鉻和鉬合金元素不銹鋼組織和性能的影響

目前，工業(yè)生產(chǎn)的各種超級(jí)鐵素體不銹鋼中的合金元素主要是鉻、鉬和鎳以及鈦和飩，而碳和氮?jiǎng)t屬于不希望存在的雜質(zhì)元素。

鉻和鉬是各類(lèi)不銹鋼中使鋼獲得不銹性和耐蝕性的最重要的兩種合金元素，鋼中鉻和鉬含量的增加雖然并不改變鋼中鐵素體的基體組織，但是對(duì)鋼中相的形成和析出行為則有著重要影響。最為明顯的是加速α'相和σ相的形成和沉淀，從而導(dǎo)致超級(jí)鐵素體不銹鋼的脆化傾向的增加。圖1-1-6系隨鉻量增加，鋼中α'和σ相析出量增加，而引起鋼的硬度提高，而圖1-1-7則系隨鋼中鉻量增加，σ相的析出速度增加；圖1-1-8和圖1-1-9分別為不同鉻量的含2%Mo的鐵素體不銹鋼和不同鉬量對(duì)25%Cr的鐵素體不銹鋼經(jīng)815°C*lh和980°C*lh處理后，由于a相的析出而導(dǎo)致的鋼的脆性轉(zhuǎn)變溫度和沖擊韌性的變化?？梢钥闯觯撝秀t、鋁量增加，由于加速a相的沉淀使鋼的脆性轉(zhuǎn)變溫度升高，韌性下降，即使高純鋼（C+N≤0.019%）也不例外。

圖1-1-6鐵素體不銹鋼中鉻量、時(shí)效溫度、時(shí)間對(duì)鋼的硬度的影響

研究含鉻量對(duì)鐵素體不銹鋼抗拉強(qiáng)度的影響，其結(jié)果表明，含倍量約在25%以下，隨常量增加，鋼的強(qiáng)度下降；而當(dāng)高于約25%后，則隨鉻量增加，鋼的強(qiáng)度稍有提高(圖1-1-10)。這種現(xiàn)象一般解釋為，Cr＜約25%時(shí)，隨鉻量增加,純鐵素體組織抑制了馬氏體的形成；在Cr＞約25%后，隨倍量增加，由于鉻的固溶強(qiáng)化作用而使鋼的強(qiáng)度提高，為此，超級(jí)鐵素體不銹鋼一般都具有較高的強(qiáng)度。

由于鉻、鉬量在鐵素體不銹鋼中，包括在超級(jí)鐵素體不銹鋼中對(duì)鋼的耐蝕性的重要作用，在各種介質(zhì)環(huán)境中已就鉻、鉬影響進(jìn)行了大量研究，此處僅扼要加以介紹。

圖1-1-11和圖1-1-12分別為在沿海海洋大氣中的耐銹性和鉻、鉬量的影響以及在3.5%NaCl中的點(diǎn)蝕電位和在三種實(shí)際環(huán)境中的耐銹性與鉻、鉬量的關(guān)系。

從圖1-1-11中可看出隨鉻量增加，鋼的銹蝕面積減少，耐銹性提高；但當(dāng)含鉻量達(dá)約20%,鉬為1%時(shí)，鋼的銹蝕面積仍達(dá)約10%,只有當(dāng)鉻量達(dá)26%,鉬量4%和鉻量達(dá)30%,鉬量為2%時(shí)，即鋼中Cr%+3.3%*Mo%≥35成為超級(jí)鐵素體不銹鋼后才不會(huì)生銹。圖1-1-12的結(jié)果同樣表明了為提高耐銹性，鋼中的鉻、鋁的重要作用，并指出，含26%Cr,但僅含1%M。的26Cr-lM。鋼不僅生銹而且點(diǎn)蝕電位也較低，而Cr30Mo2和Cr26Mo4兩種鋼的耐點(diǎn)蝕當(dāng)量值＞35的超級(jí)鐵素體不銹鋼不僅無(wú)銹蝕，而且在3.5%NaCl中的點(diǎn)蝕電位也很高。

表1-1-5和表1-1-6分別系在酸溶液中鋼中鉻、鋁量對(duì)高純鐵素體不銹鋼和高鉻鉬不銹鋼耐全面腐蝕的影響。表1-1-5中在H2SO4和在HCl中試驗(yàn)表明，耐點(diǎn)蝕當(dāng)量值235的25Cr-3.5M。和25Cr-5M。才無(wú)腐蝕(H2SO4中)和腐蝕速率最低(在HCl中)。表1-1-6的結(jié)果則表明，在濕法H3PO4(含F(xiàn)-,Cl-)中，Cr≥25%,便具有良好的耐蝕性，但是當(dāng)耐點(diǎn)蝕當(dāng)量值達(dá)到≥35后，例如29Cr-2Mo和29Cr-3M。鋼，耐蝕性還會(huì)有進(jìn)一步提高。

