合金元素对铁素体不锈钢耐蚀性能的影响

1. 铬、钼等元素对铁素体不锈钢耐蚀性能的影响

  冈田等（1973年）通过氯化铁浸泡试验和阳极极化试验，检测了Cr(20%~30%)、Mo(0%~4%)及Nb(0%~2%)对铁素体不锈钢耐点腐蚀性的影响，结果显示耐点腐蚀性主要由铬和钼的含量决定，当铬含量为25%以上时，铁的钝化特性明显得到改善。由此，冈田研制开发了25 Cr-3Mo-0.7Nb-0.03C钢。为了进一步增强该不锈钢的韧性，他们使钢中的镍元素增至8%,这样之后耐点腐蚀能力反而下降，这是因为铁素体单相变成了双相的缘故。另外，小川等（1978年）通过AES、XPS发现，钢铁中的铬含量越多，钝化膜中的铬比例越大，从而钝化膜更稳定，这正是高铬钢拥有良好的耐点腐蚀能力的原因所在。

  宫川等（1975年）［41]使用25℃、5%NaCl溶液，检测了Mo（0.5%~5%)、Mn(0%~3%)、S(0%~0.095%)如何影响18Cr钢在食盐水中的点腐蚀电位，结果表明钼含量增加后，点腐蚀电位升高（即耐点腐蚀能力增强）；锰含量在1%以上时点腐蚀电位不受影响，1%以下时含量越少，点腐蚀电位越高；硫含量越多，点腐蚀电位越低。

  久松等（1976年）采用再钝化电位（缝隙内溶解反应完全停止后，再度发生钝化的电位）此为衡量缝隙腐蚀安全性的标准，研究了钼含量对25%Cr钢的影响，表明钼具有防止缝隙腐蚀的效果。

  还有，辻（1976年）等分析了Cr(16.9%~19.0%)、Mo（0%~3%)及各种微量元素的含量对5%FeCl3+0.05 mol/dm3HCl溶液中的18Cr-Mo系钢点腐蚀的影响，其中对耐点腐蚀性影响较大的铬及钼的影响如下式所示。

  30℃时的腐蚀度＝35.25-1.53(%Cr)-1.65(%Mo),g/(㎡·h)

  50℃时的腐蚀度＝43.60-1.24(%Cr)-2.55(%Mo),g/(㎡·h)

  由此可知，钼的影响效果是铬的1~2倍。另外，它还表明了含有Cr、Mo组合成分的钢19Cr-2Mo和18Cr-3Mo都具有比SUS304更强的耐点腐蚀性，而Si、Mn、Ni、Cu、P、S对点腐蚀的影响都很小。

  另外，冈田等（1987年）［44]使用54种不锈钢，测定了它们在80℃、5%NaCl溶液中的缝隙腐蚀的临界电位，即缝隙腐蚀再钝化电位，然后经过重回归分析，更加明确了合金元素对缝隙腐蚀的影响，其中Mo、Ni元素使铁素体不锈钢（15种）的缝隙腐蚀再钝化电位升高。另外，还在25℃的12%NaCl溶液中测定了衡量耐缝隙腐蚀能力的去钝化pH值［45](pHa depassivation pH,由于金属离子的加水分解，缝隙内的pH值下降，活性溶解开始的pH值），铁素体的脱离钝化pH值如下式所示，Mo、Ni的影响同样存在。

    pHd=-0.157 log(%Ni)-0.460(%Mo)+1.15

2. 钛、铌、锆元素对铁素体不锈钢耐蚀性能的影响

与Cr、Mo不同，为防止铁素体不锈钢发生晶间腐蚀而添加的Ti、Nb、Zr等元素，是通过固定C、N来改善耐点腐蚀性和耐缝隙腐蚀性的，另外Ti还拥有其他功效。

首先，小林等（1973年）研究了V、Ti、Zr的添加对17Cr、17Cr-2Mo、25Cr、25Cr-1Mo钢耐点腐蚀性的影响，结果表明Ti、Zr通过固定C、N来抑制铬的碳化物或氮化物的生成，由此来影响钢的耐点腐蚀性。而且他们还在试验中证明了钒对耐点腐蚀的影响虽然与C、N的固定无关，但钒的影响程度比钼要小。

另外，门等（1976年）证明了在17Cr系钢中添加钛后，其耐点腐蚀性（耐锈性）增强，尤其是未与C、N结合的固溶Ti的含量达到0.2%以上时，容易引发腐蚀的MnS消失，并变为TiS.山本等（1976年）针对C、N影响大大减少的超低C、N13Cr钢所做试验表明，添加0.3%的Ti后，钝化膜会更加稳定，因此固溶Ti能有效防止腐蚀。

足立等（1978年）也对17Cr钢进行了系统性的研究，结果发现钛或铌的添加能提高17Cr钢的耐点腐蚀性，这一效果能通过这些元素与C+N总量的比例来表示，而添加了Ti元素的钢材耐点腐蚀能力更强。这是因为添加了铌元素的钢材中含有MnS,而钛促使了硫化物的生成，这使容易引发腐蚀的MnS消失。而且钛也有抑制蚀孔内活性溶解的作用。另外，中田等（1979年）也认为在17Cr-Ti钢中，主要原材料和介质的耐蚀性也随着钛含量的增多而提高，固溶钛改善了耐锈性。

并且，根据足立等（1978年）的研究，在耐蚀性更好的18Cr-2Mo中添加钛和铌后，钛和铌的差别显示不出来。