鉻和鉬合金元素不銹鋼組織和性能的影響

目前，工業生產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815°C*lh和980°C*lh處理后，由于a相的析出而導致的鋼的脆性轉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、時效溫度、時間對鋼的硬度的影響

研究含鉻量對鐵素體不銹鋼抗拉強度的影響，其結果表明，含倍量約在25%以下，隨常量增加，鋼的強度下降；而當高于約25%后，則隨鉻量增加，鋼的強度稍有提高(圖1-1-10)。這種現象一般解釋為，Cr＜約25%時，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，由于鉻的固溶強化作用而使鋼的強度提高，為此，超級鐵素體不銹鋼一般都具有較高的強度。

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，在各種介質環境中已就鉻、鉬影響進行了大量研究，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中的點蝕電位和在三種實際環境中的耐銹性與鉻、鉬量的關系。

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；但當含鉻量達約20%,鉬為1%時，鋼的銹蝕面積仍達約10%,只有當鉻量達26%,鉬量4%和鉻量達30%,鉬量為2%時，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。鋼不僅生銹而且點蝕電位也較低，而Cr30Mo2和Cr26Mo4兩種鋼的耐點蝕當量值＞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中試驗表明，耐點蝕當量值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的結果則表明，在濕法H3PO4(含F-,Cl-)中，Cr≥25%,便具有良好的耐蝕性，但是當耐點蝕當量值達到≥35后，例如29Cr-2Mo和29Cr-3M。鋼，耐蝕性還會有進一步提高。

表1-1-5鉬對25%高純鐵素體不銹鋼耐蝕性的影響

①試驗溫度25℃,試驗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）全浸后的計算值。

國內在F-,CL-的濕法H3PO4中采用全浸腐蝕試驗、電化學試驗和XPS表面分析技術等研究了鋼中鉻量（CrxMo2）和鉬量（Cr25Mox）對高純鐵素體不銹鋼的耐蝕性、電化學行為的影響及其機制。結果表明，鉻是提高鋼耐蝕性的重要元素，當Cr≥25%時才最為有效；鉬的作用較弱，且只有當CR≥21%后才能顯示出鉬的有益影響。表卜1-7和圖1-1-1便是全浸腐蝕試驗和電化學試驗結果。

表1-1-7試驗材料在濕法H3PO4中的腐蝕試驗結果

②第一周期（48h）全浸后的計算值。

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。鋼的耐蝕性的機制的研究結果表明：鉻能提高鋼的耐蝕性只有當Cr≥25%后才有效，這是由表面膜內鉻的富集度及其結晶水的非晶結構所決定的；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表面膜的均勻度來實現的，鋼中銅并未進入表面膜中。圖1-1-14系鋼中鉻對表面膜中Cr/Fe比的影響的XPS分析結果，圖1-1-15系鋼中鉬對表面膜中鉻富集度的XPS分析結果，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鐵素體不銹鋼耐點蝕的影響見圖1-l-16。從圖l-l-16(a)中可知，隨試驗溫度的提高，Fe℃r-MO不僅耐點蝕所需的鉻、鉬量提高，且鉻、鉬量還有適宜的配比：當含鉻量約24%,50?60°C時不出現點蝕的最低含鉬量為約3%,當70°C時則最低鉬量需約5%。當含鉻量為約28%時，50°C時不出現點蝕的最低鉬量為約2%。圖1-1-16的

試驗結果與圖1-l-16基本一致，而鉻、鉬量耐點蝕行為的影響，Fe℃r-Mo-Ni與Fe℃r-Mo鋼并無顯著差別。

含25%Cr時的鋼中鉬量和Cr>25%時鋼中（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中的結果表明，在所試驗條件下，含25%Cr的鐵素體不銹鋼只有當Mo≥4%,才可避免縫隙腐蝕的產生；表1-1-8中的結果也表明，28Cr-2M。鋼≤40°C,25Cr-5Mo≤50°C才不產生縫隙腐蝕；圖1-1-18中結果指岀只有當鋼中（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