鐵素體不銹鋼在高溫尿素環境中的腐蝕行為研究
2021-03-22 02:06:13
hualin
對(dui)三種商用車排氣(qi)系(xi)統(tong)用鐵素(su)(su)體(ti)不銹(xiu)鋼(gang)(gang)(gang)（436L、439M、441）進行(xing)了(le)(le)尿素(su)(su)結(jie)晶腐(fu)蝕(shi)試驗，以(yi)模擬鐵素(su)(su)體(ti)不銹(xiu)鋼(gang)(gang)(gang)在(zai)商用車排氣(qi)系(xi)統(tong)內選擇性催化(hua)還原器（SCR）中(zhong)的(de)滲氮(dan)(dan)腐(fu)蝕(shi)行(xing)為。探究了(le)(le)合金成分(fen)及(ji)夾雜物對(dui)不銹(xiu)鋼(gang)(gang)(gang)耐高(gao)(gao)溫(wen)尿素(su)(su)腐(fu)蝕(shi)的(de)影(ying)響，并依據EDS表(biao)征結(jie)果闡(chan)釋了(le)(le)材(cai)料內部腐(fu)蝕(shi)的(de)滲氮(dan)(dan)機理。研究表(biao)明，在(zai)高(gao)(gao)溫(wen)熱震疲勞和(he)氧(yang)化(hua)的(de)協同作用下，高(gao)(gao)溫(wen)高(gao)(gao)氮(dan)(dan)的(de)環境(jing)導致鐵素(su)(su)體(ti)不銹(xiu)鋼(gang)(gang)(gang)晶界及(ji)晶內局(ju)部區域快速析(xi)出氮(dan)(dan)化(hua)鉻(ge)顆(ke)粒，造成晶界及(ji)基體(ti)局(ju)部區域貧(pin)鉻(ge)。由于(yu)(yu)436L和(he)441不銹(xiu)鋼(gang)(gang)(gang)含(han)有(you)較高(gao)(gao)的(de)Mo和(he)Nb，其耐高(gao)(gao)溫(wen)尿素(su)(su)腐(fu)蝕(shi)能力顯著優于(yu)(yu)439M。此外，由于(yu)(yu)436L和(he)441不銹(xiu)鋼(gang)(gang)(gang)中(zhong)夾雜物細小彌散，也降(jiang)低了(le)(le)氮(dan)(dan)化(hua)鉻(ge)在(zai)夾雜物的(de)形核析(xi)出幾率，成為提(ti)高(gao)(gao)抗高(gao)(gao)溫(wen)尿素(su)(su)腐(fu)蝕(shi)的(de)另一個(ge)因(yin)素(su)(su)。
關(guan)鍵(jian)詞： 材料(liao)失效(xiao)與保護 ; 高(gao)溫尿素腐蝕(shi) ; 晶間腐蝕(shi) ; X射線(xian)能譜分析 ; 鐵(tie)素體不(bu)銹鋼(gang) ; 滲氮機理 ; 夾雜物
Abstract
In order to simulate the nitriding corrosion behavior of ferritic stainless steels in selective catalytic reduction （SCR） system of commercial vehicle, urea corrosion tests were carried out on three ferritic stainless steels （436L, 439M and 441） used in exhaust system of commercial vehicles. The influences of alloy composition and inclusions on high temperature urea corrosion resistance of ferritic stainless steels were investigated. The results show that under the synergistic effect of high temperature fatigue and oxidation, the high temperature and high nitrogen environment results in the rapid precipitation of chromium nitride particles at grain boundaris and in the local area of the ferritic stainless steels, resulting in chromium depletion. As 436L and 441 ferritic stainless steels contain higher Nb and Mo, thy present significantly higher resistance to high temperature urea corrosion rather than 439M. Moreover, due to the fine dispersion of inclusions in 436L and 441 stainless steels, the probability of nucleation and precipitation of chromium nitride on inclusions is also reduced, which is another cause for improving the resistance to high temperature urea corrosion of the relevant steels.
Keywords： materials failure and protection ; high temperature urea corrosion ; intergranular corrosion ; EDS ; ferritic stainless steels ; nitriding mechanism ; inclusion
黃安然， 張偉， 王學林， 尚成嘉， 范佳(jia)杰。 鐵素體不銹鋼在高溫尿(niao)素環境中的腐蝕行為研究(jiu)。 材料研究(jiu)學報(bao)[J], 2020, 34（9）： 712-720 DOI:10.11901/1005.3093.2020.065
HUANG Anran, ZHANG Wei, WANG Xuelin, SHANG Chengjia, FAN Jiajie. Corrosion Behavior of Ferritic Stainless Steel in High Temperature Urea Environment. Earth Science[J], 2020, 34（9）： 712-720 DOI:10.11901/1005.3093.2020.065