表1-1-5鉬對(duì)25%高純鐵素體不銹鋼耐蝕性的影響

①試驗(yàn)溫度25℃,試驗(yàn)6天。

表1-1-6  鉻，鉬對(duì)鐵素體不銹鋼耐濕法磷酸腐蝕性能的影響

鋼中C+N≤0.015%；

第一周期（48h）全浸后的計(jì)算值。

國(guó)內(nèi)在F-,CL-的濕法H3PO4中采用全浸腐蝕試驗(yàn)、電化學(xué)試驗(yàn)和XPS表面分析技術(shù)等研究了鋼中鉻量（CrxMo2）和鉬量（Cr25Mox）對(duì)高純鐵素體不銹鋼的耐蝕性、電化學(xué)行為的影響及其機(jī)制。結(jié)果表明，鉻是提高鋼耐蝕性的重要元素，當(dāng)Cr≥25%時(shí)才最為有效；鉬的作用較弱，且只有當(dāng)CR≥21%后才能顯示出鉬的有益影響。表卜1-7和圖1-1-1便是全浸腐蝕試驗(yàn)和電化學(xué)試驗(yàn)結(jié)果。

表1-1-7試驗(yàn)材料在濕法H3PO4中的腐蝕試驗(yàn)結(jié)果

②第一周期（48h）全浸后的計(jì)算值。

圖P1-13幣和鋁對(duì)Fe℃r-Mo合金在40°C濕法磷酸中陽(yáng)極極化行為的影響

對(duì)鉻、鉬影響Fe℃r-M。鋼的耐蝕性的機(jī)制的研究結(jié)果表明：鉻能提高鋼的耐蝕性只有當(dāng)Cr≥25%后才有效，這是由表面膜內(nèi)鉻的富集度及其結(jié)晶水的非晶結(jié)構(gòu)所決定的；鉬的作用是通過(guò)提高表面膜中鉻的富集度并通過(guò)生成促進(jìn)表面膜的均勻度來(lái)實(shí)現(xiàn)的，鋼中銅并未進(jìn)入表面膜中。圖1-1-14系鋼中鉻對(duì)表面膜中Cr/Fe比的影響的XPS分析結(jié)果，圖1-1-15系鋼中鉬對(duì)表面膜中鉻富集度的XPS分析結(jié)果，可明顯看出鉻、鉬對(duì)表面膜中鉻富集度的影響。

鋼中鉻、鉬含量對(duì)高鉻、鉬的Fe℃r-Mo.Fe℃r-Mo-Ni鐵素體不銹鋼耐點(diǎn)蝕的影響見(jiàn)圖1-l-16。從圖l-l-16(a)中可知，隨試驗(yàn)溫度的提高，F(xiàn)e℃r-MO不僅耐點(diǎn)蝕所需的鉻、鉬量提高，且鉻、鉬量還有適宜的配比：當(dāng)含鉻量約24%,50?60°C時(shí)不出現(xiàn)點(diǎn)蝕的最低含鉬量為約3%,當(dāng)70°C時(shí)則最低鉬量需約5%。當(dāng)含鉻量為約28%時(shí)，50°C時(shí)不出現(xiàn)點(diǎn)蝕的最低鉬量為約2%。圖1-1-16的

試驗(yàn)結(jié)果與圖1-l-16基本一致，而鉻、鉬量耐點(diǎn)蝕行為的影響，F(xiàn)e℃r-Mo-Ni與Fe℃r-Mo鋼并無(wú)顯著差別。

含25%Cr時(shí)的鋼中鉬量和Cr>25%時(shí)鋼中（Cr+3Mo）%量對(duì)高鉻鉬鐵素體不銹鋼耐縫隙腐蝕的影響見(jiàn)圖1-1-17、表1-1-8和圖1-1-18。圖1-1-17中的結(jié)果表明，在所試驗(yàn)條件下，含25%Cr的鐵素體不銹鋼只有當(dāng)Mo≥4%,才可避免縫隙腐蝕的產(chǎn)生；表1-1-8中的結(jié)果也表明，28Cr-2M。鋼≤40°C,25Cr-5Mo≤50°C才不產(chǎn)生縫隙腐蝕；圖1-1-18中結(jié)果指岀只有當(dāng)鋼中（Cr+3Mo）%≥35后才能獲得滿(mǎn)意的耐縫隙腐蝕性能。

表1-1-8鉬對(duì)鐵素體不銹鋼耐縫隙腐蝕性能的影響①②