鐵素體不銹鋼在高溫尿素環境中的腐蝕行為研究
2021-04-22 07:08:55
hualin
摘要: 對(dui)三種商用車(che)排氣系(xi)統(tong)用鐵(tie)素(su)(su)體不(bu)(bu)銹(xiu)鋼(gang)（436L、439M、441）進行了尿(niao)素(su)(su)結晶(jing)腐(fu)(fu)(fu)蝕(shi)試驗，以模擬鐵(tie)素(su)(su)體不(bu)(bu)銹(xiu)鋼(gang)在(zai)(zai)(zai)商用車(che)排氣系(xi)統(tong)內(nei)(nei)選擇性(xing)催化還(huan)原(yuan)器（SCR）中(zhong)的(de)(de)滲氮(dan)腐(fu)(fu)(fu)蝕(shi)行為。探究了合(he)金成分及(ji)(ji)(ji)夾雜物(wu)(wu)對(dui)不(bu)(bu)銹(xiu)鋼(gang)耐高溫(wen)尿(niao)素(su)(su)腐(fu)(fu)(fu)蝕(shi)的(de)(de)影響，并(bing)依(yi)據EDS表(biao)征(zheng)結果闡釋了材料內(nei)(nei)部腐(fu)(fu)(fu)蝕(shi)的(de)(de)滲氮(dan)機理。研究表(biao)明，在(zai)(zai)(zai)高溫(wen)熱震疲勞和(he)氧(yang)化的(de)(de)協同作用下，高溫(wen)高氮(dan)的(de)(de)環境導致鐵(tie)素(su)(su)體不(bu)(bu)銹(xiu)鋼(gang)晶(jing)界(jie)及(ji)(ji)(ji)晶(jing)內(nei)(nei)局部區域(yu)快速析(xi)出氮(dan)化鉻(ge)顆粒，造成晶(jing)界(jie)及(ji)(ji)(ji)基(ji)體局部區域(yu)貧鉻(ge)。由于(yu)436L和(he)441不(bu)(bu)銹(xiu)鋼(gang)含有較(jiao)高的(de)(de)Mo和(he)Nb，其耐高溫(wen)尿(niao)素(su)(su)腐(fu)(fu)(fu)蝕(shi)能力顯著優于(yu)439M。此外(wai)，由于(yu)436L和(he)441不(bu)(bu)銹(xiu)鋼(gang)中(zhong)夾雜物(wu)(wu)細小彌(mi)散(san)，也降低了氮(dan)化鉻(ge)在(zai)(zai)(zai)夾雜物(wu)(wu)的(de)(de)形核析(xi)出幾率(lv)，成為提高抗(kang)高溫(wen)尿(niao)素(su)(su)腐(fu)(fu)(fu)蝕(shi)的(de)(de)另(ling)一(yi)個因素(su)(su)。
關鍵詞： 材料失效與(yu)保(bao)護 ; 高溫尿素腐(fu)蝕(shi) ; 晶間腐(fu)蝕(shi) ; X射(she)線(xian)能(neng)譜(pu)分析 ; 鐵素體不銹鋼 ; 滲氮機理 ; 夾雜物
柴(chai)油(you)汽車排氣(qi)系(xi)統SCR后(hou)處理(li)(li)技術的(de)(de)(de)本質是尿素通(tong)過(guo)高(gao)溫分(fen)解成(cheng)NH3，在(zai)催(cui)化劑(ji)和高(gao)溫的(de)(de)(de)作(zuo)用下，與汽車排氣(qi)中的(de)(de)(de)NOX發生(sheng)氧化還原(yuan)反應，生(sheng)成(cheng)無(wu)毒的(de)(de)(de)N2和H2O。在(zai)凈化過(guo)程中，后(hou)處理(li)(li)器將承受最高(gao)溫度可達900℃的(de)(de)(de)冷(leng)熱(re)(re)循環作(zuo)用。除了尿素分(fen)解產(chan)物會(hui)對不(bu)(bu)銹鋼(gang)(gang)產(chan)生(sheng)腐蝕(shi)作(zuo)用外[1]，熱(re)(re)震(zhen)疲勞也會(hui)加(jia)(jia)劇材(cai)料(liao)損傷[2,3]。起初，奧氏體不(bu)(bu)銹鋼(gang)(gang)是用于SCR后(hou)處理(li)(li)器的(de)(de)(de)首選(xuan)(xuan)材(cai)料(liao)，但其存在(zai)價格較(jiao)高(gao)、熱(re)(re)膨脹系(xi)數大、抗晶間腐蝕(shi)能力弱的(de)(de)(de)缺點。近(jin)年(nian)來，鐵(tie)素體不(bu)(bu)銹鋼(gang)(gang)由于具有較(jiao)低(di)的(de)(de)(de)熱(re)(re)膨脹系(xi)數、較(jiao)大的(de)(de)(de)導熱(re)(re)系(xi)數以及(ji)較(jiao)低(di)的(de)(de)(de)成(cheng)本，已(yi)經(jing)在(zai)排氣(qi)系(xi)統選(xuan)(xuan)材(cai)用材(cai)中受到重視(shi)[3]，Ti、Nb、Mo等合金元素的(de)(de)(de)加(jia)(jia)入(ru)賦予了鐵(tie)素體不(bu)(bu)銹鋼(gang)(gang)更好的(de)(de)(de)耐晶間腐蝕(shi)和高(gao)溫性能[4,12]。