柴(chai)油汽車排(pai)氣系(xi)統(tong)SCR后處理(li)技(ji)術的本質(zhi)是尿素(su)(su)通(tong)過高溫分解成(cheng)NH3，在(zai)催化劑和(he)高溫的作(zuo)(zuo)用(yong)下，與汽車排(pai)氣中(zhong)的NOX發生(sheng)氧化還原反應，生(sheng)成(cheng)無毒的N2和(he)H2O。在(zai)凈化過程中(zhong)，后處理(li)器(qi)將承受最(zui)高溫度可達900℃的冷熱循(xun)環作(zuo)(zuo)用(yong)。除(chu)了尿素(su)(su)分解產(chan)物會對不(bu)銹鋼(gang)產(chan)生(sheng)腐蝕作(zuo)(zuo)用(yong)外[1]，熱震疲勞(lao)也會加劇(ju)材(cai)料損(sun)傷[2,3]。起初，奧(ao)氏體(ti)(ti)不(bu)銹鋼(gang)是用(yong)于(yu)SCR后處理(li)器(qi)的首選(xuan)(xuan)材(cai)料，但其存在(zai)價格較(jiao)高、熱膨脹系(xi)數(shu)大(da)、抗晶間腐蝕能(neng)力(li)弱的缺點。近(jin)年來，鐵(tie)素(su)(su)體(ti)(ti)不(bu)銹鋼(gang)由(you)于(yu)具有較(jiao)低(di)的熱膨脹系(xi)數(shu)、較(jiao)大(da)的導熱系(xi)數(shu)以(yi)及較(jiao)低(di)的成(cheng)本，已經在(zai)排(pai)氣系(xi)統(tong)選(xuan)(xuan)材(cai)用(yong)材(cai)中(zhong)受到重視[3]，Ti、Nb、Mo等(deng)合金元素(su)(su)的加入賦予了鐵(tie)素(su)(su)體(ti)(ti)不(bu)銹鋼(gang)更好的耐(nai)晶間腐蝕和(he)高溫性能(neng)[4,12]。
目前針對(dui)(dui)尿(niao)(niao)(niao)素(su)(su)在(zai)(zai)(zai)SCR排(pai)氣系統(tong)用不銹(xiu)(xiu)(xiu)鋼(gang)(gang)中(zhong)產生的(de)(de)(de)(de)影響已經(jing)有了(le)一(yi)定(ding)的(de)(de)(de)(de)研(yan)究(jiu)(jiu)基礎。Nockert等[5]將尿(niao)(niao)(niao)素(su)(su)溶液滴加到(dao)(dao)550℃廢氣環(huan)境(jing)中(zhong)進(jin)行腐(fu)(fu)蝕(shi)(shi)實驗，結果表明(ming)尿(niao)(niao)(niao)素(su)(su)分解形(xing)成的(de)(de)(de)(de)氮化物(wu)會導致氧(yang)化膜(mo)破(po)壞(huai)，使得304L奧氏體不銹(xiu)(xiu)(xiu)鋼(gang)(gang)發(fa)生嚴重的(de)(de)(de)(de)腐(fu)(fu)蝕(shi)(shi)。Miraval等[6]在(zai)(zai)(zai)600℃的(de)(de)(de)(de)SCR尿(niao)(niao)(niao)素(su)(su)模擬(ni)環(huan)境(jing)與(yu)路試試驗中(zhong)均(jun)發(fa)現，304L不銹(xiu)(xiu)(xiu)鋼(gang)(gang)表面形(xing)成了(le)鐵-鉻氧(yang)化膜(mo)、碳氮共滲層（如CrN）和(he)(he)晶間析出區（如Cr2N）。王士棟等[7]研(yan)究(jiu)(jiu)了(le)400℃氧(yang)化-冷凝液浸泡循環(huan)作(zuo)用下304與(yu)439不銹(xiu)(xiu)(xiu)鋼(gang)(gang)的(de)(de)(de)(de)腐(fu)(fu)蝕(shi)(shi)特(te)征，廢氣環(huan)境(jing)中(zhong)引(yin)入(ru)尿(niao)(niao)(niao)素(su)(su)會加速不銹(xiu)(xiu)(xiu)鋼(gang)(gang)的(de)(de)(de)(de)氧(yang)化過程，進(jin)而在(zai)(zai)(zai)一(yi)定(ding)程度(du)上使其均(jun)勻(yun)腐(fu)(fu)蝕(shi)(shi)量增加而局部腐(fu)(fu)蝕(shi)(shi)深(shen)度(du)減小。盡管(guan)不銹(xiu)(xiu)(xiu)鋼(gang)(gang)在(zai)(zai)(zai)高(gao)溫(wen)尿(niao)(niao)(niao)素(su)(su)環(huan)境(jing)中(zhong)的(de)(de)(de)(de)腐(fu)(fu)蝕(shi)(shi)行為得到(dao)(dao)了(le)關(guan)注(zhu)與(yu)研(yan)究(jiu)(jiu)，但對(dui)(dui)于滲氮腐(fu)(fu)蝕(shi)(shi)的(de)(de)(de)(de)機理及影響因(yin)素(su)(su)的(de)(de)(de)(de)相關(guan)研(yan)究(jiu)(jiu)尚有欠缺(que)。與(yu)此(ci)同時，由于廢氣排(pai)放溫(wen)度(du)越(yue)來越(yue)高(gao)，汽車用戶對(dui)(dui)材(cai)料(liao)的(de)(de)(de)(de)性(xing)能(neng)也提(ti)(ti)出了(le)更高(gao)的(de)(de)(de)(de)要求，所以(yi)探究(jiu)(jiu)鐵素(su)(su)體不銹(xiu)(xiu)(xiu)鋼(gang)(gang)在(zai)(zai)(zai)SCR系統(tong)實際工(gong)(gong)(gong)作(zuo)環(huan)境(jing)中(zhong)的(de)(de)(de)(de)腐(fu)(fu)蝕(shi)(shi)機理，提(ti)(ti)高(gao)可承受(shou)的(de)(de)(de)(de)工(gong)(gong)(gong)作(zuo)環(huan)境(jing)溫(wen)度(du)，對(dui)(dui)材(cai)料(liao)的(de)(de)(de)(de)進(jin)一(yi)步優化及新材(cai)料(liao)的(de)(de)(de)(de)研(yan)發(fa)具有重要意義。此(ci)外，由于SCR后處理器工(gong)(gong)(gong)作(zuo)環(huan)境(jing)的(de)(de)(de)(de)苛刻性(xing)，質保(bao)和(he)(he)價格雙重壓(ya)力促使汽車主(zhu)機廠在(zai)(zai)(zai)選材(cai)用材(cai)時更加關(guan)注(zhu)材(cai)料(liao)的(de)(de)(de)(de)性(xing)能(neng)對(dui)(dui)比數據和(he)(he)科學(xue)依據。
本文對比研究了三種牌號(hao)鐵(tie)素體不(bu)(bu)銹(xiu)(xiu)(xiu)鋼(gang)（439M、436L、441）在SCR商用車排氣系統(tong)模擬環境中的(de)高溫(wen)尿素腐(fu)蝕行為，探(tan)究了合金成分及夾(jia)雜物對鐵(tie)素體不(bu)(bu)銹(xiu)(xiu)(xiu)鋼(gang)耐(nai)高溫(wen)尿素腐(fu)蝕（用不(bu)(bu)銹(xiu)(xiu)(xiu)鋼(gang)滲(shen)氮層深度(du)來表征）的(de)影(ying)響，并依據(ju)EDS能譜表征結果闡明(ming)了不(bu)(bu)銹(xiu)(xiu)(xiu)鋼(gang)發生尿素結晶腐(fu)蝕的(de)氮化(hua)機理。
1 實驗(yan)材料及方法(fa)
實驗(yan)材料是商用的(de)(de)三種厚度為(wei)1.5 mm的(de)(de)鐵素體(ti)不(bu)銹(xiu)鋼，其化(hua)學成分（質量分數，%）如表1所示。將試樣(yang)加工(gong)成尺寸為(wei)15 mm×10 mm×1.5 mm的(de)(de)薄片狀，然后(hou)依(yi)次(ci)用400#、800#、1500#、2000#砂紙打(da)磨表面，隨后(hou)進行拋光并(bing)用丙酮清洗(xi)干(gan)(gan)凈后(hou)吹干(gan)(gan)。
