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。
井上等(1973年)首先(xian)把(ba)15%~.25%Cr、6.5%~7%Ni、0.5%~5.5%Mo、0.03%~0.35%N、0.01%~0.08%C在規定范圍內按照(zhao)各種組(zu)合制(zhi)成(cheng)奧氏體不銹(xiu)鋼(gang),然后把(ba)這些不銹(xiu)鋼(gang)置于30℃的10%FeCl3+1/20 mol/dm3HCl溶(rong)液中,采用(yong)多重回歸(gui)分析方法整(zheng)理出了由點腐蝕造成(cheng)的腐蝕減量(liang)和化學組(zu)成(cheng)之(zhi)間的關系,并把(ba)腐蝕減量(liang)的推算值Δw(g/(㎡·h))與(yu)化學組(zu)成(cheng)之(zhi)間的關系用(yong)式(8-1)表示(shi)出來。
log(Δw)=-0.3154(Cr+84.9C+10.2Si-0.3Mn+0.195Ni+2.5Mo+34.6N)+13.9820(8-1)

在這里,各種元(yuan)素均用(yong)(yong)mass%表(biao)示。這一(yi)公式(shi)表(biao)明(ming),C、N、Si、Mo、Cr使耐(nai)(nai)點(dian)(dian)(dian)腐(fu)(fu)蝕(shi)(shi)(shi)(shi)(shi)能(neng)力(li)(li)增(zeng)強(qiang),而(er)Mn卻具有(you)負(fu)面影(ying)響(xiang)(xiang)(xiang)(xiang)。此外,關于(yu)(yu)各種合(he)金(jin)元(yuan)素對(dui)17 Cr-16 Ni鋼(gang)(gang)和17 Cr-16 Ni-4Mo鋼(gang)(gang)的(de)(de)(de)(de)耐(nai)(nai)點(dian)(dian)(dian)腐(fu)(fu)蝕(shi)(shi)(shi)(shi)(shi)性(xing)的(de)(de)(de)(de)影(ying)響(xiang)(xiang)(xiang)(xiang),遲(chi)澤等(deng)人(1975年)采用(yong)(yong)氯(lv)(lv)化(hua)(hua)(hua)鐵浸泡(pao)試驗(yan)和對(dui)氯(lv)(lv)化(hua)(hua)(hua)物水(shui)溶(rong)液(ye)中(zhong)(zhong)點(dian)(dian)(dian)腐(fu)(fu)蝕(shi)(shi)(shi)(shi)(shi)電位(wei)的(de)(de)(de)(de)測定,進行了(le)系統性(xing)的(de)(de)(de)(de)研究(jiu)。其中(zhong)(zhong),把合(he)金(jin)元(yuan)素對(dui)17 Cr-16 Ni鋼(gang)(gang)影(ying)響(xiang)(xiang)(xiang)(xiang)的(de)(de)(de)(de)一(yi)部分用(yong)(yong)圖(tu)(tu)8.3表(biao)示了(le)出來(lai),從(cong)而(er)證實(shi)了(le)C、N、Si、Mo、Cu、W等(deng)元(yuan)素使耐(nai)(nai)點(dian)(dian)(dian)腐(fu)(fu)蝕(shi)(shi)(shi)(shi)(shi)能(neng)力(li)(li)得到了(le)提(ti)高(gao)。