氮元素對310S不銹鋼管耐腐蝕性能方面的影響有哪些

 浙江至德鋼業(yè)有限公司技術人員發(fā)現(xiàn)氮加入到310S不銹鋼管中還可以改善鋼的耐局部腐蝕方面的性能。尤其在耐點蝕，晶間腐蝕，縫隙腐蝕，應力腐蝕等一般腐蝕方面效果尤為突出。郎宇平教授在超級高氮310S不銹鋼管的研究中發(fā)現(xiàn)，超級高氮310S不銹鋼管的耐局部腐蝕的能力可以和鎳基合金相媲美。雖然氮可以提高310S不銹鋼管在含氯化物介質(zhì)中的耐點蝕能力已成共識，但在機理方面還存異議。有報道認為氮之所以可以提高耐點蝕性能是由于氮在鋼中分解時會形成銨根離子，可能的反應式如式所示。銨根離子在形成過程中會消耗部分氫離子，致使蝕坑內(nèi)的PH值升高，改善了局部腐蝕環(huán)境。至德鋼業(yè)也有研究發(fā)現(xiàn)是氮在鈍化膜下的大量富集阻止了點蝕的進行。因為氮在鈍化膜下的富集可以阻止或者降低鈍化膜破損后基地層的溶解速度；也有觀點認為氮可以形成有抑制作用來提高鋼的耐點蝕能力。

 對于310S不銹鋼管的敏化態(tài)晶間腐蝕而言，普遍接受的觀點是由于富鉻的碳化物M23C6在晶界沉淀析出導致了晶界區(qū)貧鉻，形成晶間腐蝕。氮的加入可以抑制碳化物的沉淀析出，降低Cr-C平衡中鉻的擴散系數(shù)防止貧鉻區(qū)形成；對非敏化態(tài)晶間腐蝕而言，普遍接受的觀點是由于鋼中雜質(zhì)元素的偏聚而導致了腐蝕。而氮的加入可以使雜質(zhì)元素均勻分布，抑制雜質(zhì)元素在晶界偏聚。310S不銹鋼管發(fā)生縫隙的原因是由于縫隙處的溶液發(fā)生了化學或電化學反應。氮加入到310S不銹鋼管中時可以在陽極溶液或合金與溶液的界面處形成銨根離子，消耗了氫離子，提高了溶液的PH值，降低了縫隙的穿透力。另外氮還可以促進NH4OH沉淀，使鈍化膜形成速度提高。關于氮可以降低310S不銹鋼管應力開裂腐蝕的文獻較少：有關文獻認為氮之所以能夠改善應力開裂腐蝕是因為氮可以提高310S不銹鋼管的穩(wěn)定性，降低了鋼的堆垛層能。也有人認為氮顯著影響不銹鋼的鈍化，阻礙鈍化崩潰，這將延遲開裂的發(fā)生。

 310S不銹鋼管液相線溫度為1410℃，在1380℃時已析出大量y相，但此時熔池仍保持相互聯(lián)通。1340℃時，y相含量為91.66%，熔池開始出現(xiàn)斷續(xù)現(xiàn)象，到1300℃時，熔池內(nèi)的液相量進一步減少，斷續(xù)進一步加劇，并出現(xiàn)了少量的碳化物共晶，此溫度可以認為是碳化物共晶的初凝溫度。1200℃時，熔池內(nèi)液相的絕大部分已形成共晶組織，只有極少量的點狀熔池存在，故1200℃大約為碳化物共晶的終凝溫度。共晶組織中的碳化物為六方晶格的M，C3，其中M主要為Cr、Fe元素。圖為典型裂解爐管材料310S不銹鋼管的鑄態(tài)顯微組織，在平衡狀態(tài)下即緩慢冷卻時，室溫組織主要由奧氏體基體與奧氏體+碳化物的共晶體組成。但如果鑄造冷卻速度很快，凝固為一不平衡過程，使得先結晶的MC3型碳化物來不及轉變成M23C6型碳化物，因此在室溫下鑄態(tài)組織只能是過飽和的奧氏體+共晶體（奧氏體+MC3），共晶碳化物主要有兩種形態(tài)即骨架狀和塊狀，骨架狀分布在晶界上，塊狀分布在枝晶間。分布在晶粒邊界尤其是三叉晶界處的共晶碳化物多呈粗骨架狀，而分布在枝晶臂間的碳化物呈短棒狀或塊狀。