實(shi)驗室搭建了不銹鋼在(zai)模擬SCR系統高溫(wen)尿(niao)素環境下的腐(fu)蝕實(shi)驗裝置(zhi)，如(ru)圖(tu)1所示。實(shi)驗裝置(zhi)主要由(you)電(dian)(dian)源(yuan)、變壓(ya)器(qi)、PLC控制終端(duan)（可編程邏(luo)輯控制器(qi)）、樣(yang)品臺(tai)、蠕動(dong)泵及尿(niao)素罐(guan)組成(cheng)[4]。電(dian)(dian)源(yuan)為三相380V工(gong)業用(yong)電(dian)(dian)；蠕動(dong)泵為數字轉速(su)型BT100M；PLC控制器(qi)的型號為SHIMADEN SRS13A；尿(niao)素溶液(ye)選用(yong)昆侖之(zhi)星AUS 32（柴油發動(dong)機氮氧化物還原劑），其為含32.5%高純尿(niao)素的去離子水(shui)溶液(ye)。
實驗(yan)時，將(jiang)薄片試樣(yang)(yang)(yang)的(de)兩(liang)端(duan)(duan)夾在(zai)(zai)(zai)樣(yang)(yang)(yang)品(pin)(pin)(pin)臺(tai)上，電極(ji)連(lian)接在(zai)(zai)(zai)樣(yang)(yang)(yang)品(pin)(pin)(pin)臺(tai)兩(liang)端(duan)(duan)進行加熱，并通(tong)過(guo)焊接在(zai)(zai)(zai)樣(yang)(yang)(yang)品(pin)(pin)(pin)下表面的(de)熱電偶向PLC控(kong)制(zhi)端(duan)(duan)實時反饋溫(wen)(wen)(wen)度(du)值，PLC控(kong)制(zhi)器再根據(ju)反饋情況調節樣(yang)(yang)(yang)品(pin)(pin)(pin)兩(liang)極(ji)的(de)加熱電流從而達(da)到(dao)循(xun)環加熱的(de)效(xiao)果。根據(ju)尿(niao)素(su)完全分解的(de)最佳溫(wen)(wen)(wen)度(du)范圍，設(she)(she)置PLC控(kong)制(zhi)器并控(kong)制(zhi)樣(yang)(yang)(yang)品(pin)(pin)(pin)加熱溫(wen)(wen)(wen)度(du)為(wei)350~700℃。熱震(zhen)循(xun)環工(gong)藝如圖(tu)2所示，通(tong)過(guo)焦耳效(xiao)應循(xun)環加熱樣(yang)(yang)(yang)品(pin)(pin)(pin)來(lai)模擬實際(ji)汽車發(fa)動機(ji)的(de)高溫(wen)(wen)(wen)熱震(zhen)疲勞狀態，每(mei)個(ge)熱循(xun)環合(he)計325 s，其中在(zai)(zai)(zai)高溫(wen)(wen)(wen)保(bao)溫(wen)(wen)(wen)150 s左(zuo)右(you)，在(zai)(zai)(zai)低(di)溫(wen)(wen)(wen)保(bao)溫(wen)(wen)(wen)100 s左(zuo)右(you)。通(tong)過(guo)蠕動泵將(jiang)尿(niao)素(su)溶(rong)液滴(di)在(zai)(zai)(zai)樣(yang)(yang)(yang)品(pin)(pin)(pin)表面，并取適量耐火棉覆蓋，以(yi)使得(de)樣(yang)(yang)(yang)品(pin)(pin)(pin)表面能(neng)均勻浸在(zai)(zai)(zai)尿(niao)素(su)溶(rong)液中，調節尿(niao)素(su)滴(di)定速度(du)以(yi)保(bao)證(zheng)尿(niao)素(su)能(neng)在(zai)(zai)(zai)高溫(wen)(wen)(wen)中充(chong)分分解。所設(she)(she)定的(de)高溫(wen)(wen)(wen)實驗(yan)環境要比實際(ji)的(de)工(gong)作環境更加苛刻(ke)，目的(de)是(shi)為(wei)了在(zai)(zai)(zai)短時間得(de)到(dao)明顯的(de)腐蝕效(xiao)果。每(mei)個(ge)試樣(yang)(yang)(yang)持(chi)續實驗(yan)6 h為(wei)止。
熱循環腐蝕(shi)(shi)實驗(yan)結(jie)束后，樣(yang)品(pin)(pin)表面(mian)(mian)附著部分未完全脫落的粗糙氧化鐵皮，首(shou)先用清水沖(chong)洗(xi)掉(diao)殘余的尿素凝結(jie)塊，進而(er)用丙酮清洗(xi)表面(mian)(mian)并吹干。對(dui)樣(yang)品(pin)(pin)進行沿橫截(jie)面(mian)(mian)切(qie)割，并使用TESCAN MIRA3 LMH型號(hao)的掃描電鏡（SEM）對(dui)樣(yang)品(pin)(pin)截(jie)面(mian)(mian)發生腐蝕(shi)(shi)的一側(ce)進行形貌觀察。為了使觀測效果更明(ming)顯，用氯化銅、濃鹽酸和(he)乙醇按1 g:8 mL:140 mL配比的刻蝕(shi)(shi)液(ye)對(dui)樣(yang)品(pin)(pin)截(jie)面(mian)(mian)侵蝕(shi)(shi)40 s，并用X射線能譜分析（EDS）對(dui)樣(yang)品(pin)(pin)腐蝕(shi)(shi)區域進行元素表征。
2 實驗(yan)結果(guo)與(yu)討論(lun)
2.1 截面腐蝕形貌觀察
試樣經過6 h尿素環境(jing)350 ~ 700℃熱(re)循環腐蝕實(shi)驗后，將試樣沿(yan)著厚度方向(xiang)切開(kai)，并通過SEM對3種(zhong)鐵素體(ti)(ti)不銹鋼樣品進行截面形貌(mao)觀察，其氧化層的SEM形貌(mao)如圖3所示(shi)。
由(you)圖(tu)3可(ke)見，試樣在尿素(su)(su)溶液侵蝕(shi)的(de)(de)(de)(de)(de)一側均發生了(le)嚴重(zhong)的(de)(de)(de)(de)(de)氧(yang)(yang)化(hua)(hua)腐蝕(shi)，形成(cheng)了(le)不(bu)(bu)同厚度的(de)(de)(de)(de)(de)氧(yang)(yang)化(hua)(hua)層(ceng)(ceng)(ceng)。對(dui)(dui)比圖(tu)3a和(he)圖(tu)3c，無Mo的(de)(de)(de)(de)(de)439M和(he)441不(bu)(bu)銹(xiu)鋼(gang)(gang)的(de)(de)(de)(de)(de)氧(yang)(yang)化(hua)(hua)層(ceng)(ceng)(ceng)疏松(song)多孔，相比之(zhi)下含Mo的(de)(de)(de)(de)(de)436L不(bu)(bu)銹(xiu)鋼(gang)(gang)表(biao)面的(de)(de)(de)(de)(de)氧(yang)(yang)化(hua)(hua)層(ceng)(ceng)(ceng)更(geng)加(jia)均勻致(zhi)密。