氮元素對(duì)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(shù)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(diǎn)蝕，晶間腐蝕，縫隙腐蝕，應(yīng)力腐蝕等一般腐蝕方面效果尤為突出。郎宇平教授在超級(jí)高氮310S不銹鋼管的研究中發(fā)現(xiàn)，超級(jí)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(diǎn)蝕能力已成共識(shí)，但在機(jī)理方面還存異議。有報(bào)道認(rèn)為氮之所以可以提高耐點(diǎn)蝕性能是由于氮在鋼中分解時(shí)會(huì)形成銨根離子，可能的反應(yīng)式如式所示。銨根離子在形成過程中會(huì)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(diǎn)蝕的進(jìn)行。因?yàn)榈阝g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(diǎn)認(rèn)為氮可以形成有抑制作用來提高鋼的耐點(diǎn)蝕能力。

 對(duì)于310S不銹鋼管的敏化態(tài)晶間腐蝕而言，普遍接受的觀點(diǎn)是由于富鉻的碳化物M23C6在晶界沉淀析出導(dǎo)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(kuò)散系數(shù)防止貧鉻區(qū)形成；對(duì)非敏化態(tài)晶間腐蝕而言，普遍接受的觀點(diǎn)是由于鋼中雜質(zhì)元素的偏聚而導(dǎo)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(xué)或電化學(xué)反應(yīng)。氮加入到310S不銹鋼管中時(shí)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(jìn)NH4OH沉淀，使鈍化膜形成速度提高。關(guān)于氮可以降低310S不銹鋼管應(yīng)力開裂腐蝕的文獻(xiàn)較少：有關(guān)文獻(xiàn)認(rèn)為氮之所以能夠改善應(yīng)力開裂腐蝕是因?yàn)榈梢蕴岣?10S不銹鋼管的穩(wěn)定性，降低了鋼的堆垛層能。也有人認(rèn)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(shí)已析出大量y相，但此時(shí)熔池仍保持相互聯(lián)通。1340℃時(shí)，y相含量為91.66%，熔池開始出現(xiàn)斷續(xù)現(xiàn)象，到1300℃時(shí)，熔池內(nèi)的液相量進(jìn)一步減少，斷續(xù)進(jìn)一步加劇，并出現(xiàn)了少量的碳化物共晶，此溫度可以認(rèn)為是碳化物共晶的初凝溫度。1200℃時(shí)，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(diǎn)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(shí)，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(jié)晶的MC3型碳化物來不及轉(zhuǎn)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。