圖(tu)(tu)8.4 用(yong)(yong)來(lai)表(biao)示添(tian)加合(he)金(jin)元(yuan)素對(dui)耐(nai)(nai)點(dian)(dian)(dian)腐(fu)(fu)蝕(shi)(shi)(shi)(shi)(shi)性(xing)的(de)(de)(de)(de)影(ying)響(xiang)(xiang)(xiang)(xiang),如圖(tu)(tu)8.4所示,在酸(suan)性(xing)氯(lv)(lv)化(hua)(hua)(hua)物水(shui)溶(rong)液(ye)中(zhong)(zhong)的(de)(de)(de)(de)鈍(dun)化(hua)(hua)(hua)臨界電流密(mi)度與氯(lv)(lv)化(hua)(hua)(hua)物水(shui)溶(rong)液(ye)中(zhong)(zhong)的(de)(de)(de)(de)點(dian)(dian)(dian)腐(fu)(fu)蝕(shi)(shi)(shi)(shi)(shi)電位(wei)之(zhi)間的(de)(de)(de)(de)關系圖(tu)(tu)上,合(he)金(jin)元(yuan)素的(de)(de)(de)(de)影(ying)響(xiang)(xiang)(xiang)(xiang)顯示為曲線,這表(biao)明(ming)在促使不(bu)銹(xiu)鋼(gang)(gang)發生(sheng)鈍(dun)化(hua)(hua)(hua)的(de)(de)(de)(de)合(he)金(jin)化(hua)(hua)(hua)過程中(zhong)(zhong),耐(nai)(nai)點(dian)(dian)(dian)腐(fu)(fu)蝕(shi)(shi)(shi)(shi)(shi)能(neng)力(li)(li)有(you)增(zeng)強(qiang)的(de)(de)(de)(de)傾向。但是在圖(tu)(tu)8.4中(zhong)(zhong),只(zhi)有(you)添(tian)加了(le)氮的(de)(de)(de)(de)不(bu)銹(xiu)鋼(gang)(gang)偏離了(le)整體的(de)(de)(de)(de)趨勢,與鈍(dun)化(hua)(hua)(hua)能(neng)力(li)(li)(豎軸(zhou))相(xiang)比,它更有(you)助(zhu)于(yu)(yu)提(ti)高(gao)點(dian)(dian)(dian)腐(fu)(fu)蝕(shi)(shi)(shi)(shi)(shi)電位(wei),所以(yi)只(zhi)有(you)氮以(yi)不(bu)同的(de)(de)(de)(de)原(yuan)理使耐(nai)(nai)點(dian)(dian)(dian)腐(fu)(fu)蝕(shi)(shi)(shi)(shi)(shi)性(xing)得到增(zeng)強(qiang)。此外,在蝕(shi)(shi)(shi)(shi)(shi)孔生(sheng)成時氮以(yi)NH4 陽離子的(de)(de)(de)(de)形式(shi)存(cun)在于(yu)(yu)液(ye)體中(zhong)(zhong),由此可推斷氮元(yuan)素是通過抑制點(dian)(dian)(dian)腐(fu)(fu)蝕(shi)(shi)(shi)(shi)(shi)發生(sheng)處的(de)(de)(de)(de)pH值下降(jiang),來(lai)避(bi)免點(dian)(dian)(dian)腐(fu)(fu)蝕(shi)(shi)(shi)(shi)(shi)進一(yi)步發展。

正如(ru)表8.2所總結(jie)的(de)那樣,人們(men)直到1975年左右(you),才比較定性、比較明確地認識了合(he)金(jin)元(yuan)素對奧氏體不銹鋼點腐蝕的(de)影響,進(jin)而通過(guo)提高Cr、Mo、N含量和降(jiang)低Mn、S含量等(deng)(deng)方法(fa),開發(fa)具(ju)有耐(nai)點腐蝕能力的(de)不銹鋼。此外,如(ru)下(xia)所述,研(yan)究(jiu)者(zhe)在詳細探(tan)討鉻、鎳、鉬、銅、氮等(deng)(deng)元(yuan)素的(de)影響同時,漸漸轉為(wei)研(yan)究(jiu)合(he)金(jin)元(yuan)素對縫隙腐蝕的(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(fu)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。