李明軒(xuan)等(deng)[4]已對(dui)(dui)SCR系統不(bu)(bu)銹(xiu)鋼(gang)(gang)發生腐蝕(shi)時表(biao)面的(de)(de)(de)(de)(de)氧(yang)(yang)化(hua)(hua)層(ceng)(ceng)(ceng)進(jin)行(xing)(xing)了(le)研(yan)究(jiu)，并(bing)利(li)用XRD對(dui)(dui)不(bu)(bu)銹(xiu)鋼(gang)(gang)氧(yang)(yang)化(hua)(hua)產(chan)(chan)物的(de)(de)(de)(de)(de)相組(zu)成(cheng)進(jin)行(xing)(xing)了(le)確定，研(yan)究(jiu)結果表(biao)明鐵素(su)(su)體(ti)不(bu)(bu)銹(xiu)鋼(gang)(gang)和(he)奧氏體(ti)不(bu)(bu)銹(xiu)鋼(gang)(gang)的(de)(de)(de)(de)(de)氧(yang)(yang)化(hua)(hua)產(chan)(chan)物基本一致(zhi)，主要(yao)為Fe和(he)Cr的(de)(de)(de)(de)(de)氧(yang)(yang)化(hua)(hua)物。圖(tu)4給出了(le)本研(yan)究(jiu)中三(san)種樣品(pin)受尿素(su)(su)腐蝕(shi)一側的(de)(de)(de)(de)(de)截面區(qu)域(yu)的(de)(de)(de)(de)(de)SEM像(xiang)。由(you)圖(tu)4可(ke)見，截面可(ke)分為氧(yang)(yang)化(hua)(hua)層(ceng)(ceng)(ceng)和(he)滲氮(dan)層(ceng)(ceng)(ceng)，其(qi)中滲氮(dan)層(ceng)(ceng)(ceng)包括晶(jing)(jing)內沉淀(dian)和(he)晶(jing)(jing)間腐蝕(shi)。在相同倍(bei)數(shu)下，439M的(de)(de)(de)(de)(de)晶(jing)(jing)內沉淀(dian)及晶(jing)(jing)間腐蝕(shi)最為明顯；其(qi)次是441不(bu)(bu)銹(xiu)鋼(gang)(gang)，在晶(jing)(jing)粒內有(you)部分沉淀(dian)析出。
三(san)種(zhong)不(bu)銹(xiu)鋼(gang)由于耐蝕(shi)(shi)(shi)(shi)性(xing)的(de)(de)(de)(de)差(cha)(cha)異，出現了不(bu)同(tong)深(shen)度(du)(du)(du)受尿素(su)腐蝕(shi)(shi)(shi)(shi)影響的(de)(de)(de)(de)區域，而耐高(gao)溫尿素(su)腐蝕(shi)(shi)(shi)(shi)性(xing)差(cha)(cha)的(de)(de)(de)(de)不(bu)銹(xiu)鋼(gang)在SEM下表現出更厚的(de)(de)(de)(de)腐蝕(shi)(shi)(shi)(shi)深(shen)度(du)(du)(du)。為進一(yi)步對樣(yang)品(pin)的(de)(de)(de)(de)耐蝕(shi)(shi)(shi)(shi)性(xing)進行(xing)定(ding)(ding)量(liang)表征，通過(guo)ImagePro分(fen)別測量(liang)了每個樣(yang)品(pin)的(de)(de)(de)(de)氧(yang)(yang)(yang)化(hua)層(ceng)(ceng)(ceng)(ceng)厚度(du)(du)(du)以及滲氮(dan)(dan)層(ceng)(ceng)(ceng)(ceng)的(de)(de)(de)(de)深(shen)度(du)(du)(du)，如圖(tu)5所示(shi)。樣(yang)品(pin)表面發生高(gao)溫氧(yang)(yang)(yang)化(hua)后，由于氧(yang)(yang)(yang)化(hua)層(ceng)(ceng)(ceng)(ceng)中碳(tan)、氮(dan)(dan)化(hua)物的(de)(de)(de)(de)熱(re)膨脹系數(shu)與鐵素(su)體不(bu)銹(xiu)鋼(gang)基體存在差(cha)(cha)異，熱(re)循環過(guo)程中導致(zhi)表層(ceng)(ceng)(ceng)(ceng)的(de)(de)(de)(de)氧(yang)(yang)(yang)化(hua)層(ceng)(ceng)(ceng)(ceng)內(nei)產生較(jiao)大(da)應力。隨著循環次數(shu)的(de)(de)(de)(de)增加，氧(yang)(yang)(yang)化(hua)層(ceng)(ceng)(ceng)(ceng)會逐漸(jian)發生開裂和脫落[8]。因此，除了圖(tu)5測量(liang)的(de)(de)(de)(de)樣(yang)品(pin)氧(yang)(yang)(yang)化(hua)層(ceng)(ceng)(ceng)(ceng)及內(nei)部腐蝕(shi)(shi)(shi)(shi)深(shen)度(du)(du)(du)外，還(huan)要在尿素(su)腐蝕(shi)(shi)(shi)(shi)前后對樣(yang)品(pin)進行(xing)厚度(du)(du)(du)測量(liang)，厚度(du)(du)(du)差(cha)(cha)即為脫落的(de)(de)(de)(de)氧(yang)(yang)(yang)化(hua)表皮厚度(du)(du)(du)。總的(de)(de)(de)(de)腐蝕(shi)(shi)(shi)(shi)深(shen)度(du)(du)(du)包括內(nei)部滲氮(dan)(dan)層(ceng)(ceng)(ceng)(ceng)深(shen)度(du)(du)(du)、表面殘留(liu)的(de)(de)(de)(de)氧(yang)(yang)(yang)化(hua)層(ceng)(ceng)(ceng)(ceng)厚度(du)(du)(du)以及脫落層(ceng)(ceng)(ceng)(ceng)厚度(du)(du)(du)。通過(guo)定(ding)(ding)量(liang)比(bi)較(jiao)三(san)種(zhong)樣(yang)品(pin)的(de)(de)(de)(de)不(bu)同(tong)腐蝕(shi)(shi)(shi)(shi)深(shen)度(du)(du)(du)來(lai)反映其耐腐蝕(shi)(shi)(shi)(shi)性(xing)的(de)(de)(de)(de)強弱，統計結果如圖(tu)6所示(shi)。