目(mu)前針對(dui)(dui)尿素(su)(su)在(zai)(zai)(zai)SCR排氣(qi)系(xi)統(tong)用不(bu)(bu)銹(xiu)鋼(gang)中(zhong)(zhong)(zhong)產(chan)生的(de)(de)影響已(yi)經有了(le)(le)一定的(de)(de)研(yan)究基礎。Nockert等[5]將尿素(su)(su)溶液滴加到(dao)550℃廢(fei)氣(qi)環(huan)境(jing)中(zhong)(zhong)(zhong)進行(xing)腐(fu)(fu)(fu)蝕(shi)(shi)(shi)實(shi)驗(yan)，結果表明尿素(su)(su)分解(jie)形成的(de)(de)氮化(hua)物會(hui)(hui)導致氧(yang)化(hua)膜(mo)破壞，使(shi)得(de)304L奧氏體不(bu)(bu)銹(xiu)鋼(gang)發生嚴重的(de)(de)腐(fu)(fu)(fu)蝕(shi)(shi)(shi)。Miraval等[6]在(zai)(zai)(zai)600℃的(de)(de)SCR尿素(su)(su)模擬環(huan)境(jing)與路試(shi)試(shi)驗(yan)中(zhong)(zhong)(zhong)均(jun)發現(xian)，304L不(bu)(bu)銹(xiu)鋼(gang)表面形成了(le)(le)鐵-鉻(ge)氧(yang)化(hua)膜(mo)、碳氮共(gong)滲層（如CrN）和(he)(he)晶間(jian)析出區（如Cr2N）。王士棟(dong)等[7]研(yan)究了(le)(le)400℃氧(yang)化(hua)-冷凝(ning)液浸泡循環(huan)作用下304與439不(bu)(bu)銹(xiu)鋼(gang)的(de)(de)腐(fu)(fu)(fu)蝕(shi)(shi)(shi)特征，廢(fei)氣(qi)環(huan)境(jing)中(zhong)(zhong)(zhong)引入尿素(su)(su)會(hui)(hui)加速不(bu)(bu)銹(xiu)鋼(gang)的(de)(de)氧(yang)化(hua)過程，進而(er)(er)在(zai)(zai)(zai)一定程度(du)上使(shi)其均(jun)勻腐(fu)(fu)(fu)蝕(shi)(shi)(shi)量增加而(er)(er)局(ju)部腐(fu)(fu)(fu)蝕(shi)(shi)(shi)深度(du)減小。盡管不(bu)(bu)銹(xiu)鋼(gang)在(zai)(zai)(zai)高(gao)溫(wen)(wen)尿素(su)(su)環(huan)境(jing)中(zhong)(zhong)(zhong)的(de)(de)腐(fu)(fu)(fu)蝕(shi)(shi)(shi)行(xing)為得(de)到(dao)了(le)(le)關(guan)注與研(yan)究，但(dan)對(dui)(dui)于(yu)(yu)滲氮腐(fu)(fu)(fu)蝕(shi)(shi)(shi)的(de)(de)機(ji)理及影響因素(su)(su)的(de)(de)相(xiang)關(guan)研(yan)究尚有欠缺。與此同時(shi)(shi)，由于(yu)(yu)廢(fei)氣(qi)排放溫(wen)(wen)度(du)越來(lai)越高(gao)，汽車(che)用戶對(dui)(dui)材(cai)料的(de)(de)性能也提出了(le)(le)更(geng)高(gao)的(de)(de)要求，所以(yi)探究鐵素(su)(su)體不(bu)(bu)銹(xiu)鋼(gang)在(zai)(zai)(zai)SCR系(xi)統(tong)實(shi)際工作環(huan)境(jing)中(zhong)(zhong)(zhong)的(de)(de)腐(fu)(fu)(fu)蝕(shi)(shi)(shi)機(ji)理，提高(gao)可(ke)承受(shou)的(de)(de)工作環(huan)境(jing)溫(wen)(wen)度(du)，對(dui)(dui)材(cai)料的(de)(de)進一步優化(hua)及新材(cai)料的(de)(de)研(yan)發具有重要意義。此外，由于(yu)(yu)SCR后處理器工作環(huan)境(jing)的(de)(de)苛刻性，質保和(he)(he)價格(ge)雙(shuang)重壓力(li)促使(shi)汽車(che)主機(ji)廠在(zai)(zai)(zai)選(xuan)材(cai)用材(cai)時(shi)(shi)更(geng)加關(guan)注材(cai)料的(de)(de)性能對(dui)(dui)比數據(ju)和(he)(he)科(ke)學依據(ju)。