另一(yi)方面,中(zhong)田(1976年)檢測了合金(jin)(jin)元素(su)(su)對耐縫隙(xi)(xi)腐(fu)(fu)蝕性的(de)(de)判斷標準-脫鈍化(hua)pH(pHa)的(de)(de)影響,把合金(jin)(jin)中(zhong)的(de)(de)(%Cr)+3(%Mo)+0.5(%Ni)對pHa的(de)(de)影響用(yong)圖(tu)8.5 表示(shi)了出來,并證明(ming)了銅能有效(xiao)抑制(zhi)縫隙(xi)(xi)腐(fu)(fu)蝕(1977年),后在(zai)(zai)上(shang)述公式(shi)中(zhong)加入2(%Cu),用(yong)圖(tu)8.6表明(ming)了與縫隙(xi)(xi)腐(fu)(fu)蝕量的(de)(de)關(guan)系。一(yi)般(ban)認為,鉬對縫隙(xi)(xi)腐(fu)(fu)蝕的(de)(de)影響效(xiao)果(guo)通(tong)過由鉬酸生(sheng)成引起(qi)的(de)(de)再(zai)鈍化(hua)來實(shi)現。根(gen)據鈴木(mu)(1979年)的(de)(de)研(yan)究(jiu)成果(guo),一(yi)般(ban)來說,鉬在(zai)(zai)奧氏體不銹鋼或鐵素(su)(su)體不銹鋼中(zhong)的(de)(de)濃(nong)度大于2%~3%時,就能有效(xiao)抑制(zhi)縫隙(xi)(xi)腐(fu)(fu)蝕的(de)(de)發生(sheng)。如(ru)果(guo)鉬在(zai)(zai)縫隙(xi)(xi)中(zhong)偏析后能發生(sheng)再(zai)鈍化(hua),那么(me)為確保一(yi)定比例(li)以上(shang)的(de)(de)阻(zu)化(hua)劑濃(nong)度,2%~3%的(de)(de)鉬就是必(bi)要的(de)(de)組成部分。

此外(wai),小林(lin)等(1978年(nian))研究了(le)氮(dan)是如何影(ying)響Cr、Ni、Mo含(han)量不同的(de)奧氏體不銹鋼的(de)點腐蝕和縫(feng)隙腐蝕的(de),他發現在20%~24%Cr、12%~20%Ni、2.5%~4.4%Mo這(zhe)(zhe)一范圍(wei)內的(de)不銹鋼,比如22 Cr-20 Ni-3 Mo鋼中添加氮(dan)后(hou),點腐蝕臨界(jie)溫度升(sheng)高(gao),能有(you)效(xiao)抗腐蝕。鉻及鉬的(de)含(han)量越高(gao),抗腐蝕效(xiao)果越明顯,而且氮(dan)也(ye)能改善縫(feng)隙腐蝕性(xing),這(zhe)(zhe)一效(xiao)果也(ye)多見于高(gao)鉻、高(gao)鉬鋼。
杉本等(1980年)針對0.3%~4%Cu、0.03%~0.1%N、0.8%~1.5%Si對19 Cr-10 Ni-1 Mo鋼耐(nai)(nai)蝕性(xing)的(de)(de)影(ying)響進行了(le)研究(jiu)。他們測定了(le)其(qi)在25℃的(de)(de)3.5%NaCl及80℃的(de)(de)1000x10-4%(ppm)Cl-中的(de)(de)點(dian)腐(fu)蝕電位,結果顯(xian)示銅使耐(nai)(nai)點(dian)腐(fu)蝕性(xing)降低,而(er)氮和硅使耐(nai)(nai)點(dian)腐(fu)蝕性(xing)升高(gao),并開發(fa)了(le)與SUS316一樣的(de)(de)耐(nai)(nai)局部腐(fu)蝕不銹鋼,即鉬含量減少的(de)(de)19Cr-10Ni-1Mo-1.5Si-0.1N鋼。