由(you)圖(tu)5和圖(tu)6可(ke)知，439M的(de)(de)(de)總(zong)(zong)(zong)腐(fu)蝕(shi)(shi)深度(du)(du)大于另(ling)外(wai)(wai)兩(liang)種(zhong)不銹(xiu)鋼(gang)(gang)(gang)(gang)的(de)(de)(de)，說明439M的(de)(de)(de)耐腐(fu)蝕(shi)(shi)性(xing)能(neng)最(zui)(zui)差；同時(shi)其脫落(luo)的(de)(de)(de)氧(yang)(yang)(yang)(yang)化(hua)(hua)表(biao)皮也最(zui)(zui)厚(hou)，這與圖(tu)3的(de)(de)(de)表(biao)征結果(guo)一致。439M的(de)(de)(de)氧(yang)(yang)(yang)(yang)化(hua)(hua)層(ceng)最(zui)(zui)為疏松，因(yin)此更(geng)容(rong)易脫落(luo)。表(biao)面(mian)氧(yang)(yang)(yang)(yang)化(hua)(hua)層(ceng)厚(hou)度(du)(du)或基體厚(hou)度(du)(du)損失可(ke)以反映不銹(xiu)鋼(gang)(gang)(gang)(gang)的(de)(de)(de)抗高溫氧(yang)(yang)(yang)(yang)化(hua)(hua)能(neng)力(li)。三(san)(san)種(zhong)不銹(xiu)鋼(gang)(gang)(gang)(gang)中氧(yang)(yang)(yang)(yang)化(hua)(hua)層(ceng)厚(hou)度(du)(du)占(zhan)(zhan)總(zong)(zong)(zong)腐(fu)蝕(shi)(shi)深度(du)(du)比(bi)(bi)依次為30.4%、16.7%、23.1%。436L不銹(xiu)鋼(gang)(gang)(gang)(gang)的(de)(de)(de)氧(yang)(yang)(yang)(yang)化(hua)(hua)層(ceng)厚(hou)度(du)(du)不僅為三(san)(san)種(zhong)樣(yang)品中最(zui)(zui)薄，在自身的(de)(de)(de)總(zong)(zong)(zong)腐(fu)蝕(shi)(shi)深度(du)(du)占(zhan)(zhan)比(bi)(bi)中也是最(zui)(zui)小，可(ke)見三(san)(san)種(zhong)樣(yang)品中由(you)于Mo的(de)(de)(de)添(tian)加使436L不銹(xiu)鋼(gang)(gang)(gang)(gang)具有最(zui)(zui)強的(de)(de)(de)抗氧(yang)(yang)(yang)(yang)化(hua)(hua)能(neng)力(li)。通過定量比(bi)(bi)較三(san)(san)種(zhong)不銹(xiu)鋼(gang)(gang)(gang)(gang)樣(yang)品的(de)(de)(de)耐蝕(shi)(shi)性(xing)可(ke)以發現，436L總(zong)(zong)(zong)體耐蝕(shi)(shi)性(xing)優于另(ling)外(wai)(wai)兩(liang)種(zhong)樣(yang)品，其次為441不銹(xiu)鋼(gang)(gang)(gang)(gang)，439M在三(san)(san)者(zhe)中耐蝕(shi)(shi)性(xing)及抗高溫氧(yang)(yang)(yang)(yang)化(hua)(hua)能(neng)力(li)表(biao)現最(zui)(zui)差。
通過對比436L和(he)(he)439M兩種不(bu)(bu)銹鋼(gang)的(de)(de)(de)(de)(de)成(cheng)分（表(biao)1）可(ke)以(yi)(yi)推斷(duan)，436L不(bu)(bu)銹鋼(gang)中(zhong)(zhong)由于(yu)(yu)Mo元素(su)的(de)(de)(de)(de)(de)存在(zai)極大提(ti)高(gao)(gao)了(le)其耐腐(fu)蝕性(xing)(xing)能(neng)[9,10,11]。研(yan)究(jiu)表(biao)明[9]，Mo可(ke)以(yi)(yi)抑制O的(de)(de)(de)(de)(de)擴散和(he)(he)提(ti)高(gao)(gao)反應激活能(neng)來提(ti)高(gao)(gao)不(bu)(bu)銹鋼(gang)的(de)(de)(de)(de)(de)抗氧化(hua)(hua)能(neng)力(li)，所以(yi)(yi)436L的(de)(de)(de)(de)(de)氧化(hua)(hua)層(ceng)(ceng)厚度(du)最薄；另一(yi)方面，Mo可(ke)以(yi)(yi)提(ti)高(gao)(gao)不(bu)(bu)銹鋼(gang)中(zhong)(zhong)的(de)(de)(de)(de)(de)Cr當量(liang)，并促進鉻(ge)在(zai)鈍(dun)化(hua)(hua)膜中(zhong)(zhong)的(de)(de)(de)(de)(de)富集(ji)，從而(er)增強(qiang)(qiang)鈍(dun)化(hua)(hua)膜的(de)(de)(de)(de)(de)穩(wen)定性(xing)(xing)，顯(xian)著提(ti)高(gao)(gao)了(le)鉻(ge)的(de)(de)(de)(de)(de)耐蝕作用[11]。而(er)對比441和(he)(he)439M兩種不(bu)(bu)銹鋼(gang)，441含較多的(de)(de)(de)(de)(de)Nb，也能(neng)夠提(ti)高(gao)(gao)材料的(de)(de)(de)(de)(de)高(gao)(gao)溫性(xing)(xing)能(neng)，尤其是高(gao)(gao)溫強(qiang)(qiang)度(du)及高(gao)(gao)溫疲(pi)勞(lao)性(xing)(xing)能(neng)[12,13]。另外(wai)，Nb還能(neng)促進在(zai)氧化(hua)(hua)層(ceng)(ceng)與(yu)金屬/基體(ti)界面處形成(cheng)Laves相，阻止(zhi)陽(yang)離子向(xiang)氧化(hua)(hua)層(ceng)(ceng)擴散，進而(er)抑制氧離子進入不(bu)(bu)銹鋼(gang)中(zhong)(zhong)[14]。同時，Nb與(yu)C、N原(yuan)子的(de)(de)(de)(de)(de)結合力(li)強(qiang)(qiang)于(yu)(yu)Cr的(de)(de)(de)(de)(de)，可(ke)以(yi)(yi)在(zai)晶界處固定碳、氮原(yuan)子，防止(zhi)形成(cheng)Cr23C6，從而(er)縮小(xiao)了(le)敏化(hua)(hua)區，有(you)效延(yan)遲了(le)出現晶間(jian)腐(fu)蝕的(de)(de)(de)(de)(de)時間(jian)[15]。因(yin)此，436L和(he)(he)441不(bu)(bu)銹鋼(gang)的(de)(de)(de)(de)(de)耐蝕性(xing)(xing)優勢可(ke)以(yi)(yi)分別歸因(yin)于(yu)(yu)具有(you)較高(gao)(gao)含量(liang)的(de)(de)(de)(de)(de)Mo和(he)(he)Nb。
2.2 基(ji)體腐(fu)蝕機理
對436L不(bu)銹鋼試(shi)樣(yang)橫(heng)截面進行侵蝕后，通過(guo)EDS對其尿(niao)素腐蝕區(qu)域進行整體元(yuan)素分(fen)布的(de)測定(ding)，結(jie)果如圖7所(suo)示。
