1. 鉻、鉬等元素對鐵素體不銹鋼耐蝕性能的影響
岡田等(1973年)通過氯化鐵浸泡試驗和陽極極化試驗,檢測了Cr(20%~30%)、Mo(0%~4%)及Nb(0%~2%)對鐵素體不銹鋼耐點腐蝕性的影響,結果顯示耐點腐蝕性主要由鉻和鉬的含量決定,當鉻含量為25%以上時,鐵的鈍化特性明顯得到改善。由此,岡田研制開發了25 Cr-3Mo-0.7Nb-0.03C鋼。為了進一步增強該不銹鋼的韌性,他們使鋼中的鎳元素增至8%,這樣之后耐點腐蝕能力反而下降,這是因為鐵素體單相變成了雙相的緣故。另外,小川等(1978年)通過AES、XPS發現,鋼鐵中的鉻含量越多,鈍化膜中的鉻比例越大,從而鈍化膜更穩定,這正是高鉻鋼擁有良好的耐點腐蝕能力的原因所在。
宮川等(1975年)[41]使用25℃、5%NaCl溶液,檢測了Mo(0.5%~5%)、Mn(0%~3%)、S(0%~0.095%)如何影響18Cr鋼在食鹽水中的點腐蝕電位,結果表明鉬含量增加后,點腐蝕電位升高(即耐點腐蝕能力增強);錳含量在1%以上時點腐蝕電位不受影響,1%以下時含量越少,點腐蝕電位越高;硫含量越多,點腐蝕電位越低。
久松等(1976年)采用再鈍化電位(縫隙內溶解反應完全停止后,再度發生鈍化的電位)此為衡量縫隙腐蝕安全性的標準,研究了鉬含量對25%Cr鋼的影響,表明鉬具有防止縫隙腐蝕的效果。
還有,辻(1976年)等分析了Cr(16.9%~19.0%)、Mo(0%~3%)及各種微量元素的含量對5%FeCl3+0.05 mol/dm3HCl溶液中的18Cr-Mo系鋼點腐蝕的影響,其中對耐點腐蝕性影響較大的鉻及鉬的影響如下式所示。
30℃時的腐蝕度=35.25-1.53(%Cr)-1.65(%Mo),g/(㎡·h)
50℃時的腐蝕度=43.60-1.24(%Cr)-2.55(%Mo),g/(㎡·h)
由此可知,鉬的影響效果是鉻的1~2倍。另外,它還表明了含有Cr、Mo組合成分的鋼19Cr-2Mo和18Cr-3Mo都具有比SUS304更強的耐點腐蝕性,而Si、Mn、Ni、Cu、P、S對點腐蝕的影響都很小。
另外,岡田等(1987年)[44]使用54種不銹鋼,測定了它們在80℃、5%NaCl溶液中的縫隙腐蝕的臨界電位,即縫隙腐蝕再鈍化電位,然后經過重回歸分析,更加明確了合金元素對縫隙腐蝕的影響,其中Mo、Ni元素使鐵素體不銹鋼(15種)的縫隙腐蝕再鈍化電位升高。另外,還在25℃的12%NaCl溶液中測定了衡量耐縫隙腐蝕能力的去鈍化pH值[45](pHa depassivation pH,由于金屬離子的加水分解,縫隙內的pH值下降,活性溶解開始的pH值),鐵素體的脫離鈍化pH值如下式所示,Mo、Ni的影響同樣存在。
pHd=-0.157 log(%Ni)-0.460(%Mo)+1.15
2. 鈦、鈮、鋯元素對鐵素體不銹鋼耐蝕性能的影響
與Cr、Mo不同,為防止鐵素體不銹鋼發生晶間腐蝕而添加的Ti、Nb、Zr等元素,是通過固定C、N來改善耐點腐蝕性和耐縫隙腐蝕性的,另外Ti還擁有其他功效。
首先,小林等(1973年)研究了V、Ti、Zr的添加對17Cr、17Cr-2Mo、25Cr、25Cr-1Mo鋼耐點腐蝕性的影響,結果表明Ti、Zr通過固定C、N來抑制鉻的碳化物或氮化物的生成,由此來影響鋼的耐點腐蝕性。而且他們還在試驗中證明了釩對耐點腐蝕的影響雖然與C、N的固定無關,但釩的影響程度比鉬要小。
另外,門等(1976年)證明了在17Cr系鋼中添加鈦后,其耐點腐蝕性(耐銹性)增強,尤其是未與C、N結合的固溶Ti的含量達到0.2%以上時,容易引發腐蝕的MnS消失,并變為TiS.山本等(1976年)針對C、N影響大大減少的超低C、N13Cr鋼所做試驗表明,添加0.3%的Ti后,鈍化膜會更加穩定,因此固溶Ti能有效防止腐蝕。
足立等(1978年)也對17Cr鋼進行了系統性的研究,結果發現鈦或鈮的添加能提高17Cr鋼的耐點腐蝕性,這一效果能通過這些元素與C+N總量的比例來表示,而添加了Ti元素的鋼材耐點腐蝕能力更強。這是因為添加了鈮元素的鋼材中含有MnS,而鈦促使了硫化物的生成,這使容易引發腐蝕的MnS消失。而且鈦也有抑制蝕孔內活性溶解的作用。另外,中田等(1979年)也認為在17Cr-Ti鋼中,主要原材料和介質的耐蝕性也隨著鈦含量的增多而提高,固溶鈦改善了耐銹性。
并且,根據足立等(1978年)的研究,在耐蝕性更好的18Cr-2Mo中添加鈦和鈮后,鈦和鈮的差別顯示不出來。