本文對(dui)比(bi)研究(jiu)了(le)三(san)種(zhong)牌號鐵素(su)體不(bu)銹(xiu)鋼(gang)(gang)（439M、436L、441）在SCR商用(yong)車排氣系統模擬環境中的(de)高溫尿(niao)素(su)腐蝕(shi)(shi)行為，探究(jiu)了(le)合金成分及夾雜物對(dui)鐵素(su)體不(bu)銹(xiu)鋼(gang)(gang)耐高溫尿(niao)素(su)腐蝕(shi)(shi)（用(yong)不(bu)銹(xiu)鋼(gang)(gang)滲氮層深度來表(biao)征(zheng)）的(de)影(ying)響，并依據EDS能(neng)譜(pu)表(biao)征(zheng)結果(guo)闡明了(le)不(bu)銹(xiu)鋼(gang)(gang)發生(sheng)尿(niao)素(su)結晶腐蝕(shi)(shi)的(de)氮化(hua)機理。
1 實驗材料及方法
實驗材料是(shi)商用(yong)(yong)的三種厚度(du)為(wei)1.5 mm的鐵素體不銹鋼(gang)，其化學(xue)成分（質量分數，%）如表1所示。將試樣加(jia)工成尺寸(cun)為(wei)15 mm×10 mm×1.5 mm的薄片狀，然后依次用(yong)(yong)400#、800#、1500#、2000#砂紙打(da)磨表面，隨后進行拋光并(bing)用(yong)(yong)丙酮清洗干凈后吹干。
實驗室(shi)搭建了不銹鋼(gang)在模擬SCR系統高溫尿(niao)素環境(jing)下的腐蝕實驗裝置，如(ru)圖1所示。實驗裝置主要(yao)由電(dian)源、變壓器(qi)(qi)、PLC控(kong)(kong)制(zhi)(zhi)終端（可(ke)編程邏輯控(kong)(kong)制(zhi)(zhi)器(qi)(qi)）、樣品臺(tai)、蠕動(dong)泵及尿(niao)素罐(guan)組成[4]。電(dian)源為三相380V工業用(yong)電(dian)；蠕動(dong)泵為數字轉速型BT100M；PLC控(kong)(kong)制(zhi)(zhi)器(qi)(qi)的型號為SHIMADEN SRS13A；尿(niao)素溶(rong)液(ye)(ye)選(xuan)用(yong)昆侖之星AUS 32（柴油發(fa)動(dong)機氮氧化物(wu)還原劑），其(qi)為含32.5%高純(chun)尿(niao)素的去離子水溶(rong)液(ye)(ye)。
實(shi)驗時(shi)，將(jiang)(jiang)薄片試樣(yang)(yang)(yang)(yang)的兩(liang)(liang)端(duan)夾在(zai)(zai)樣(yang)(yang)(yang)(yang)品(pin)(pin)臺上(shang)，電(dian)極連接(jie)在(zai)(zai)樣(yang)(yang)(yang)(yang)品(pin)(pin)臺兩(liang)(liang)端(duan)進行加(jia)(jia)(jia)熱(re)(re)，并通過(guo)焊接(jie)在(zai)(zai)樣(yang)(yang)(yang)(yang)品(pin)(pin)下表(biao)面的熱(re)(re)電(dian)偶向(xiang)PLC控(kong)制端(duan)實(shi)時(shi)反(fan)饋溫(wen)度(du)(du)值，PLC控(kong)制器再根(gen)(gen)據反(fan)饋情(qing)況調(diao)節樣(yang)(yang)(yang)(yang)品(pin)(pin)兩(liang)(liang)極的加(jia)(jia)(jia)熱(re)(re)電(dian)流(liu)從而達到循環加(jia)(jia)(jia)熱(re)(re)的效果(guo)。根(gen)(gen)據尿(niao)(niao)素(su)(su)完全分(fen)解(jie)(jie)的最佳溫(wen)度(du)(du)范圍(wei)，設置PLC控(kong)制器并控(kong)制樣(yang)(yang)(yang)(yang)品(pin)(pin)加(jia)(jia)(jia)熱(re)(re)溫(wen)度(du)(du)為(wei)350~700℃。熱(re)(re)震(zhen)循環工藝(yi)如圖2所示，通過(guo)焦耳效應循環加(jia)(jia)(jia)熱(re)(re)樣(yang)(yang)(yang)(yang)品(pin)(pin)來模擬實(shi)際(ji)汽車發動(dong)機的高(gao)(gao)溫(wen)熱(re)(re)震(zhen)疲勞狀態，每個熱(re)(re)循環合計(ji)325 s，其中在(zai)(zai)高(gao)(gao)溫(wen)保(bao)(bao)溫(wen)150 s左(zuo)右(you)，在(zai)(zai)低溫(wen)保(bao)(bao)溫(wen)100 s左(zuo)右(you)。通過(guo)蠕動(dong)泵將(jiang)(jiang)尿(niao)(niao)素(su)(su)溶液滴在(zai)(zai)樣(yang)(yang)(yang)(yang)品(pin)(pin)表(biao)面，并取適(shi)量耐火棉覆蓋，以(yi)使得樣(yang)(yang)(yang)(yang)品(pin)(pin)表(biao)面能均(jun)勻(yun)浸在(zai)(zai)尿(niao)(niao)素(su)(su)溶液中，調(diao)節尿(niao)(niao)素(su)(su)滴定速度(du)(du)以(yi)保(bao)(bao)證尿(niao)(niao)素(su)(su)能在(zai)(zai)高(gao)(gao)溫(wen)中充分(fen)分(fen)解(jie)(jie)。所設定的高(gao)(gao)溫(wen)實(shi)驗環境要比實(shi)際(ji)的工作環境更(geng)加(jia)(jia)(jia)苛刻，目的是為(wei)了在(zai)(zai)短時(shi)間得到明顯的腐蝕效果(guo)。每個試樣(yang)(yang)(yang)(yang)持續實(shi)驗6 h為(wei)止。