圖(tu)7中(zhong)由下往上(shang)分(fen)別(bie)為氧(yang)化(hua)層(ceng)(ceng)(ceng)和內部腐蝕層(ceng)(ceng)(ceng)。表(biao)征(zheng)結果(guo)顯示，氧(yang)化(hua)層(ceng)(ceng)(ceng)中(zhong)富含Fe、Cr和O元素(su)，證(zheng)明(ming)氧(yang)化(hua)層(ceng)(ceng)(ceng)的(de)化(hua)學成(cheng)分(fen)為Fe和Cr的(de)氧(yang)化(hua)物，這與(yu)李明(ming)軒等[4,16]的(de)研究結果(guo)一致。除此之(zhi)外，由圖(tu)7f可以看出(chu)，氧(yang)化(hua)層(ceng)(ceng)(ceng)中(zhong)還含有大(da)量的(de)N元素(su)，證(zheng)明(ming)尿(niao)素(su)分(fen)解形成(cheng)的(de)富氨環境導致了滲氮效應(ying)的(de)發生，氮原(yuan)子滲入到不銹(xiu)鋼(gang)中(zhong)，從表(biao)面(mian)向內擴散。
由圖7中的(de)(de)Cr、C、N元(yuan)素(su)(su)的(de)(de)分(fen)(fen)布位(wei)置(zhi)可以看出，在氧(yang)化層(ceng)和內部(bu)腐蝕(shi)層(ceng)之間有一條(tiao)明顯的(de)(de)C、N元(yuan)素(su)(su)富(fu)集帶(dai)，這與奧(ao)氏(shi)體(ti)(ti)不(bu)銹鋼(gang)(gang)的(de)(de)碳氮(dan)(dan)(dan)(dan)(dan)共(gong)滲機理[17,18]相(xiang)似，并結合圖4的(de)(de)SEM形貌(mao)說明在氧(yang)化層(ceng)附近形成了Cr的(de)(de)碳氮(dan)(dan)(dan)(dan)(dan)化物(wu)顆粒的(de)(de)晶(jing)內沉淀。鐵素(su)(su)體(ti)(ti)不(bu)銹鋼(gang)(gang)的(de)(de)耐蝕(shi)性主要針對于(yu)大氣或氧(yang)化性酸環(huan)境(jing)，因此(ci)，在試樣暴露于(yu)高溫高氮(dan)(dan)(dan)(dan)(dan)的(de)(de)條(tiao)件下很容易產生局部(bu)氮(dan)(dan)(dan)(dan)(dan)化物(wu)的(de)(de)沉淀[16,19]，影響鐵素(su)(su)體(ti)(ti)不(bu)銹鋼(gang)(gang)的(de)(de)耐蝕(shi)性和耐熱(re)震疲勞性能。由此(ci)，整個腐蝕(shi)區域從(cong)外向(xiang)內可以劃分(fen)(fen)為三個部(bu)分(fen)(fen)，分(fen)(fen)別(bie)對應Fe、Cr的(de)(de)氧(yang)化層(ceng)，碳氮(dan)(dan)(dan)(dan)(dan)共(gong)滲層(ceng)和晶(jing)間腐蝕(shi)層(ceng)。
圖8是(shi)對436L不(bu)(bu)銹(xiu)鋼(gang)(gang)內部(bu)晶(jing)(jing)(jing)間(jian)腐(fu)(fu)蝕(shi)(shi)(shi)的(de)(de)(de)(de)(de)(de)EDS局部(bu)線掃的(de)(de)(de)(de)(de)(de)結果。根據Cr元素(su)(su)峰(feng)位置可以看出，在(zai)(zai)晶(jing)(jing)(jing)界(jie)處(chu)有明顯(xian)的(de)(de)(de)(de)(de)(de)Cr富集現(xian)象，并且C、O、N的(de)(de)(de)(de)(de)(de)元素(su)(su)峰(feng)都較為(wei)明顯(xian)，證明了(le)在(zai)(zai)高(gao)氮(dan)(dan)(dan)環境下(xia)滲氮(dan)(dan)(dan)促進了(le)晶(jing)(jing)(jing)間(jian)腐(fu)(fu)蝕(shi)(shi)(shi)的(de)(de)(de)(de)(de)(de)發生。由(you)于室(shi)溫下(xia)C在(zai)(zai)鐵素(su)(su)體(ti)中溶解(jie)度很小，在(zai)(zai)高(gao)溫時多(duo)余的(de)(de)(de)(de)(de)(de)C原(yuan)(yuan)子(zi)(zi)會不(bu)(bu)斷向晶(jing)(jing)(jing)界(jie)擴散(san)(san)，并且擴散(san)(san)速(su)度大于Cr，隨即在(zai)(zai)晶(jing)(jing)(jing)界(jie)處(chu)與Cr化(hua)合，造成(cheng)(cheng)Cr在(zai)(zai)晶(jing)(jing)(jing)界(jie)處(chu)富集[20,21,22]。數據表(biao)明，Cr在(zai)(zai)晶(jing)(jing)(jing)內擴散(san)(san)的(de)(de)(de)(de)(de)(de)活化(hua)能約為(wei)沿晶(jing)(jing)(jing)界(jie)擴散(san)(san)的(de)(de)(de)(de)(de)(de)2.14~3.33倍，因(yin)此(ci)晶(jing)(jing)(jing)粒內部(bu)的(de)(de)(de)(de)(de)(de)Cr來不(bu)(bu)及向晶(jing)(jing)(jing)界(jie)擴散(san)(san)，形(xing)(xing)成(cheng)(cheng)鉻化(hua)物(wu)所消(xiao)耗的(de)(de)(de)(de)(de)(de)Cr是(shi)來自晶(jing)(jing)(jing)界(jie)附(fu)(fu)(fu)近(jin)，導致晶(jing)(jing)(jing)界(jie)附(fu)(fu)(fu)近(jin)處(chu)Cr含量低(di)于不(bu)(bu)銹(xiu)鋼(gang)(gang)鈍化(hua)所需(xu)的(de)(de)(de)(de)(de)(de)Cr含量（＜12%），形(xing)(xing)成(cheng)(cheng)“貧鉻區”失(shi)去(qu)耐腐(fu)(fu)蝕(shi)(shi)(shi)能力，從而(er)(er)(er)產(chan)生晶(jing)(jing)(jing)間(jian)腐(fu)(fu)蝕(shi)(shi)(shi)[22,23,24]。而(er)(er)(er)由(you)于高(gao)氮(dan)(dan)(dan)環境導致氮(dan)(dan)(dan)原(yuan)(yuan)子(zi)(zi)不(bu)(bu)斷向不(bu)(bu)銹(xiu)鋼(gang)(gang)內部(bu)擴散(san)(san)，也(ye)在(zai)(zai)晶(jing)(jing)(jing)界(jie)處(chu)與Cr結合形(xing)(xing)成(cheng)(cheng)大量Cr的(de)(de)(de)(de)(de)(de)氮(dan)(dan)(dan)化(hua)物(wu)（圖8c），更加(jia)大了(le)Cr原(yuan)(yuan)子(zi)(zi)的(de)(de)(de)(de)(de)(de)消(xiao)耗，因(yin)此(ci)尿素(su)(su)分解(jie)產(chan)生的(de)(de)(de)(de)(de)(de)滲氮(dan)(dan)(dan)效應加(jia)劇了(le)不(bu)(bu)銹(xiu)鋼(gang)(gang)晶(jing)(jing)(jing)間(jian)腐(fu)(fu)蝕(shi)(shi)(shi)的(de)(de)(de)(de)(de)(de)過程。