氮元素在不銹鋼耐腐蝕性能方面的作用有哪些

 不銹鋼常見的腐蝕類型可以分為兩大類，即均勻腐蝕和局部腐蝕。局部腐蝕包括的種類較多，通常有晶間腐蝕、點(diǎn)腐蝕、縫隙腐蝕、應(yīng)力腐蝕開裂等。其中晶間腐蝕最不易察覺，也最危險(xiǎn)，有可能在一瞬間發(fā)生，破壞性極強(qiáng)。導(dǎo)致不銹鋼發(fā)生晶間腐蝕的理論有很多，如有關(guān)單相合金的晶間腐蝕的晶界吸附理論多相合金晶間腐蝕理論、貧乏論、亞穩(wěn)定相理論、應(yīng)力論等等。對(duì)于奧氏體不銹鋼晶間腐蝕，貧鉻理論被普遍接受。目前的貧鉻理論主要有：碳化鉻引起的晶間腐蝕、σ相引起的晶間腐蝕、MC引起的晶間腐蝕等。而引起奧氏體不銹鋼晶間腐蝕的因素主要由冶金因素、工藝因素，前者包括組織結(jié)構(gòu)和合金元素的因素，后者包括不同熱處理制度和加工工藝的因素。評(píng)定不銹鋼晶間腐蝕的方法有很多，機(jī)理與適用情況各不相同，每一種晶間腐蝕評(píng)價(jià)方法都有其一定的使用范圍，包括具體的不銹鋼材料類型以及腐蝕介質(zhì)。

 晶間腐蝕檢測(cè)的方法主要有三種，包括化學(xué)、物理、電化學(xué)三種實(shí)驗(yàn)方法。關(guān)于化學(xué)實(shí)驗(yàn)方法，美國(guó)材料協(xié)會(huì)提出了硫酸-硫酸銅-銅屑法、沸騰硝酸法、硝酸-氟化物法、硫酸-硫酸鐵等標(biāo)準(zhǔn)酸浸實(shí)驗(yàn)法。化學(xué)實(shí)驗(yàn)法可以快速的檢測(cè)材料發(fā)生晶間腐蝕的程度，效率很高，已有一些標(biāo)準(zhǔn)化學(xué)實(shí)驗(yàn)法應(yīng)用于不銹鋼晶間腐蝕的檢測(cè)當(dāng)中。物理實(shí)驗(yàn)法主要有彎曲實(shí)驗(yàn)法、電阻實(shí)驗(yàn)等，用在化學(xué)實(shí)驗(yàn)法和電化學(xué)實(shí)驗(yàn)法的結(jié)果分析中。電化學(xué)實(shí)驗(yàn)法操作簡(jiǎn)單、效率高，使用范圍較廣，在材料腐蝕檢測(cè)中舉足輕重。主要包括極化曲線法、二次活化峰法、電化學(xué)阻抗法、草酸法等。草酸電解法主要用于碳化鉻沉淀引起的晶間腐蝕檢測(cè)實(shí)驗(yàn)，在一般情況下可以作為一種篩選實(shí)驗(yàn)，在經(jīng)過草酸電解浸蝕之后，通過金相顯微鏡觀察其金相組織，判斷試樣是否需要繼續(xù)其他的酸浸泡實(shí)驗(yàn)。

 氮元素加入奧氏體不銹鋼中，可以提高其耐局部腐蝕的性能，包括耐點(diǎn)蝕、晶間腐蝕縫隙腐蝕等。文獻(xiàn)發(fā)現(xiàn)，超級(jí)高氮奧氏體不銹鋼的耐局部腐蝕的能力與鎳基合金幾乎一致。除此之外，氮對(duì)不銹鋼的磁性和熱膨脹性有有利作用。氮與鉬的協(xié)同作用能顯著的提高奧氏體不銹鋼耐腐蝕性能，與其他元素（錳、鉻、釩、鈮、鈦等）作用，可以改善鋼的多種性能：提高強(qiáng)度、韌性、蠕變抗力等。但在氮可以提高奧氏體不銹鋼耐腐蝕的機(jī)理方面尚未達(dá)成共識(shí)，有研究認(rèn)為氮在鋼中分解形成銨根離子，銨根離子的形成消耗了溶液中的氫離子，使腐蝕區(qū)域PH值升高，腐蝕環(huán)境得到改善。也有研究發(fā)現(xiàn)鋼在鈍化之后，氮富集在鈍化膜下面，阻止了鈍化膜破損基底層的溶解。文獻(xiàn)認(rèn)為，氮在腐蝕過程中生成硝酸鹽，可以提高鋼的耐點(diǎn)蝕能力。對(duì)于奧氏體不銹鋼而言，敏化態(tài)晶間腐蝕十分常見，M23C6在晶界析出導(dǎo)致晶界貧鉻，氮的加入抑制了碳化物的沉淀析出，防止貧鉻區(qū)產(chǎn)生，也有觀點(diǎn)認(rèn)為氮的加入可以抑制一些雜質(zhì)元素在晶界偏聚，提高了非敏化態(tài)耐晶間腐蝕能力。

 氮元素穩(wěn)定奧氏體的能力約為鎳元素的30倍，與碳相比，氮分布更均勻。氮原子與鐵、鉻等金屬原子的結(jié)合能大于碳原子，所以氮原子的排異性更強(qiáng)，氮在原子周圍占據(jù)位置的幾率相差不大，均勻分布，氮的合金化使奧氏體穩(wěn)定性更強(qiáng)。奧氏體不銹鋼的析出相與合金成分、時(shí)效時(shí)間都有關(guān)。文獻(xiàn)指出，氮的加入使得鋼中第二相的析出更加復(fù)雜，但對(duì)于氮化物的析出機(jī)理并沒有得出定論。在這種研究背景下，浙江至德鋼業(yè)有限公司在201奧氏體不銹鋼的基礎(chǔ)上，增加了錳含量，降低了鎳含量，設(shè)計(jì)了三種不同氮含量的奧氏體不銹鋼，暫稱之為200A奧氏體不銹鋼。通過電化學(xué)、化學(xué)浸泡等方法來測(cè)試不同氮含量的200A奧氏體不銹鋼的耐腐蝕性能。模擬其在高溫使用環(huán)境下可能遇到的敏化現(xiàn)象，進(jìn)而研究不同氮含量的200系奧氏體不銹鋼的敏化機(jī)理。