熱循環腐蝕實驗結束(shu)后，樣(yang)(yang)品表面(mian)附著部分(fen)未完全脫落的(de)粗糙(cao)氧化(hua)鐵皮，首(shou)先用清水沖洗(xi)(xi)掉殘(can)余(yu)的(de)尿素凝結塊，進而用丙酮清洗(xi)(xi)表面(mian)并(bing)(bing)吹干。對樣(yang)(yang)品進行沿橫截(jie)面(mian)切割，并(bing)(bing)使(shi)用TESCAN MIRA3 LMH型號的(de)掃(sao)描(miao)電鏡（SEM）對樣(yang)(yang)品截(jie)面(mian)發生腐蝕的(de)一側進行形貌觀(guan)察。為了(le)使(shi)觀(guan)測效果更明顯，用氯化(hua)銅、濃鹽酸(suan)和乙醇按1 g:8 mL:140 mL配(pei)比的(de)刻(ke)蝕液(ye)對樣(yang)(yang)品截(jie)面(mian)侵(qin)蝕40 s，并(bing)(bing)用X射線(xian)能譜(pu)分(fen)析(xi)（EDS）對樣(yang)(yang)品腐蝕區(qu)域進行元素表征。
2 實(shi)驗結果與討論
2.1 截面腐蝕形貌(mao)觀(guan)察
試樣經過(guo)6 h尿素環境350 ~ 700℃熱循(xun)環腐蝕實驗后，將試樣沿著厚度(du)方向切開，并通(tong)過(guo)SEM對(dui)3種鐵素體(ti)不銹鋼樣品進行截面形(xing)貌觀(guan)察(cha)，其氧(yang)化層的SEM形(xing)貌如圖3所示(shi)。
由圖3可(ke)見(jian)，試(shi)樣在尿素(su)(su)溶液侵蝕(shi)的(de)(de)一側(ce)均發生了(le)嚴重的(de)(de)氧(yang)化(hua)腐蝕(shi)，形成了(le)不(bu)同厚度的(de)(de)氧(yang)化(hua)層(ceng)。對比圖3a和(he)(he)(he)圖3c，無(wu)Mo的(de)(de)439M和(he)(he)(he)441不(bu)銹(xiu)(xiu)鋼(gang)的(de)(de)氧(yang)化(hua)層(ceng)疏(shu)松多孔(kong)，相(xiang)比之下(xia)含(han)Mo的(de)(de)436L不(bu)銹(xiu)(xiu)鋼(gang)表(biao)面(mian)(mian)的(de)(de)氧(yang)化(hua)層(ceng)更加均勻致密(mi)。李明軒等[4]已對SCR系統不(bu)銹(xiu)(xiu)鋼(gang)發生腐蝕(shi)時表(biao)面(mian)(mian)的(de)(de)氧(yang)化(hua)層(ceng)進行了(le)研究，并利用XRD對不(bu)銹(xiu)(xiu)鋼(gang)氧(yang)化(hua)產物(wu)的(de)(de)相(xiang)組成進行了(le)確定，研究結(jie)果(guo)表(biao)明鐵素(su)(su)體(ti)不(bu)銹(xiu)(xiu)鋼(gang)和(he)(he)(he)奧氏體(ti)不(bu)銹(xiu)(xiu)鋼(gang)的(de)(de)氧(yang)化(hua)產物(wu)基本一致，主要為(wei)Fe和(he)(he)(he)Cr的(de)(de)氧(yang)化(hua)物(wu)。圖4給出了(le)本研究中三種樣品受(shou)尿素(su)(su)腐蝕(shi)一側(ce)的(de)(de)截面(mian)(mian)區域的(de)(de)SEM像(xiang)。由圖4可(ke)見(jian)，截面(mian)(mian)可(ke)分(fen)為(wei)氧(yang)化(hua)層(ceng)和(he)(he)(he)滲氮層(ceng)，其中滲氮層(ceng)包(bao)括晶(jing)(jing)內(nei)(nei)沉(chen)淀(dian)和(he)(he)(he)晶(jing)(jing)間(jian)腐蝕(shi)。在相(xiang)同倍(bei)數下(xia)，439M的(de)(de)晶(jing)(jing)內(nei)(nei)沉(chen)淀(dian)及晶(jing)(jing)間(jian)腐蝕(shi)最為(wei)明顯；其次是(shi)441不(bu)銹(xiu)(xiu)鋼(gang)，在晶(jing)(jing)粒內(nei)(nei)有部(bu)分(fen)沉(chen)淀(dian)析出。
