在双相不锈钢中添加合金元素后,各相比例也会发生变化,各相的合金成分随之改变,因此合金元素对双相不锈钢局部腐蚀的影响比较复杂。


1. 钼、镍、氮元素的影响


 水野(1970年)通过FeCl3溶液试验,分析了Mo、Ni含量对含有25%Cr的Cr-Ni-Mo不锈钢耐点腐蚀性的影响,结果如图8.8所示,即不锈钢的耐蚀范围随着Mo、Ni含量的增加而扩大。根据该试验结果,镍的防蚀效果很明显,但被用于试验的不锈钢应含有0.1%以上的氮,另外还含有从铁素体单相到奥氏体铁素体双相范围内的成分,因此并不单纯是受镍元素影响的结果,还可能受各相中Cr、Mo、N元素组成的影响。关于各相中Cr、Mo、N的不同组成对耐蚀性的影响这一点,已在这之后的研究中得到证实。


图 8.jpg


  氮可以改善耐点腐蚀性这一点,已经在奥氏体不锈钢中得到证实,Streicherl 认为氮的耐点腐蚀性效果是奥氏体相稳定化的原因。此后的研究证实了氮能提高奥氏体铁素体(双相)不锈钢的耐点腐蚀性,并且明确了氮与奥氏体的稳定度没有直接关系。


  但是,冈田等(1972年)证实了在铁素体(α)单相25Cr-3Mo钢中添加镍后,奥氏体相出现,从而变成a+γ的双相不锈钢,这样耐点腐蚀能力就会降低,但继续增加镍的含量后,其耐点腐蚀性重新得到改善。然后再通过热处理后,γ相从α相中析出,耐点腐蚀性仍旧降低,这是因为γ相中的Cr、Mo含量减少的缘故。该研究结果表明,在不含氮元素的情况下,双相不锈钢比单相不锈钢的耐点腐蚀性差。


  小若等(1975年)分析了Ti、Nb、Sn、V、W、Ni、Mo、Cu等添加元素对25Cr-6Ni-N系双相不锈钢耐蚀性的影响。作为海水中缝隙腐蚀的加速试验,他们在80℃(通风状态)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构成的不锈钢浸泡在该溶液中,结果没有发生缝隙腐蚀。


  此外,小林等(1980年)针对22~25 Cr-4~8.5 Ni-1.5 Cu-0.8 Cu构成的双相钢,分析了C(0.001%~0.05%)、N(0.01%~0.2%)及Ti、REM(Rare Earth Metal)、B等元素对经过退火或高温加热后的点腐蚀电位的影响,发现碳不影响耐点腐蚀性,氮使耐点腐蚀性升高(如图8.9所示)。而且该图显示在含有4%的镍时,即使不特地添加氮元素也具有良好的耐点腐蚀性,这是因为是铁素体单相的缘故。另外,越是镍含量多的钢材,氮含量为0.02%~0.06%时的点腐蚀电位越低,这是镍含量引起相比例发生变化的结果。小林等人进一步得出,在含氮钢中添加0.1%以上的钛后,高温加热钢材的耐点腐蚀能力提高,REM没有产生影响;另外添加0.01%左右的硼后,可以通过抑制α相的析出来提高耐点腐蚀性。


图 9.jpg


金子等人(1985年)研究了Ni(0.7%~17%)和N(0.03%~0.2%)对23 Cr-2 Mo钢在50℃、3.5%NaCl中的点腐蚀电位、缝隙腐蚀电位及再钝化电位所造成的影响,得出的结论认为:在氮含量低(0.03%以下)的情况下,点腐蚀电位随着镍含量发生变化,在变为双相钢时,点腐蚀电位最低,这一结果与前述冈田等人的结果一致。此外,金子等人还证明,氮的添加使点腐蚀电位升高,经过高温加热处理后的不锈钢点腐蚀电位下降,镍含量较低的不锈钢的变化更明显。而且还证实了缝隙腐蚀电位、点腐蚀电位及缝隙再钝化电位受Ni、N含量的影响不大。


