nai)縫隙腐蝕(shi)(shi)(shi)性(xing)(xing)增強(qiang)。


 宇城等(1984年(nian))也對改變Ni、N含量后的26Cr-19~30Ni-6Mo鋼和20Cr-22~25Ni-6Mo鋼進行了(le)點(dian)腐(fu)(fu)(fu)蝕(shi)電(dian)位(wei)測定(ding)和氯化鐵浸泡試(shi)驗,從(cong)而證(zheng)實(shi)了(le)氮元素能顯著(zhu)提高(gao)耐點(dian)腐(fu)(fu)(fu)蝕(shi)性、耐縫隙腐(fu)(fu)(fu)蝕(shi)性,并表(biao)明(ming)了(le)縫隙腐(fu)(fu)(fu)蝕(shi)性大(da)致可(ke)以用%Cr+3(%Mo)+70(%N)來衡量。此后,太田(tian)等(1986年(nian))針對添加了(le)0.7%N的20Cr-10Ni 鋼,采用加壓溶(rong)解的方法(fa)測定(ding)了(le)該鋼在40℃的0.5 mol/dm3 NaCl 溶(rong)液中的點(dian)腐(fu)(fu)(fu)蝕(shi)電(dian)位(wei),結果(guo)表(biao)明(ming)20Cr-10Ni-0.7N鋼的耐點(dian)腐(fu)(fu)(fu)蝕(shi)性比(bi)SUS316鋼優良得多。


 岡山等(1987年(nian))測(ce)定(ding)了(le)80℃的3%NaCl溶液中的縫隙再鈍(dun)化電位(ER),采用(yong)多重回歸分析法分析了(le)合金元素對ER的影響。該(gai)分析結(jie)果(guo)表明,對奧氏(shi)體不(bu)銹鋼來說,鉻和鉬使(shi)ER升高,但鉬對含有(you)(you)2%~3%Cu的不(bu)銹鋼卻沒(mei)有(you)(you)這種作(zuo)用(yong),而(er)是銅的添(tian)加使(shi)ER升高。另外,該(gai)結(jie)果(guo)還表明鎳含量的增加使(shi)ER降低,氮沒(mei)有(you)(you)使(shi)ER升高。并且他們(men)在25℃、12%NaCl溶液中測(ce)量出(chu)奧氏(shi)體不(bu)銹鋼的脫鈍(dun)化pH(pHa)值(zhi),并把合金元素對pH,值(zhi)的影響用(yong)下式表示出(chu)來,其中元素用(yong)mass%表示。


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


另(ling)外,針對Cu含量(liang)在0.9%以上的奧氏體不銹(xiu)鋼(gang),得出下式(shi):


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


 也就是(shi)說,Cr、Mo、Cu使(shi)pH,值(zhi)降低,但與(yu)鐵素(su)體不銹鋼(gang)或雙(shuang)相(xiang)不銹鋼(gang)不同的(de)是(shi),鎳使(shi)奧氏體不銹鋼(gang)的(de)pH,值(zhi)下降。可見,在鎳對不銹鋼(gang)的(de)影響方面,這(zhe)一結果(guo)與(yu)剛(gang)才所示(shi)的(de)中田等人的(de)結果(guo)相(xiang)矛盾(dun)。而且在這(zhe)一研究(jiu)中沒有涉(she)及氮元(yuan)素(su)的(de)影響。


針對18Cr-14Ni和14Cr-16Ni鋼,陳等人(ren)(1996年)通過使用莫爾條紋法的(de)腐(fu)蝕面三維(wei)測量系統,測定了合金元素(P、Si、Mn、Cu、Al)對這兩種鋼在80℃、3%NaCl溶液中產生縫隙腐(fu)蝕和腐(fu)蝕擴散時的(de)溶解所造成(cheng)的(de)影響(xiang)。該(gai)研究(jiu)結果表明,合金元素對初級階段(duan)的(de)縫隙腐(fu)蝕只產生很小的(de)影響(xiang),而對處于發展(zhan)階段(duan)的(de)腐(fu)蝕(即ER)的(de)影響(xiang)卻(que)很大。


上述各個試驗結(jie)果明確了Cr、Mo、N對(dui)縫(feng)隙腐蝕(shi)(shi)具有抑制效果。關于鎳的影響目前(qian)還不清(qing)楚,但因為奧氏(shi)體(ti)不銹鋼(gang)中含有大量(liang)的鎳,所以今后應該進一步(bu)明確鎳對(dui)腐蝕(shi)(shi)的影響程(cheng)度及(ji)其(qi)結(jie)構。