三(san)種不銹鋼(gang)由于(yu)耐(nai)(nai)(nai)蝕性(xing)的(de)差異，出現了不同(tong)深(shen)(shen)(shen)度(du)(du)受尿(niao)素(su)腐(fu)(fu)(fu)(fu)蝕影(ying)響(xiang)的(de)區域，而耐(nai)(nai)(nai)高(gao)溫(wen)尿(niao)素(su)腐(fu)(fu)(fu)(fu)蝕性(xing)差的(de)不銹鋼(gang)在SEM下表(biao)(biao)現出更厚(hou)(hou)的(de)腐(fu)(fu)(fu)(fu)蝕深(shen)(shen)(shen)度(du)(du)。為進(jin)一步(bu)對(dui)(dui)樣(yang)(yang)品(pin)的(de)耐(nai)(nai)(nai)蝕性(xing)進(jin)行(xing)定(ding)量表(biao)(biao)征，通過(guo)ImagePro分(fen)別(bie)測(ce)(ce)量了每個樣(yang)(yang)品(pin)的(de)氧(yang)(yang)(yang)化(hua)(hua)(hua)層厚(hou)(hou)度(du)(du)以(yi)及滲氮層的(de)深(shen)(shen)(shen)度(du)(du)，如(ru)圖(tu)5所示(shi)。樣(yang)(yang)品(pin)表(biao)(biao)面發生(sheng)(sheng)高(gao)溫(wen)氧(yang)(yang)(yang)化(hua)(hua)(hua)后(hou)，由于(yu)氧(yang)(yang)(yang)化(hua)(hua)(hua)層中(zhong)碳、氮化(hua)(hua)(hua)物的(de)熱(re)膨脹系數與(yu)鐵素(su)體不銹鋼(gang)基(ji)體存在差異，熱(re)循環過(guo)程中(zhong)導致表(biao)(biao)層的(de)氧(yang)(yang)(yang)化(hua)(hua)(hua)層內產生(sheng)(sheng)較(jiao)大應力(li)。隨著(zhu)循環次(ci)數的(de)增加，氧(yang)(yang)(yang)化(hua)(hua)(hua)層會逐漸(jian)發生(sheng)(sheng)開裂(lie)和脫(tuo)落(luo)[8]。因此，除了圖(tu)5測(ce)(ce)量的(de)樣(yang)(yang)品(pin)氧(yang)(yang)(yang)化(hua)(hua)(hua)層及內部(bu)腐(fu)(fu)(fu)(fu)蝕深(shen)(shen)(shen)度(du)(du)外，還要在尿(niao)素(su)腐(fu)(fu)(fu)(fu)蝕前后(hou)對(dui)(dui)樣(yang)(yang)品(pin)進(jin)行(xing)厚(hou)(hou)度(du)(du)測(ce)(ce)量，厚(hou)(hou)度(du)(du)差即為脫(tuo)落(luo)的(de)氧(yang)(yang)(yang)化(hua)(hua)(hua)表(biao)(biao)皮厚(hou)(hou)度(du)(du)。總的(de)腐(fu)(fu)(fu)(fu)蝕深(shen)(shen)(shen)度(du)(du)包括(kuo)內部(bu)滲氮層深(shen)(shen)(shen)度(du)(du)、表(biao)(biao)面殘(can)留的(de)氧(yang)(yang)(yang)化(hua)(hua)(hua)層厚(hou)(hou)度(du)(du)以(yi)及脫(tuo)落(luo)層厚(hou)(hou)度(du)(du)。通過(guo)定(ding)量比較(jiao)三(san)種樣(yang)(yang)品(pin)的(de)不同(tong)腐(fu)(fu)(fu)(fu)蝕深(shen)(shen)(shen)度(du)(du)來(lai)反映其(qi)耐(nai)(nai)(nai)腐(fu)(fu)(fu)(fu)蝕性(xing)的(de)強弱(ruo)，統計結(jie)果如(ru)圖(tu)6所示(shi)。
由(you)圖(tu)5和圖(tu)6可(ke)知(zhi)，439M的(de)(de)(de)(de)(de)總腐蝕(shi)(shi)(shi)(shi)深度(du)大于另外兩種不(bu)銹(xiu)鋼(gang)(gang)的(de)(de)(de)(de)(de)，說(shuo)明(ming)439M的(de)(de)(de)(de)(de)耐腐蝕(shi)(shi)(shi)(shi)性(xing)(xing)能(neng)最(zui)(zui)(zui)差；同(tong)時(shi)其脫(tuo)落(luo)的(de)(de)(de)(de)(de)氧(yang)(yang)化(hua)(hua)(hua)表皮(pi)也(ye)最(zui)(zui)(zui)厚，這(zhe)與圖(tu)3的(de)(de)(de)(de)(de)表征結果一致。439M的(de)(de)(de)(de)(de)氧(yang)(yang)化(hua)(hua)(hua)層(ceng)最(zui)(zui)(zui)為(wei)(wei)疏松，因此更容易脫(tuo)落(luo)。