三浦等人(1986年)通过6%FeCl3 水溶液中的临界点腐蚀温度,评价了镍及氮含量发生改变的22 Cr-3 Mo钢的母材和焊接金属的耐点腐蚀性,结果显示氮元素使临界点腐蚀温度上升;镍含量增加后,母材的临界点腐蚀温度降低,而焊接材料的临界点腐蚀温度升高,在镍含量达到6%以上时,此温度大致保持在一定水平。特别是在焊接金属方面,Ni、N含量减少后,冷却过程中γ的析出得到抑制,碳或氮不能在γ中完全固溶,导致析出物的生成显著,因此耐点腐蚀能力降低。


另外,冈山等(1987年)分析了合金元素对在25℃、12%NaCl溶液中得出的双相不锈钢(12种)脱钝化pH(pH4)值的影响,并把这一结果用下式表示出来,其中合金元素表示为mass%.该式没有表明铬和氮的影响。


pHd=-3.28 log Ni-0.13Mo-10.4P+2.95



2. 氮添加钢中相比例的影响


 在研究相比例对双相不锈钢耐点腐蚀性的影响时,通过改变对耐点腐蚀性影响小的氮含量,或改变加热温度来改变相比例。正如前面所讲到的冈田等人的研究结果,在没有特别添加氮的双相不锈钢中,γ相从α相中析出后,γ相中所含的Cr、Mo量比α相少,所以耐点腐蚀能力下降,但在添加了氮元素的双相不锈钢中,当相比例达到某一程度时,耐点腐蚀性升至最高。


 长田等(1981年)(1984年)在以23Cr-1.5Mo及25Cr-1.5~3.5Mo为主要成分的不锈钢中添加了0.1%N,然后通过改变其中的镍含量来改变相比例,使其构成各种双相钢,然后对这些双相钢进行了点腐蚀电位测定和氯化铁浸泡试验。该试验结果如图8.10所示,即使Cr、Mo含量相同,当γ量达到一定范围(30%~40%)时,耐点腐蚀能力达到最高水平。另外,酒井等人(1983年)对由镍含量发生改变的25Cr和22Cr-3Mo-0.15N-xNi组成的双相不锈钢,进行了氯化铁浸泡试验来测定其耐点腐蚀性,结果显示γ量在50%左右时,耐点腐蚀性最好。另一方面,藤原等(1987年)把SUS329J3L 和相当于329J4L的钢材进行高温处理,以改变相比例,然后通过氯化铁浸泡试验来检测耐点腐蚀性。该试验结果同样显示在γ相达到某一比例时,耐点腐蚀性为最高。


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 如上所述,相比例达到某一程度时,耐点腐蚀性达到最高水平。根本等人(1987年)证实了,这一相比例的出现是由改善耐点腐蚀性的元素Cr、Mo、N在各相中的构成不同而引起的。图8.11模式化地表明了相比例对双相不锈钢耐点腐蚀性的影响,其中竖轴表示根据Cr、Mo、N在各相中的含量所得出的耐点腐蚀性指数,而Cr、Mo、N均为能显著提高耐点腐蚀性的元素。当铁素体单相的耐点腐蚀指数为a时,添加对耐点腐蚀性影响较小的镍元素使之成为由双相构成,这样铁素体的生成元素Cr、Mo就固溶在铁素体相中,因此该相的耐点腐蚀性升高;而在奥氏体相方面,虽然Cr、Mo含量有所减少,但奥氏体的生成元素氮固溶在奥氏体相中,因此仍然表现出良好的耐点腐蚀能力。当相比例达到没有析出物质、两相的耐点腐蚀性一致(图中的箭头位置)时,这种双相不锈钢呈现出最强的耐点腐蚀能力。可以根据这类图断定,在奥氏体不锈钢或铁素体不锈钢中分别有铁素体相或奥氏体相析出的情况下,不管哪一相都容易发生点腐蚀。