眾所周知,異相共存是容易形成微電池并加速腐蝕的,雙相不銹鋼也不例外。但存在許多影響因素,并非在所有情況和介質條件下均會發生。雙相不銹鋼因含有較高的鉻和一定量的鎳、鉬、銅等元素,在一定溫度下,鋼中固溶的元素在兩相間的分布將達到相應的平衡,而且還與相比例等有關。雙相不銹鋼的耐蝕性,主要取決于鈍化元素的含量及其在兩相中的分配。如果兩相在一定條件的介質中均產生鈍化,便可避免發生相選擇性腐蝕。一般來說,雙相不銹鋼的耐腐蝕性能,大體同含鉻、鉬量相當的高鉻鐵素體型或鉻鎳奧氏體型不銹鋼接近,并受相比例所左右;其耐晶間腐蝕性能優于上述單相組織的不銹鋼,具有更好的抗敏化性能;抗應力腐蝕性能,在低應力條件下比普通18-8類奧氏體不銹鋼優良。這是雙相不銹鋼受到重視和廣泛應用的重要原因。某些雙相不銹鋼具有良好的耐點腐蝕等性能,這是因為含有高的鉻、鉬等元素之故,而非來源于雙相組織的因素。但雙相不銹鋼所具有的良好抗應力腐蝕和抗敏化性能,則直接同雙相組織結構的敏感性相關。其腐蝕機理簡述如下:
1. 雙相不銹鋼的晶間腐蝕
奧氏體-鐵素體雙相不銹鋼比碳含量相當的奧氏體不銹鋼晶間腐蝕敏感性低的原因,同存在一定數量的最好是均勻彌散分布的鐵素體相有關。一般來說,奧氏體形成元素,如碳等多富集于y相中;而鐵素體形成元素,如鉻、鉬等則富集于α相中。當敏化加熱時,富鉻碳化物最易于在兩相界面α相一側形核,從而大大減少了沿奧氏體晶粒之間界碳化物的析出(不僅形成速度慢且因數量很少,難以構成連續網狀)。鉻在鐵素體相中不僅因富集含量高,而且擴散速度比在奧氏體中快得多,均不易產生貧鉻或有利于迅速補充而消除易遭受腐蝕的貧鉻區。當鐵素體量不大時,α相以孤島狀被奧氏體晶粒所包圍。即使被腐蝕也因相互未能連接成網絡不致造成更大的危險。隨著彌散鐵素體量的增加,晶界總面積提高(相對降低了晶界碳化物析出濃度)和鐵素體相界及其內側能夠吸收更多的碳化物,當達到一定的極限α相含量以上時,可以消除晶間腐蝕傾向。因此,控制適宜的兩相比例,防止α相的聚集長大和采取正確的熱處理是十分重要的。過多的鐵素體相,甚至形成連續網絡,或轉變為σ相或x相(取決于鉬含量)則是十分有害的。在強氧化性介質中,會發生選擇性晶間腐蝕。
2. 雙相不銹鋼的應力腐蝕
雙相不銹鋼耐應力腐蝕性能,隨鐵素體含量的增加而提高。其α和γ相的最佳平衡比例,隨鋼種(成分、熱處理)和介質等條件不同而異。一般來說,如廣泛使用的60年代瑞典投產的Sandvik 3RE60(相當我國00Cr18Ni5Mo3Si2及其改進型)抗應力腐蝕不銹鋼,1975年以前資料,最佳a相占60%,1975年后改為50%。國內外多數實用的耐應力腐蝕不銹鋼屬于鐵素體-奧氏體類型。過高的鐵素體含量,會使高鉻鐵素體不銹鋼固有的缺點更趨明顯化。
雙相不銹鋼耐氯化物應力腐蝕性能與普通18-8奧氏體不銹鋼相比,只有在低應力下才顯示出一定的優越性。在高應力作用下則區別不大或基本相同。
對雙相不銹鋼耐應力腐蝕特點可以做出以下解釋:
a. 雙相不銹鋼具有比普通奧氏體不銹鋼更高的屈服強度;
b. 第二相的存在對裂紋擴展有機械阻礙作用。如裂紋起源于奧氏體基體,一旦擴展至α相,在低應力作用下,鐵素體內難以產生滑移,裂紋擴展被阻止,而在高應力作用下,裂紋容易貫穿鐵素體相,失去阻礙效果;
c. α相電位相對于y相較負,為陽極,對奧氏體起了電化學陰極保護作用等。還有多種解釋,目前尚未統一。