表面氧(yang)(yang)化(hua)(hua)(hua)層(ceng)厚度(du)或基體厚度(du)損(sun)失可(ke)以反映不(bu)銹(xiu)鋼(gang)(gang)的(de)(de)(de)(de)(de)抗(kang)高(gao)溫(wen)氧(yang)(yang)化(hua)(hua)(hua)能(neng)力(li)。三(san)種不(bu)銹(xiu)鋼(gang)(gang)中(zhong)氧(yang)(yang)化(hua)(hua)(hua)層(ceng)厚度(du)占總腐蝕(shi)(shi)(shi)(shi)深度(du)比依次(ci)為(wei)(wei)30.4%、16.7%、23.1%。436L不(bu)銹(xiu)鋼(gang)(gang)的(de)(de)(de)(de)(de)氧(yang)(yang)化(hua)(hua)(hua)層(ceng)厚度(du)不(bu)僅為(wei)(wei)三(san)種樣品中(zhong)最(zui)(zui)(zui)薄，在自身的(de)(de)(de)(de)(de)總腐蝕(shi)(shi)(shi)(shi)深度(du)占比中(zhong)也(ye)是最(zui)(zui)(zui)小，可(ke)見三(san)種樣品中(zhong)由(you)于Mo的(de)(de)(de)(de)(de)添加(jia)使436L不(bu)銹(xiu)鋼(gang)(gang)具(ju)有最(zui)(zui)(zui)強的(de)(de)(de)(de)(de)抗(kang)氧(yang)(yang)化(hua)(hua)(hua)能(neng)力(li)。通過(guo)定量比較(jiao)三(san)種不(bu)銹(xiu)鋼(gang)(gang)樣品的(de)(de)(de)(de)(de)耐蝕(shi)(shi)(shi)(shi)性(xing)(xing)可(ke)以發現(xian)，436L總體耐蝕(shi)(shi)(shi)(shi)性(xing)(xing)優(you)于另外兩種樣品，其次(ci)為(wei)(wei)441不(bu)銹(xiu)鋼(gang)(gang)，439M在三(san)者中(zhong)耐蝕(shi)(shi)(shi)(shi)性(xing)(xing)及抗(kang)高(gao)溫(wen)氧(yang)(yang)化(hua)(hua)(hua)能(neng)力(li)表現(xian)最(zui)(zui)(zui)差。
通過對比(bi)436L和(he)439M兩(liang)(liang)種不銹(xiu)鋼(gang)(gang)的(de)(de)(de)(de)(de)成分（表1）可(ke)以(yi)推斷，436L不銹(xiu)鋼(gang)(gang)中(zhong)(zhong)(zhong)由(you)于Mo元(yuan)素(su)的(de)(de)(de)(de)(de)存(cun)在極大提(ti)高(gao)了其(qi)耐(nai)腐(fu)蝕(shi)性能(neng)[9,10,11]。研究表明[9]，Mo可(ke)以(yi)抑制(zhi)O的(de)(de)(de)(de)(de)擴(kuo)散和(he)提(ti)高(gao)反應(ying)激(ji)活能(neng)來提(ti)高(gao)不銹(xiu)鋼(gang)(gang)的(de)(de)(de)(de)(de)抗氧化能(neng)力(li)，所以(yi)436L的(de)(de)(de)(de)(de)氧化層厚度最薄；另(ling)一(yi)方面，Mo可(ke)以(yi)提(ti)高(gao)不銹(xiu)鋼(gang)(gang)中(zhong)(zhong)(zhong)的(de)(de)(de)(de)(de)Cr當量，并促進(jin)鉻(ge)在鈍化膜中(zhong)(zhong)(zhong)的(de)(de)(de)(de)(de)富集，從而(er)(er)增強(qiang)鈍化膜的(de)(de)(de)(de)(de)穩定(ding)性，顯(xian)著提(ti)高(gao)了鉻(ge)的(de)(de)(de)(de)(de)耐(nai)蝕(shi)作(zuo)用[11]。而(er)(er)對比(bi)441和(he)439M兩(liang)(liang)種不銹(xiu)鋼(gang)(gang)，441含較多的(de)(de)(de)(de)(de)Nb，也能(neng)夠提(ti)高(gao)材料的(de)(de)(de)(de)(de)高(gao)溫(wen)性能(neng)，尤(you)其(qi)是高(gao)溫(wen)強(qiang)度及(ji)高(gao)溫(wen)疲勞(lao)性能(neng)[12,13]。另(ling)外(wai)，Nb還能(neng)促進(jin)在氧化層與(yu)金(jin)屬(shu)/基體(ti)界(jie)(jie)面處(chu)形成Laves相，阻止陽(yang)離子(zi)(zi)向氧化層擴(kuo)散，進(jin)而(er)(er)抑制(zhi)氧離子(zi)(zi)進(jin)入不銹(xiu)鋼(gang)(gang)中(zhong)(zhong)(zhong)[14]。