5.3、耐点蚀和缝隙腐蚀性能
为讨论不锈钢的耐点蚀和缝隙腐蚀的性能,引入临界点蚀温度这一概念是有用的。对于某一氯化物环境,每一种不锈钢都可用一个温度来描述其特征,高于此温度点蚀开始产生,并且24小时之内可发展到肉眼可见的程度。低于此温度则在无限长的时间内也不会产生点蚀。这一温度即所谓的临界点蚀温度(CPT)。它是对特定的不锈钢牌号和特定环境的表征。由于点蚀的起始发生从统计学上看是随机的,而且CPT对牌号或产品的微小变化敏感,因此,对于不同牌号的CPT通常以一个温度范围来表示。然而,采用ASTM G 1501标准介绍的研究方法,采用电化学测量法有可能可以准确和可靠地测定CPT。
缝隙腐蚀也有一个类似的临界温度,称为临界缝隙腐蚀温度(CCT)。CCT取决于不锈钢试样、氯化物环境和缝隙的特性(紧密度,长度等)。由于缝隙的几何形状以及实际中很难再现同样缝隙的尺寸,CCT的测量数据要比CPT更分散。对于同样的钢种和腐蚀环境,CCT通常往往比CPT低15~20℃(27~36℉)。
双相不锈钢的高铬、钼和氮使其在含水环境中具有非常好的耐氯化物局部腐蚀性能。根据合金含量,一些双相不锈钢牌号甚至跻身于性能最好的不锈钢之列。由于双相不锈钢的铬含量相对高,从而具有高耐蚀性而且非常经济。图8给出了按照ASTM G 482(6% FeCl3)测定的一些固溶态不锈钢耐点蚀和缝隙腐蚀性能的比较。材料焊接态的临界温度要低一些。临界点蚀或缝隙腐蚀温度高则表明材料耐腐蚀起始发生的能力较高。2205钢的CPT和CCT都大大高于316不锈钢。这使2205钢成为多用途的材料,适用于因蒸发导致氯离子浓缩的环境,例如热交换器的蒸汽空间或保温层的下面。2205双相钢的CPT还表明它可用在碱水和脱气盐水中。它还成功地用于脱气海水中,在这些应用中,通过高流速的海水或用其他方法使钢的表面没有沉积物。
在苛刻的海水应用环境中,如薄壁热交换器管,或表面有沉积物或有缝隙时,2205钢没有足够的耐缝隙腐蚀能力。然而,CCT高于2205的高合金化双相不锈钢如超级双相不锈钢,已经用于许多既要求高强度又要求耐氯离子腐蚀的苛刻海水条件。
因为CPT与材料和特定环境成函数关系,有可能对单一要素的影响进行研究。利用按照ASTM G 48 A法确定的CPT,采用回归分析法得出钢的成分(每种元素作为一个独立变量)和测定的CPT(相关变量)的关系。结果显示只有铬、钼、钨和氮对CPT有稳定的影响。关系式如下:CPT = 常数+%Cr+3.3(%Mo+0.5%W)+16%N.式中4个合金元素乘以各自的回归常数之和通常被称为耐点蚀当量值(PREN)。不同研究者给出的氮的系数不同,通常使用16,22和30[8]。可根据PRE值给某一钢类的牌号排序,但要注意避免对这一关系式的过分依赖。式中合金元素为“独立变量”,但实际并不真正独立,因为试验的钢是平衡成分。这种关系不是线性或交叉关系,例如铬和钼的协同作用被忽略。此关系式假定了理想加工状态的材料,没有考虑金属间相、非金属相以及不当的热处理带来的影响,热处理不当可以对耐蚀性带来不利影响。
图8:非焊接态奥氏体不锈钢(左)和固溶态的双相不锈钢(右)的临界点蚀和缝隙腐蚀温度(按照ASTM G48 在6%的三氯化铁溶液中测量)
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