Saghi Saedlou等(deng)[20]通過透射(she)電子(zi)(zi)顯(xian)微鏡（TEM）對形(xing)(xing)成(cheng)(cheng)的(de)(de)(de)(de)(de)(de)析出相(xiang)進行了(le)表(biao)征，發現(xian)在(zai)(zai)氧化(hua)層(ceng)附(fu)(fu)(fu)近(jin)靠近(jin)基體(ti)一側(ce)的(de)(de)(de)(de)(de)(de)沉淀物(wu)主要為(wei)CrN顆粒，而(er)(er)(er)Cr2N則優先散(san)(san)布(bu)在(zai)(zai)晶(jing)(jing)(jing)界(jie)附(fu)(fu)(fu)近(jin)。由(you)圖8a可以看出，在(zai)(zai)晶(jing)(jing)(jing)內有大量顆粒狀析出相(xiang)，推(tui)測此(ci)為(wei)富Cr化(hua)合物(wu)的(de)(de)(de)(de)(de)(de)顆粒狀沉淀，這(zhe)會使得基體(ti)Cr的(de)(de)(de)(de)(de)(de)質量分數也(ye)會減少。由(you)于Cr元素(su)(su)是(shi)提(ti)高(gao)不(bu)(bu)銹(xiu)鋼(gang)(gang)耐蝕(shi)(shi)(shi)性的(de)(de)(de)(de)(de)(de)主要元素(su)(su)，因(yin)此(ci)，鐵素(su)(su)體(ti)不(bu)(bu)銹(xiu)鋼(gang)(gang)基體(ti)的(de)(de)(de)(de)(de)(de)整體(ti)耐腐(fu)(fu)蝕(shi)(shi)(shi)性都會隨之降低(di)。
SCR系統的(de)(de)(de)(de)工(gong)作(zuo)(zuo)環境復雜，所(suo)以熱端(duan)不(bu)銹鋼(gang)材料受到腐蝕(shi)是(shi)(shi)多(duo)重因素共同導致(zhi)的(de)(de)(de)(de)。在高溫氧化(hua)(hua)的(de)(de)(de)(de)作(zuo)(zuo)用下，不(bu)銹鋼(gang)表面的(de)(de)(de)(de)鈍化(hua)(hua)膜遭到破壞，在表面形(xing)成一層由Fe和Cr的(de)(de)(de)(de)氧化(hua)(hua)物(wu)(wu)組成的(de)(de)(de)(de)氧化(hua)(hua)膜，同時氨和尿素其他分解產物(wu)(wu)使(shi)得(de)不(bu)銹鋼(gang)與高濃度氮(dan)(dan)原(yuan)(yuan)子(zi)(zi)(zi)接觸形(xing)成滲(shen)氮(dan)(dan)效應，氮(dan)(dan)原(yuan)(yuan)子(zi)(zi)(zi)由外向內擴散(san)從而(er)導致(zhi)不(bu)銹鋼(gang)基體(ti)發生氮(dan)(dan)化(hua)(hua)，C、N原(yuan)(yuan)子(zi)(zi)(zi)在晶(jing)界(jie)(jie)處與Cr結合，使(shi)得(de)鉻元素在晶(jing)界(jie)(jie)富集，而(er)靠近(jin)晶(jing)界(jie)(jie)的(de)(de)(de)(de)Cr原(yuan)(yuan)子(zi)(zi)(zi)則被大(da)量消耗(hao)，于是(shi)(shi)晶(jing)界(jie)(jie)周(zhou)圍出現“貧Cr區”，發生晶(jing)間腐蝕(shi)；汽車尾氣的(de)(de)(de)(de)循環加(jia)熱導致(zhi)鐵(tie)素體(ti)不(bu)銹鋼(gang)受到熱疲勞作(zuo)(zuo)用[25]加(jia)劇了(le)氧化(hua)(hua)過(guo)程，使(shi)得(de)表面氧化(hua)(hua)膜逐漸開裂脫落，氧化(hua)(hua)層失去保護作(zuo)(zuo)用后又會進一步加(jia)劇氮(dan)(dan)原(yuan)(yuan)子(zi)(zi)(zi)的(de)(de)(de)(de)滲(shen)入和尿素分解產物(wu)(wu)對(dui)不(bu)銹鋼(gang)基體(ti)的(de)(de)(de)(de)腐蝕(shi)。
2.3 夾雜物對尿素腐蝕的(de)影響
分別對(dui)436L不銹鋼的滲(shen)氮區(qu)和未腐(fu)(fu)蝕區(qu)的基體(ti)(ti)進行了夾(jia)雜(za)(za)物(wu)形態及成分的表征，發(fa)現樣品中夾(jia)雜(za)(za)物(wu)主要是(shi)被Nb、Mo包裹的（Nb, Ti）（C, N）夾(jia)雜(za)(za)。為了探究夾(jia)雜(za)(za)物(wu)是(shi)否對(dui)尿素(su)腐(fu)(fu)蝕過(guo)程有(you)影(ying)響，通(tong)過(guo)EDS對(dui)比分析了滲(shen)氮腐(fu)(fu)蝕區(qu)及基體(ti)(ti)（未經過(guo)尿素(su)腐(fu)(fu)蝕）的夾(jia)雜(za)(za)物(wu)/基體(ti)(ti)界面(mian)處的富鉻(ge)情況，結果如(ru)圖9所示。
圖9a是滲(shen)氮(dan)(dan)(dan)區(qu)的(de)(de)夾(jia)(jia)(jia)雜(za)(za)物(wu)(wu)(wu)元素(su)(su)分(fen)布圖，該夾(jia)(jia)(jia)雜(za)(za)心部是富鈦Ti（C, N），邊部成分(fen)證(zheng)明為（Nb, Ti）C；圖9b是不銹鋼(gang)(gang)未腐(fu)蝕(shi)(shi)基(ji)(ji)體(ti)(ti)中的(de)(de)夾(jia)(jia)(jia)雜(za)(za)，核心處成分(fen)是（Al, Mg）O，被（Ti, Nb）（C, N）在(zai)外(wai)側包(bao)裹。其中，腐(fu)蝕(shi)(shi)區(qu)夾(jia)(jia)(jia)雜(za)(za)物(wu)(wu)(wu)與基(ji)(ji)體(ti)(ti)的(de)(de)界(jie)面處形成了(le)包(bao)裹夾(jia)(jia)(jia)雜(za)(za)物(wu)(wu)(wu)的(de)(de)富Cr的(de)(de)氮(dan)(dan)(dan)氧(yang)(yang)化(hua)物(wu)(wu)(wu)，而不銹鋼(gang)(gang)基(ji)(ji)體(ti)(ti)中的(de)(de)夾(jia)(jia)(jia)雜(za)(za)物(wu)(wu)(wu)周圍并沒有出現(xian)(xian)鉻富集區(qu)，證(zheng)明Cr的(de)(de)氮(dan)(dan)(dan)氧(yang)(yang)化(hua)物(wu)(wu)(wu)是在(zai)高(gao)(gao)溫高(gao)(gao)氮(dan)(dan)(dan)環境下尿(niao)素(su)(su)腐(fu)蝕(shi)(shi)過(guo)程中析(xi)出的(de)(de)，由(you)此說(shuo)明夾(jia)(jia)(jia)雜(za)(za)物(wu)(wu)(wu)對(dui)鐵素(su)(su)體(ti)(ti)不銹鋼(gang)(gang)的(de)(de)耐尿(niao)素(su)(su)腐(fu)蝕(shi)(shi)性(xing)具有不利(li)影響。