同時，Nb與(yu)C、N原(yuan)子(zi)(zi)的(de)(de)(de)(de)(de)結合力(li)強(qiang)于Cr的(de)(de)(de)(de)(de)，可(ke)以(yi)在晶界(jie)(jie)處(chu)固定(ding)碳(tan)、氮原(yuan)子(zi)(zi)，防止形成Cr23C6，從而(er)(er)縮小了敏化區，有效(xiao)延遲了出現晶間(jian)腐(fu)蝕(shi)的(de)(de)(de)(de)(de)時間(jian)[15]。因此(ci)，436L和(he)441不銹(xiu)鋼(gang)(gang)的(de)(de)(de)(de)(de)耐(nai)蝕(shi)性優(you)勢可(ke)以(yi)分別歸因于具(ju)有較高(gao)含量的(de)(de)(de)(de)(de)Mo和(he)Nb。
2.2 基體(ti)腐蝕機理
對(dui)436L不銹鋼(gang)試樣橫截面進行(xing)侵蝕后(hou)，通過(guo)EDS對(dui)其尿素腐蝕區域進行(xing)整(zheng)體元(yuan)素分布(bu)的測定，結果如圖(tu)7所示。
圖(tu)7中(zhong)由下往上分別為氧(yang)化(hua)(hua)層(ceng)(ceng)和(he)(he)內部腐蝕層(ceng)(ceng)。表(biao)征結果顯示，氧(yang)化(hua)(hua)層(ceng)(ceng)中(zhong)富含Fe、Cr和(he)(he)O元素，證明氧(yang)化(hua)(hua)層(ceng)(ceng)的(de)化(hua)(hua)學成分為Fe和(he)(he)Cr的(de)氧(yang)化(hua)(hua)物，這與(yu)李明軒等[4,16]的(de)研究(jiu)結果一致。除此之外，由圖(tu)7f可以看出，氧(yang)化(hua)(hua)層(ceng)(ceng)中(zhong)還含有大(da)量的(de)N元素，證明尿(niao)素分解形成的(de)富氨環境(jing)導致了滲氮效應(ying)的(de)發(fa)生，氮原子滲入到(dao)不銹鋼中(zhong)，從(cong)表(biao)面向內擴散。
由(you)圖7中的(de)Cr、C、N元(yuan)(yuan)素的(de)分(fen)(fen)(fen)布(bu)位置可以看出，在氧化(hua)層(ceng)(ceng)(ceng)(ceng)和內(nei)部(bu)(bu)腐蝕(shi)層(ceng)(ceng)(ceng)(ceng)之(zhi)間有一條明顯的(de)C、N元(yuan)(yuan)素富集帶，這(zhe)與奧(ao)氏體(ti)不(bu)(bu)銹(xiu)鋼的(de)碳氮(dan)共滲機理[17,18]相似(si)，并結合(he)圖4的(de)SEM形貌說明在氧化(hua)層(ceng)(ceng)(ceng)(ceng)附(fu)近(jin)形成了Cr的(de)碳氮(dan)化(hua)物(wu)顆粒的(de)晶(jing)內(nei)沉淀(dian)。鐵素體(ti)不(bu)(bu)銹(xiu)鋼的(de)耐蝕(shi)性(xing)主要(yao)針對于大氣或(huo)氧化(hua)性(xing)酸環境(jing)，因此，在試樣暴露于高溫高氮(dan)的(de)條件下很容易(yi)產生局部(bu)(bu)氮(dan)化(hua)物(wu)的(de)沉淀(dian)[16,19]，影響鐵素體(ti)不(bu)(bu)銹(xiu)鋼的(de)耐蝕(shi)性(xing)和耐熱震疲勞(lao)性(xing)能(neng)。由(you)此，整個(ge)腐蝕(shi)區域從外向內(nei)可以劃分(fen)(fen)(fen)為三個(ge)部(bu)(bu)分(fen)(fen)(fen)，分(fen)(fen)(fen)別(bie)對應Fe、Cr的(de)氧化(hua)層(ceng)(ceng)(ceng)(ceng)，碳氮(dan)共滲層(ceng)(ceng)(ceng)(ceng)和晶(jing)間腐蝕(shi)層(ceng)(ceng)(ceng)(ceng)。
圖8是對436L不(bu)(bu)銹(xiu)(xiu)鋼內(nei)(nei)部(bu)晶(jing)(jing)(jing)(jing)(jing)間腐(fu)蝕(shi)(shi)(shi)的(de)(de)(de)(de)EDS局(ju)部(bu)線掃(sao)的(de)(de)(de)(de)結果。根(gen)據(ju)Cr元素(su)峰位(wei)置可以看出(chu)，在(zai)晶(jing)(jing)(jing)(jing)(jing)界(jie)處有明顯的(de)(de)(de)(de)Cr富(fu)(fu)集(ji)現(xian)象，并且C、O、N的(de)(de)(de)(de)元素(su)峰都(dou)較為(wei)明顯，證明了(le)在(zai)高(gao)氮環境下滲氮促進(jin)了(le)晶(jing)(jing)(jing)(jing)(jing)間腐(fu)蝕(shi)(shi)(shi)的(de)(de)(de)(de)發(fa)生(sheng)(sheng)。