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，而碳和氮則屬于不希望存在的雜質(zhì)元素。

鉻和鉬是各類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?，鋼中鉻、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)間對鋼的硬度的影響

研究含鉻量對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，包括在超級鐵素體不銹鋼中對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成為超級鐵素體不銹鋼后才不會生銹。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的超級鐵素體不銹鋼不僅無銹蝕，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，耐蝕性還會有進(jìn)一步提高。

表1-1-5鉬對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Fe℃r-Mo合金在40°C濕法磷酸中陽極極化行為的影響

對鉻、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；鉬的作用是通過提高表面膜中鉻的富集度并通過生成促進(jìn)表面膜的均勻度來實(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系鋼中鉬對表面膜中鉻富集度的XPS分析結(jié)果，可明顯看出鉻、鉬對表面膜中鉻富集度的影響。

鋼中鉻、鉬含量對高鉻、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）%量對高鉻鉬鐵素體不銹鋼耐縫隙腐蝕的影響見圖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后才能獲得滿意的耐縫隙腐蝕性能。

表1-1-8鉬對鐵素體不銹鋼耐縫隙腐蝕性能的影響①②