一方面，不銹鋼(gang)(gang)表(biao)面的(de)(de)Cr2O3鈍化(hua)膜在(zai)夾(jia)(jia)(jia)雜(za)(za)處會產(chan)生不連(lian)續性(xing)，有利(li)于氮(dan)(dan)(dan)原子(zi)的(de)(de)滲(shen)入(ru)，加速了(le)尿(niao)素(su)(su)分(fen)解產(chan)物(wu)(wu)(wu)對(dui)基(ji)(ji)體(ti)(ti)的(de)(de)腐(fu)蝕(shi)(shi)；另一方面，夾(jia)(jia)(jia)雜(za)(za)物(wu)(wu)(wu)在(zai)晶體(ti)(ti)結構(gou)上與鐵素(su)(su)體(ti)(ti)不銹鋼(gang)(gang)不一致，與基(ji)(ji)體(ti)(ti)形成的(de)(de)界(jie)面處也會富集Cr的(de)(de)氮(dan)(dan)(dan)氧(yang)(yang)化(hua)物(wu)(wu)(wu)，導致此處相應被消耗了(le)鉻原子(zi)的(de)(de)夾(jia)(jia)(jia)雜(za)(za)物(wu)(wu)(wu)/基(ji)(ji)體(ti)(ti)界(jie)面附(fu)近則出現(xian)(xian)“貧Cr區(qu)”，從而耐蝕(shi)(shi)性(xing)降低(di)，誘發微區(qu)界(jie)面腐(fu)蝕(shi)(shi)。
綜(zong)上(shang)可知，夾雜物同(tong)樣會誘發(fa)類似晶間(jian)腐(fu)蝕的微區界面(mian)腐(fu)蝕。因此，細化(hua)夾雜物將成為提高(gao)鐵素體不(bu)銹鋼抗高(gao)溫尿素腐(fu)蝕能力的另一個(ge)關鍵因素。為此，本研究(jiu)進(jin)一步對三種不(bu)銹鋼樣品進(jin)行(xing)了夾雜物分布表(biao)征及(ji)尺寸統計，結果如圖(tu)10和圖(tu)11所示。
由圖(tu)(tu)10和(he)圖(tu)(tu)11可(ke)見(jian)，含(han)有高(gao)Nb的(de)(de)(de)441不(bu)銹鋼內夾(jia)雜(za)物(wu)(wu)(wu)(wu)尺寸(cun)比(bi)低Nb含(han)量(liang)的(de)(de)(de)439M更(geng)細(xi)(xi)小(xiao)，說(shuo)明(ming)Nb在(zai)441不(bu)銹鋼中(zhong)，除了在(zai)晶界固定碳氮原子、延遲晶間腐蝕(shi)外，還(huan)可(ke)以細(xi)(xi)化(hua)夾(jia)雜(za)物(wu)(wu)(wu)(wu)的(de)(de)(de)尺寸(cun)，降(jiang)低夾(jia)雜(za)物(wu)(wu)(wu)(wu)對鈍化(hua)膜完(wan)整(zheng)性的(de)(de)(de)破壞，減小(xiao)Cr化(hua)物(wu)(wu)(wu)(wu)在(zai)界面處富集的(de)(de)(de)面積從(cong)而(er)降(jiang)低Cr的(de)(de)(de)消耗，因(yin)此(ci)441相比(bi)439M具有更(geng)高(gao)的(de)(de)(de)抗尿素(su)(su)(su)腐蝕(shi)能(neng)力，這與(yu)前述耐蝕(shi)性結果相一(yi)致。而(er)從(cong)圖(tu)(tu)10也可(ke)以看出(chu)，436L與(yu)439M的(de)(de)(de)Nb含(han)量(liang)相同，但(dan)436L的(de)(de)(de)夾(jia)雜(za)物(wu)(wu)(wu)(wu)尺寸(cun)小(xiao)于439M的(de)(de)(de)，進(jin)而(er)也可(ke)以說(shuo)明(ming)Mo同樣是減小(xiao)夾(jia)雜(za)物(wu)(wu)(wu)(wu)尺寸(cun)的(de)(de)(de)有利元素(su)(su)(su)，其細(xi)(xi)化(hua)夾(jia)雜(za)物(wu)(wu)(wu)(wu)的(de)(de)(de)機制應(ying)與(yu)Nb相似，即Nb和(he)Mo復(fu)合并在(zai)TiN周(zhou)圍形成(cheng)（Nb, Mo）C的(de)(de)(de)析出(chu)相，抑制TiN的(de)(de)(de)粗化(hua)，如圖(tu)(tu)9所示。由此(ci)可(ke)見(jian)，Nb和(he)Mo含(han)量(liang)的(de)(de)(de)增加，將有助于細(xi)(xi)化(hua)夾(jia)雜(za)物(wu)(wu)(wu)(wu)，進(jin)而(er)成(cheng)為(wei)提高(gao)鐵素(su)(su)(su)體(ti)不(bu)銹鋼抗高(gao)溫尿素(su)(su)(su)腐蝕(shi)的(de)(de)(de)另一(yi)個關鍵(jian)因(yin)素(su)(su)(su)。
3 結(jie)論(lun)
（1） 在模擬SCR系統(tong)的高溫(wen)尿(niao)素(su)腐蝕(shi)環(huan)(huan)境(jing)中(zhong)（350~700℃的熱循(xun)環(huan)(huan)），436L的耐(nai)尿(niao)素(su)腐蝕(shi)性能最(zui)好，441次(ci)之，439M最(zui)弱(ruo)。
（2） 合金(jin)成分對鐵素(su)體(ti)不銹鋼耐高(gao)溫(wen)尿素(su)腐蝕性(xing)有顯(xian)著影響。Mo可以提高(gao)436L的抗氧化能力，并(bing)增加了(le)鈍化膜中的Cr當量；而Nb有效延(yan)緩(huan)了(le)441不銹鋼發生晶間腐蝕，提高(gao)了(le)耐高(gao)溫(wen)疲(pi)勞性(xing)能。證明(ming)Mo和Nb都是(shi)提高(gao)鐵素(su)體(ti)不銹鋼抗高(gao)溫(wen)尿素(su)腐蝕的有益元素(su)。
（3） 在SCR系統中，鐵素體不銹鋼在高溫高氮(dan)(dan)的環境下，表面(mian)保護膜(mo)遭到破壞導致滲氮(dan)(dan)效應的發生(sheng)，氮(dan)(dan)原子滲入基體與Cr結合產生(sheng)晶內沉(chen)淀和晶間腐(fu)蝕，同時高溫氧化(hua)(hua)過程會使(shi)表面(mian)形成一層氧化(hua)(hua)膜(mo)，由于受(shou)到熱疲(pi)勞效應，使(shi)得氧化(hua)(hua)膜(mo)逐漸脫(tuo)落從(cong)而加劇了不銹鋼的腐(fu)蝕。整個(ge)(ge)腐(fu)蝕區域(yu)從(cong)表面(mian)向內可以劃分(fen)為三個(ge)(ge)區域(yu)，分(fen)別對(dui)應Fe和Cr的氧化(hua)(hua)層、碳氮(dan)(dan)共滲層和晶間腐(fu)蝕層。
（4） 夾雜物會降(jiang)低(di)不銹鋼耐尿素腐蝕(shi)(shi)的(de)能力，夾雜物/基體的(de)界面(mian)在高溫尿素腐蝕(shi)(shi)過程中會誘發Cr的(de)氮(dan)氧化物析出，進而造成微(wei)界面(mian)腐蝕(shi)(shi)；但Nb和Mo元素的(de)增(zeng)加可以細化夾雜物，降(jiang)低(di)因夾雜物而誘發的(de)界面(mian)腐蝕(shi)(shi)速率。