众所周知,异相共存是容易形成微电池并加速腐蚀的,双相不锈钢也不例外。但存在许多影响因素,并非在所有情况和介质条件下均会发生。双相不锈钢因含有较高的铬和一定量的镍、钼、铜等元素,在一定温度下,钢中固溶的元素在两相间的分布将达到相应的平衡,而且还与相比例等有关。双相不锈钢的耐蚀性,主要取决于钝化元素的含量及其在两相中的分配。如果两相在一定条件的介质中均产生钝化,便可避免发生相选择性腐蚀。一般来说,双相不锈钢的耐腐蚀性能,大体同含铬、钼量相当的高铬铁素体型或铬镍奥氏体型不锈钢接近,并受相比例所左右;其耐晶间腐蚀性能优于上述单相组织的不锈钢,具有更好的抗敏化性能;抗应力腐蚀性能,在低应力条件下比普通18-8类奥氏体不锈钢优良。这是双相不锈钢受到重视和广泛应用的重要原因。某些双相不锈钢具有良好的耐点腐蚀等性能,这是因为含有高的铬、钼等元素之故,而非来源于双相组织的因素。但双相不锈钢所具有的良好抗应力腐蚀和抗敏化性能,则直接同双相组织结构的敏感性相关。其腐蚀机理简述如下:
1. 双相不锈钢的晶间腐蚀
奥氏体-铁素体双相不锈钢比碳含量相当的奥氏体不锈钢晶间腐蚀敏感性低的原因,同存在一定数量的最好是均匀弥散分布的铁素体相有关。一般来说,奥氏体形成元素,如碳等多富集于y相中;而铁素体形成元素,如铬、钼等则富集于α相中。当敏化加热时,富铬碳化物最易于在两相界面α相一侧形核,从而大大减少了沿奥氏体晶粒之间界碳化物的析出(不仅形成速度慢且因数量很少,难以构成连续网状)。铬在铁素体相中不仅因富集含量高,而且扩散速度比在奥氏体中快得多,均不易产生贫铬或有利于迅速补充而消除易遭受腐蚀的贫铬区。当铁素体量不大时,α相以孤岛状被奥氏体晶粒所包围。即使被腐蚀也因相互未能连接成网络不致造成更大的危险。随着弥散铁素体量的增加,晶界总面积提高(相对降低了晶界碳化物析出浓度)和铁素体相界及其内侧能够吸收更多的碳化物,当达到一定的极限α相含量以上时,可以消除晶间腐蚀倾向。因此,控制适宜的两相比例,防止α相的聚集长大和采取正确的热处理是十分重要的。过多的铁素体相,甚至形成连续网络,或转变为σ相或x相(取决于钼含量)则是十分有害的。在强氧化性介质中,会发生选择性晶间腐蚀。
2. 双相不锈钢的应力腐蚀
双相不锈钢耐应力腐蚀性能,随铁素体含量的增加而提高。其α和γ相的最佳平衡比例,随钢种(成分、热处理)和介质等条件不同而异。一般来说,如广泛使用的60年代瑞典投产的Sandvik 3RE60(相当我国00Cr18Ni5Mo3Si2及其改进型)抗应力腐蚀不锈钢,1975年以前资料,最佳a相占60%,1975年后改为50%。国内外多数实用的耐应力腐蚀不锈钢属于铁素体-奥氏体类型。过高的铁素体含量,会使高铬铁素体不锈钢固有的缺点更趋明显化。
双相不锈钢耐氯化物应力腐蚀性能与普通18-8奥氏体不锈钢相比,只有在低应力下才显示出一定的优越性。在高应力作用下则区别不大或基本相同。
对双相不锈钢耐应力腐蚀特点可以做出以下解释:
a. 双相不锈钢具有比普通奥氏体不锈钢更高的屈服强度;
b. 第二相的存在对裂纹扩展有机械阻碍作用。如裂纹起源于奥氏体基体,一旦扩展至α相,在低应力作用下,铁素体内难以产生滑移,裂纹扩展被阻止,而在高应力作用下,裂纹容易贯穿铁素体相,失去阻碍效果;
c. α相电位相对于y相较负,为阳极,对奥氏体起了电化学阴极保护作用等。还有多种解释,目前尚未统一。