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绿色不锈钢的开发
【2017/10/28】

大量添加Cr和Mo等稀有金属可以提高不锈钢的耐蚀性。对于安全性和可靠性要求很高的不锈钢来说,这种不锈钢是不可缺或的。另一方面,为实现社会的可持续发展,节约资源的合金设计和降低环境负荷的不锈钢制造工艺是必不可少的。

作为新一代理想的不锈钢之一,就是既要要把不锈钢的Cr含量降至最低,又要把不锈钢的耐蚀性提高极致,日本将这种不锈钢取名为“绿色不锈钢”。为实现这一理想,需要研究一种不依赖高纯度化和高合金化,却具有高耐蚀性的不锈钢生产工艺新原理。这就要求要在有关钝态和局部腐蚀发生机理的研究中发现新的线索。

日本通过对孔蚀电位与PRE的关系研究发现,高纯度化和高合金化能有效改善不锈钢的局部腐蚀。在大规模工业生产中,超高纯度化(超低S化)和无MnS化需要大量的能源和时间,因此是不现实的。以前主要是通过高合金化来改善耐蚀性。但是,根据孔蚀发生机理可知,除了高纯度化和高合金化以外,采用以下方法可以提高耐蚀性。

(1)控制硫化物的成分:如果硫化物没有产生阳极溶解,它就不会成为孔蚀发生的起因。根据对不锈钢中各种夹杂物的电化学行为进行了系统研究的结果可知,CrS、TiS和Ti4C2S2在钝态区域没有发生阳极溶解,不会成为孔蚀发生起点。以前,为使不锈钢具有易切削性,使用了PbS和MnS,但由于这些元素会变为Ti4C2S2,因此开发了具有易切削性和耐蚀性的不锈钢。除此之外,如果用O替代MnS中的S,就不容易发生阳极溶解。因此,控制夹杂物的成分成为了抑制孔蚀发生的非常有效的手段。

(2)提高钢基体的耐蚀性:一般认为以往的利用高合金化来提高耐蚀性是由于有效抑制MnS/钢界面的脱钝态和沟状溶解所致。最近,根据低温等离子渗碳处理可知,如果在表面形成了过饱和碳固溶的渗碳层,就可抑制钢的沟状溶解,避免孔蚀的发生。在碳固溶层中可以看到含有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够提高MnS/钢界面的耐蚀性.

(3)去除表面的硫化物:采用化学或电化学处理方法去除裸露在钢表面MnS可以提高不锈钢的耐蚀性。根据在弱酸性的Na2SO4中,采用静电极化去除MnS的Type316L钢在0.5kmol·m-3NaCl中的阳极极化曲线可知,在弱酸性的Na2SO4中,采用静电极化去除MnS的Type316L钢在0.5kmol·m-3NaCl中的阳极极化曲线与HNO3钝态化处理过的试料和高纯度Type316L钢一样,再钝态化性蚀坑的发生得到了抑制,孔蚀电位会大幅度上升。以前认为经过化学钝态处理,如HNO3处理后,可有效提高耐蚀性,是因为形成了Cr富集的钝态保护膜所致,但只要与孔蚀的发生有关,可以认为MnS的溶解去除对Cr富集的钝态保护膜的形成有很大的作用。