綠色不銹鋼的開發(fā)
大量添加Cr和Mo等稀有金屬可以提高不銹鋼的耐蝕性。對于安全性和可靠性要求很高的不銹鋼來說,這種不銹鋼是不可缺或的。另一方面,為實現(xiàn)社會的可持續(xù)發(fā)展,節(jié)約資源的合金設計和降低環(huán)境負荷的不銹鋼制造工藝是必不可少的。
作為新一代理想的不銹鋼之一,就是既要要把不銹鋼的Cr含量降至最低,又要把不銹鋼的耐蝕性提高極致,日本將這種不銹鋼取名為“綠色不銹鋼”。為實現(xiàn)這一理想,需要研究一種不依賴高純度化和高合金化,卻具有高耐蝕性的不銹鋼生產工藝新原理。這就要求要在有關鈍態(tài)和局部腐蝕發(fā)生機理的研究中發(fā)現(xiàn)新的線索。
日本通過對孔蝕電位與PRE的關系研究發(fā)現(xiàn),高純度化和高合金化能有效改善不銹鋼的局部腐蝕。在大規(guī)模工業(yè)生產中,超高純度化(超低S化)和無MnS化需要大量的能源和時間,因此是不現(xiàn)實的。以前主要是通過高合金化來改善耐蝕性。但是,根據孔蝕發(fā)生機理可知,除了高純度化和高合金化以外,采用以下方法可以提高耐蝕性。
(1)控制硫化物的成分:如果硫化物沒有產生陽極溶解,它就不會成為孔蝕發(fā)生的起因。根據對不銹鋼中各種夾雜物的電化學行為進行了系統(tǒng)研究的結果可知,CrS、TiS和Ti4C2S2在鈍態(tài)區(qū)域沒有發(fā)生陽極溶解,不會成為孔蝕發(fā)生起點。以前,為使不銹鋼具有易切削性,使用了PbS和MnS,但由于這些元素會變?yōu)?span style="margin:0px;padding:0px;max-width:100%;font-size:15px;letter-spacing:0px;box-sizing:border-box !important;word-wrap:break-word !important;background-image:initial;background-attachment:initial;background-size:initial;background-origin:initial;background-clip:initial;background-position:initial;background-repeat:initial;">Ti4C2S2,因此開發(fā)了具有易切削性和耐蝕性的不銹鋼。除此之外,如果用O替代MnS中的S,就不容易發(fā)生陽極溶解。因此,控制夾雜物的成分成為了抑制孔蝕發(fā)生的非常有效的手段。
(2)提高鋼基體的耐蝕性:一般認為以往的利用高合金化來提高耐蝕性是由于有效抑制MnS/鋼界面的脫鈍態(tài)和溝狀溶解所致。最近,根據低溫等離子滲碳處理可知,如果在表面形成了過飽和碳固溶的滲碳層,就可抑制鋼的溝狀溶解,避免孔蝕的發(fā)生。在碳固溶層中可以看到含有S元素的酸性氯化物溶液中的活性溶解得到了大幅度抑制。由此可知,采用高合金化以外的方法也能夠提高MnS/鋼界面的耐蝕性.
(3)去除表面的硫化物:采用化學或電化學處理方法去除裸露在鋼表面MnS可以提高不銹鋼的耐蝕性。根據在弱酸性的Na2SO4中,采用靜電極化去除MnS的Type316L鋼在0.5kmol·m-3NaCl中的陽極極化曲線可知,在弱酸性的Na2SO4中,采用靜電極化去除MnS的Type316L鋼在0.5kmol·m-3NaCl中的陽極極化曲線與HNO3鈍態(tài)化處理過的試料和高純度Type316L鋼一樣,再鈍態(tài)化性蝕坑的發(fā)生得到了抑制,孔蝕電位會大幅度上升。以前認為經過化學鈍態(tài)處理,如HNO3處理后,可有效提高耐蝕性,是因為形成了Cr富集的鈍態(tài)保護膜所致,但只要與孔蝕的發(fā)生有關,可以認為MnS的溶解去除對Cr富集的鈍態(tài)保護膜的形成有很大的作用。