關于Cu(0.5%~2%)、Mo(0.5%~1%)對18Cr-10Ni鋼局部腐蝕(shi)的(de)(de)影響,大橋等(1980年)測定了在40℃的(de)(de)5%NaCl溶液中的(de)(de)點腐蝕(shi)電位(wei)(wei),發現銅有使點腐蝕(shi)電位(wei)(wei)略微降低(di)的(de)(de)傾向,銅的(de)(de)添加(jia)使40℃的(de)(de)5%NaCl+2%H2O2溶液中的(de)(de)腐蝕(shi)度降低(di),使縫隙部位(wei)(wei)的(de)(de)腐蝕(shi)均(jun)勻。
此(ci)外,針(zhen)對(dui)Ni(20%~45%)和Cr(15%~30%)對(dui)含3%Mo的(de)高鎳奧氏體(ti)不銹鋼的(de)影響,本田等(1983年)通過氯(lv)化鐵浸泡試驗進行了研(yan)究(jiu),結果如圖8.7所示,鎳的(de)防蝕效果雖比(bi)鉻小,但添加(jia)大(da)量的(de)鎳后,效果就比(bi)較明顯(xian)。

另外,20Cr-25Ni-6Mo鋼具(ju)有良好(hao)的(de)(de)耐(nai)局部(bu)腐(fu)(fu)(fu)蝕性(xing)(xing),名越等(deng)(1984年)就(jiu)Cu、N、Ni含(han)量(liang)對該(gai)鋼點(dian)腐(fu)(fu)(fu)蝕和縫(feng)隙腐(fu)(fu)(fu)蝕的(de)(de)影響進行了(le)(le)深入的(de)(de)研究(jiu),從而(er)證實(shi)了(le)(le)氮(dan)具(ju)有耐(nai)點(dian)腐(fu)(fu)(fu)蝕的(de)(de)效果,與此同時也(ye)表明了(le)(le)鎳含(han)量(liang)的(de)(de)減少能降(jiang)低焊接部(bu)位的(de)(de)耐(nai)蝕性(xing)(xing)。另外他們還(huan)進行了(le)(le)實(shi)驗室(shi)及海水浸泡實(shi)驗,由此證實(shi)了(le)(le)通(tong)過添加(jia)氮(dan)元素和降(jiang)低硫含(han)量(liang),銅添加(jia)鋼的(de)(de)耐(nai)點(dian)腐(fu)(fu)(fu)蝕性(xing)(xing)和耐(nai)縫(feng)隙腐(fu)(fu)(fu)蝕性(xing)(xing)增強。
宇城等(1984年(nian))也對(dui)改變Ni、N含(han)量后(hou)的26Cr-19~30Ni-6Mo鋼(gang)(gang)和(he)20Cr-22~25Ni-6Mo鋼(gang)(gang)進(jin)行了(le)點(dian)腐(fu)(fu)(fu)蝕電(dian)位測定和(he)氯化鐵浸(jin)泡試驗,從而證實了(le)氮(dan)元(yuan)素(su)能顯著提高耐點(dian)腐(fu)(fu)(fu)蝕性(xing)、耐縫隙腐(fu)(fu)(fu)蝕性(xing),并表明了(le)縫隙腐(fu)(fu)(fu)蝕性(xing)大(da)致可以(yi)用%Cr+3(%Mo)+70(%N)來衡(heng)量。此后(hou),太田等(1986年(nian))針對(dui)添加(jia)了(le)0.7%N的20Cr-10Ni 鋼(gang)(gang),采用加(jia)壓溶解的方(fang)法(fa)測定了(le)該鋼(gang)(gang)在40℃的0.5 mol/dm3 NaCl 溶液中(zhong)的點(dian)腐(fu)(fu)(fu)蝕電(dian)位,結果(guo)表明20Cr-10Ni-0.7N鋼(gang)(gang)的耐點(dian)腐(fu)(fu)(fu)蝕性(xing)比SUS316鋼(gang)(gang)優良得多。
