铬和钼合金元素不锈钢组织和性能的影响

目前，工业生产的各种超级铁素体不锈钢中的合金元素主要是铬、钼和镍以及钛和饨，而碳和氮则属于不希望存在的杂质元素。

铬和钼是各类不锈钢中使钢获得不锈性和耐蚀性的最重要的两种合金元素，钢中铬和钼含量的增加虽然并不改变钢中铁素体的基体组织，但是对钢中相的形成和析出行为则有着重要影响。最为明显的是加速α'相和σ相的形成和沉淀，从而导致超级铁素体不锈钢的脆化倾向的增加。图1-1-6系随铬量增加，钢中α'和σ相析出量增加，而引起钢的硬度提高，而图1-1-7则系随钢中铬量增加，σ相的析出速度增加；图1-1-8和图1-1-9分别为不同铬量的含2%Mo的铁素体不锈钢和不同钼量对25%Cr的铁素体不锈钢经815°C*lh和980°C*lh处理后，由于a相的析出而导致的钢的脆性转变温度和冲击韧性的变化。可以看出，钢中铬、铝量增加，由于加速a相的沉淀使钢的脆性转变温度升高，韧性下降，即使高纯钢（C+N≤0.019%）也不例外。

图1-1-6铁素体不锈钢中铬量、时效温度、时间对钢的硬度的影响

研究含铬量对铁素体不锈钢抗拉强度的影响，其结果表明，含倍量约在25%以下，随常量增加，钢的强度下降；而当高于约25%后，则随铬量增加，钢的强度稍有提高(图1-1-10)。这种现象一般解释为，Cr＜约25%时，随铬量增加,纯铁素体组织抑制了马氏体的形成；在Cr＞约25%后，随倍量增加，由于铬的固溶强化作用而使钢的强度提高，为此，超级铁素体不锈钢一般都具有较高的强度。

由于铬、钼量在铁素体不锈钢中，包括在超级铁素体不锈钢中对钢的耐蚀性的重要作用，在各种介质环境中已就铬、钼影响进行了大量研究，此处仅扼要加以介绍。

图1-1-11和图1-1-12分别为在沿海海洋大气中的耐锈性和铬、钼量的影响以及在3.5%NaCl中的点蚀电位和在三种实际环境中的耐锈性与铬、钼量的关系。

从图1-1-11中可看出随铬量增加，钢的锈蚀面积减少，耐锈性提高；但当含铬量达约20%,钼为1%时，钢的锈蚀面积仍达约10%,只有当铬量达26%,钼量4%和铬量达30%,钼量为2%时，即钢中Cr%+3.3%*Mo%≥35成为超级铁素体不锈钢后才不会生锈。图1-1-12的结果同样表明了为提高耐锈性，钢中的铬、铝的重要作用，并指出，含26%Cr,但仅含1%M。的26Cr-lM。钢不仅生锈而且点蚀电位也较低，而Cr30Mo2和Cr26Mo4两种钢的耐点蚀当量值＞35的超级铁素体不锈钢不仅无锈蚀，而且在3.5%NaCl中的点蚀电位也很高。

表1-1-5和表1-1-6分别系在酸溶液中钢中铬、铝量对高纯铁素体不锈钢和高铬钼不锈钢耐全面腐蚀的影响。表1-1-5中在H2SO4和在HCl中试验表明，耐点蚀当量值235的25Cr-3.5M。和25Cr-5M。才无腐蚀(H2SO4中)和腐蚀速率最低(在HCl中)。表1-1-6的结果则表明，在湿法H3PO4(含F-,Cl-)中，Cr≥25%,便具有良好的耐蚀性，但是当耐点蚀当量值达到≥35后，例如29Cr-2Mo和29Cr-3M。钢，耐蚀性还会有进一步提高。

表1-1-5钼对25%高纯铁素体不锈钢耐蚀性的影响

①试验温度25℃,试验6天。

表1-1-6  铬，钼对铁素体不锈钢耐湿法磷酸腐蚀性能的影响

钢中C+N≤0.015%；

第一周期（48h）全浸后的计算值。

国内在F-,CL-的湿法H3PO4中采用全浸腐蚀试验、电化学试验和XPS表面分析技术等研究了钢中铬量（CrxMo2）和钼量（Cr25Mox）对高纯铁素体不锈钢的耐蚀性、电化学行为的影响及其机制。结果表明，铬是提高钢耐蚀性的重要元素，当Cr≥25%时才最为有效；钼的作用较弱，且只有当CR≥21%后才能显示出钼的有益影响。表卜1-7和图1-1-1便是全浸腐蚀试验和电化学试验结果。

表1-1-7试验材料在湿法H3PO4中的腐蚀试验结果

②第一周期（48h）全浸后的计算值。

图P1-13幣和铝对Fe℃r-Mo合金在40°C湿法磷酸中阳极极化行为的影响

对铬、钼影响Fe℃r-M。钢的耐蚀性的机制的研究结果表明：铬能提高钢的耐蚀性只有当Cr≥25%后才有效，这是由表面膜内铬的富集度及其结晶水的非晶结构所决定的；钼的作用是通过提高表面膜中铬的富集度并通过生成促进表面膜的均匀度来实现的，钢中铜并未进入表面膜中。图1-1-14系钢中铬对表面膜中Cr/Fe比的影响的XPS分析结果，图1-1-15系钢中钼对表面膜中铬富集度的XPS分析结果，可明显看出铬、钼对表面膜中铬富集度的影响。

钢中铬、钼含量对高铬、钼的Fe℃r-Mo.Fe℃r-Mo-Ni铁素体不锈钢耐点蚀的影响见图1-l-16。从图l-l-16(a)中可知，随试验温度的提高，Fe℃r-MO不仅耐点蚀所需的铬、钼量提高，且铬、钼量还有适宜的配比：当含铬量约24%,50〜60°C时不出现点蚀的最低含钼量为约3%,当70°C时则最低钼量需约5%。当含铬量为约28%时，50°C时不出现点蚀的最低钼量为约2%。图1-1-16的

试验结果与图1-l-16基本一致，而铬、钼量耐点蚀行为的影响，Fe℃r-Mo-Ni与Fe℃r-Mo钢并无显著差别。

含25%Cr时的钢中钼量和Cr>25%时钢中（Cr+3Mo）%量对高铬钼铁素体不锈钢耐缝隙腐蚀的影响见图1-1-17、表1-1-8和图1-1-18。图1-1-17中的结果表明，在所试验条件下，含25%Cr的铁素体不锈钢只有当Mo≥4%,才可避免缝隙腐蚀的产生；表1-1-8中的结果也表明，28Cr-2M。钢≤40°C,25Cr-5Mo≤50°C才不产生缝隙腐蚀；图1-1-18中结果指岀只有当钢中（Cr+3Mo）%≥35后才能获得满意的耐缝隙腐蚀性能。

表1-1-8钼对铁素体不锈钢耐缝隙腐蚀性能的影响①②