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鋼管知識   
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綠色不銹鋼的開發
【2017/10/28】

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,為實現社會的可持續發展,節約資源的合金設計和降低環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和局部腐蝕發生機理的研究中發現新的線索。

日本通過對孔蝕電位與PRE的關系研究發現,高純度化和高合金化能有效改善不銹鋼的局部腐蝕。在大規模工業生產中,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研究的結果可知,CrS、TiS和Ti4C2S2在鈍態區域沒有發生陽極溶解,不會成為孔蝕發生起點。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為Ti4C2S2,因此開發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,就不容易發生陽極溶解。因此,控制夾雜物的成分成為了抑制孔蝕發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鈍態化處理過的試料和高純度Type316L鋼一樣,再鈍態化性蝕坑的發生得到了抑制,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富集的鈍態保護膜所致,但只要與孔蝕的發生有關,可以認為MnS的溶解去除對Cr富集的鈍態保護膜的形成有很大的作用。

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