1. 鉻、鉬、氮元素對(duì)不銹鋼耐蝕性能的影響
不銹鋼的耐大氣腐蝕性,基本上和耐點(diǎn)腐蝕性一樣,隨著鉻含量的增加會(huì)有所提高。通過大氣曝露確認(rèn)的數(shù)據(jù),其中Schmitt等(1969年)把改變了鉻含量的Fe-0.5%~28%Cr合金在美國國內(nèi)的4個(gè)地方曝露了長達(dá)8年的結(jié)果。該試驗(yàn)認(rèn)為Cr含量如果大約為12%時(shí),幾乎可以無視不銹鋼在大氣中重量的減少,但在海鹽離子附著的沿海地帶,按照其影響程度的不同,有必要把鉻含量增大到15.7%或18.5%以上,以確保耐腐蝕性。至今還沒有把鉬含量的影響進(jìn)行系統(tǒng)研究的結(jié)果,但根據(jù)Truman(1979)把不同的鉬含量18Cr-8Ni和17Cr在工業(yè)地帶曝露了長達(dá)5年的結(jié)果,可以看出隨著鉬含量的增加,重量明顯地會(huì)有所減少。
根據(jù)鋼中的耐點(diǎn)腐蝕性和有效的合金元素鉻、鉬、氮含量整理的日本國內(nèi)的大氣曝露結(jié)果如圖5.4(1982年)所示。從圖5.4 中可以得出各個(gè)曝露地的試驗(yàn)片的外觀參量可根據(jù)這些元素的含有量進(jìn)行整理。此外,在海上曝露長達(dá)3年的試驗(yàn)片的最大點(diǎn)腐蝕深度如圖5.5 (1989年)所示。由圖5.4可見,隨著表示鉻、鉬、氮含量的點(diǎn)腐蝕指數(shù)的增加,最大點(diǎn)腐蝕深度會(huì)有所變??;但同一指數(shù)的情況下,奧氏體系不銹鋼比鐵素體系的點(diǎn)腐蝕深度淺。通過外觀參量進(jìn)行比較,高純度鐵素體系不銹鋼比奧氏體系顯示了更高的值。
以表面的顯色面積率(WA)為基準(zhǔn),用RN=3(2-logWA)表示)此后,矢澤等(1994年)(1995年)通過試驗(yàn)表明,高鉻不銹鋼的耐蝕性隨著點(diǎn)腐蝕指數(shù)(鐵素體系:Cr+3.3Mo;奧氏體系:Cr+3.3Mo+16N)的增加會(huì)有所提高,但點(diǎn)腐蝕指數(shù)值相同的情況下,鐵素體系不銹鋼比雙相和奧氏體系不銹鋼生銹少,而且光澤的保持情況很好。
2. 其他元素對(duì)不銹鋼耐蝕性能的影響
雖然關(guān)于其他元素對(duì)耐大氣腐蝕性的影響并沒有進(jìn)行太多的探討,但在日本國內(nèi),隨著含Cu-Nb的18Cr鐵素體系不銹鋼的開發(fā),對(duì)銅對(duì)鐵素體系不銹鋼的耐大氣腐蝕性的影響特別引人注目。
山本等人(1982年),研究了銅元素對(duì)19Cr-0.5Cu-Nb鋼耐銹性的影響。即使添加Cu,生銹點(diǎn)也不會(huì)變大,只是一部分有所停止;而且Cu有利于鈍態(tài)的穩(wěn)定化,所以不僅在受氯離子影響很強(qiáng)的沿海地區(qū),而且在工業(yè)地帶的二氧化硫環(huán)境當(dāng)中,也具有一定的耐銹性。
另一方面,伊藤等人(1983年)調(diào)查了影響海洋性大氣中的耐大氣腐蝕性的鐵素體系不銹鋼中的Cr含量(2%~20%)和19Cr-0.4Nb-0.5Cu鋼BA材料的Si(0.3%~0.6%)所產(chǎn)生的影響。若Cr含量增加,其耐大氣腐蝕性也會(huì)增強(qiáng);而且當(dāng)BA材料的表面的硅的濃度較大時(shí),銹難以向兩邊擴(kuò)展,證明了耐銹性很好。樽谷等(1991年)也證明了他們開發(fā)的汽車鑄模用的17Cr-0.4Nb-0.4Cu鋼的BA材料,其中硅在表面濃縮成二氧化硫,這說明提高了耐大氣腐蝕性。此外,山本等(1986年),以19Cr-0.5Cu-0.4Nb鋼的耐銹性好為理由,如果該鋼產(chǎn)生一點(diǎn)腐蝕,由于含有銅,其腐蝕部分也會(huì)立即促進(jìn)陰極反應(yīng),產(chǎn)生再鈍態(tài)化。
矢澤等(1990年)通過曝露試驗(yàn)和試驗(yàn)室促進(jìn)試驗(yàn),研究了影響鐵素體系不銹鋼的耐大氣腐蝕性的C、N、Cr(11%~24%)、Mo(0%~1.2%)、Cu(0%~0.8%)、Nb和Ti所產(chǎn)生的影響。Cr提高了不銹鋼耐大氣腐蝕性,但含有24%的話,仍不能充分防止紅銹的產(chǎn)生;Mo和Cu對(duì)于改善不銹鋼耐大氣腐蝕性很有效,特別是兩元素的復(fù)合添加效果明顯;Nb和Ti也顯示了其對(duì)耐蝕性有一定的改善效果,但其程度與Cr、Mo、Cu相比較小。小林等(1991年)通過試驗(yàn)室促進(jìn)試驗(yàn)和對(duì)點(diǎn)腐蝕電位的測定,研究了Ni、Cr、Mo、Cu、Nb、Ti元素對(duì)鐵素體系不銹鋼的耐銹性所產(chǎn)生的影響,其中Cu的效果非常明顯,通過對(duì)點(diǎn)腐蝕電位的測定得知其與其他元素不同,有預(yù)想不到的耐銹性改善效果。
如上所述,特別是對(duì)于鐵素體系不銹鋼,銅元素當(dāng)初是為了提高耐大氣腐蝕性替代鉬而添加的,但證實(shí)了銅的耐蝕性效果非常大。