岡山等(1987年)測(ce)定(ding)了80℃的(de)(de)3%NaCl溶(rong)液中的(de)(de)縫隙再鈍化(hua)電位(ER),采(cai)用多重回歸分析(xi)法(fa)分析(xi)了合金元(yuan)素對(dui)ER的(de)(de)影響。該(gai)分析(xi)結果表(biao)(biao)明,對(dui)奧氏體不(bu)銹(xiu)鋼來說,鉻和鉬使(shi)ER升(sheng)高,但鉬對(dui)含(han)有(you)2%~3%Cu的(de)(de)不(bu)銹(xiu)鋼卻沒有(you)這種作(zuo)用,而是銅的(de)(de)添加(jia)使(shi)ER升(sheng)高。另(ling)外,該(gai)結果還表(biao)(biao)明鎳含(han)量的(de)(de)增加(jia)使(shi)ER降低(di),氮沒有(you)使(shi)ER升(sheng)高。并且他們在25℃、12%NaCl溶(rong)液中測(ce)量出(chu)奧氏體不(bu)銹(xiu)鋼的(de)(de)脫(tuo)鈍化(hua)pH(pHa)值(zhi)(zhi),并把合金元(yuan)素對(dui)pH,值(zhi)(zhi)的(de)(de)影響用下(xia)式表(biao)(biao)示出(chu)來,其(qi)中元(yuan)素用mass%表(biao)(biao)示。
pHd=-0.248Cr+1.29logNi-0.219Mo+2.66C+74.9S+4.09
另(ling)外,針對Cu含量在0.9%以上的奧氏體不(bu)銹鋼,得出下式:
pHd=-0.144Cr+1.73logNi-0.206Mo-0.146Cu+1.17Si-0.177Nb+1.89
也就是(shi)說(shuo),Cr、Mo、Cu使pH,值降(jiang)低,但與鐵(tie)素體(ti)不(bu)銹鋼或雙相(xiang)不(bu)銹鋼不(bu)同(tong)的(de)是(shi),鎳使奧(ao)氏體(ti)不(bu)銹鋼的(de)pH,值下降(jiang)。可見(jian),在鎳對(dui)不(bu)銹鋼的(de)影響方(fang)面,這一(yi)結(jie)果(guo)與剛才所(suo)示的(de)中田等人的(de)結(jie)果(guo)相(xiang)矛盾。而且在這一(yi)研究中沒(mei)有涉(she)及氮(dan)元素的(de)影響。
針對18Cr-14Ni和14Cr-16Ni鋼,陳等人(1996年)通過使用莫爾條紋法的(de)(de)腐蝕(shi)(shi)面三(san)維(wei)測量(liang)系(xi)統,測定了(le)合金元素(su)(P、Si、Mn、Cu、Al)對這兩種鋼在(zai)80℃、3%NaCl溶液中產(chan)生(sheng)縫隙(xi)腐蝕(shi)(shi)和腐蝕(shi)(shi)擴散(san)時的(de)(de)溶解所造(zao)成的(de)(de)影(ying)響。該研究結(jie)果表明(ming),合金元素(su)對初(chu)級(ji)階(jie)段的(de)(de)縫隙(xi)腐蝕(shi)(shi)只產(chan)生(sheng)很小的(de)(de)影(ying)響,而對處于發展階(jie)段的(de)(de)腐蝕(shi)(shi)(即ER)的(de)(de)影(ying)響卻很大。
上述各個試驗結果(guo)明確了Cr、Mo、N對縫(feng)隙(xi)腐(fu)蝕具有抑制效果(guo)。關于鎳(nie)的影(ying)(ying)響目(mu)前還不清楚,但(dan)因為奧氏(shi)體不銹鋼中含有大量的鎳(nie),所以(yi)今后應(ying)該進一步明確鎳(nie)對腐(fu)蝕的影(ying)(ying)響程度及其(qi)結構。