由于(yu)室溫下C在(zai)鐵素(su)體(ti)中溶解(jie)度很小，在(zai)高(gao)溫時多余的(de)(de)(de)(de)C原(yuan)(yuan)子(zi)(zi)(zi)會(hui)不(bu)(bu)斷向(xiang)晶(jing)(jing)(jing)(jing)(jing)界(jie)擴(kuo)散(san)，并且擴(kuo)散(san)速度大(da)于(yu)Cr，隨即在(zai)晶(jing)(jing)(jing)(jing)(jing)界(jie)處與(yu)Cr化(hua)合(he)(he)，造成(cheng)Cr在(zai)晶(jing)(jing)(jing)(jing)(jing)界(jie)處富(fu)(fu)集(ji)[20,21,22]。數據(ju)表明，Cr在(zai)晶(jing)(jing)(jing)(jing)(jing)內(nei)(nei)擴(kuo)散(san)的(de)(de)(de)(de)活化(hua)能(neng)約為(wei)沿晶(jing)(jing)(jing)(jing)(jing)界(jie)擴(kuo)散(san)的(de)(de)(de)(de)2.14~3.33倍(bei)，因(yin)此晶(jing)(jing)(jing)(jing)(jing)粒(li)內(nei)(nei)部(bu)的(de)(de)(de)(de)Cr來(lai)不(bu)(bu)及向(xiang)晶(jing)(jing)(jing)(jing)(jing)界(jie)擴(kuo)散(san)，形(xing)成(cheng)鉻(ge)(ge)化(hua)物(wu)所(suo)消耗的(de)(de)(de)(de)Cr是來(lai)自晶(jing)(jing)(jing)(jing)(jing)界(jie)附(fu)(fu)近(jin)，導致晶(jing)(jing)(jing)(jing)(jing)界(jie)附(fu)(fu)近(jin)處Cr含量(liang)低于(yu)不(bu)(bu)銹(xiu)(xiu)鋼鈍化(hua)所(suo)需的(de)(de)(de)(de)Cr含量(liang)（＜12%），形(xing)成(cheng)“貧鉻(ge)(ge)區”失去(qu)耐腐(fu)蝕(shi)(shi)(shi)能(neng)力，從而產生(sheng)(sheng)晶(jing)(jing)(jing)(jing)(jing)間腐(fu)蝕(shi)(shi)(shi)[22,23,24]。而由于(yu)高(gao)氮環境導致氮原(yuan)(yuan)子(zi)(zi)(zi)不(bu)(bu)斷向(xiang)不(bu)(bu)銹(xiu)(xiu)鋼內(nei)(nei)部(bu)擴(kuo)散(san)，也在(zai)晶(jing)(jing)(jing)(jing)(jing)界(jie)處與(yu)Cr結合(he)(he)形(xing)成(cheng)大(da)量(liang)Cr的(de)(de)(de)(de)氮化(hua)物(wu)（圖8c），更(geng)加大(da)了(le)Cr原(yuan)(yuan)子(zi)(zi)(zi)的(de)(de)(de)(de)消耗，因(yin)此尿(niao)素(su)分(fen)解(jie)產生(sheng)(sheng)的(de)(de)(de)(de)滲氮效應加劇(ju)了(le)不(bu)(bu)銹(xiu)(xiu)鋼晶(jing)(jing)(jing)(jing)(jing)間腐(fu)蝕(shi)(shi)(shi)的(de)(de)(de)(de)過程。Saghi Saedlou等(deng)[20]通過透射電子(zi)(zi)(zi)顯微(wei)鏡（TEM）對形(xing)成(cheng)的(de)(de)(de)(de)析(xi)出(chu)相進(jin)行了(le)表征，發(fa)現(xian)在(zai)氧(yang)化(hua)層附(fu)(fu)近(jin)靠近(jin)基體(ti)一側的(de)(de)(de)(de)沉淀物(wu)主要為(wei)CrN顆粒(li)，而Cr2N則優先散(san)布在(zai)晶(jing)(jing)(jing)(jing)(jing)界(jie)附(fu)(fu)近(jin)。由圖8a可以看出(chu)，在(zai)晶(jing)(jing)(jing)(jing)(jing)內(nei)(nei)有大(da)量(liang)顆粒(li)狀(zhuang)析(xi)出(chu)相，推測此為(wei)富(fu)(fu)Cr化(hua)合(he)(he)物(wu)的(de)(de)(de)(de)顆粒(li)狀(zhuang)沉淀，這會(hui)使得(de)基體(ti)Cr的(de)(de)(de)(de)質量(liang)分(fen)數也會(hui)減少(shao)。由于(yu)Cr元素(su)是提(ti)高(gao)不(bu)(bu)銹(xiu)(xiu)鋼耐蝕(shi)(shi)(shi)性(xing)的(de)(de)(de)(de)主要元素(su)，因(yin)此，鐵素(su)體(ti)不(bu)(bu)銹(xiu)(xiu)鋼基體(ti)的(de)(de)(de)(de)整(zheng)體(ti)耐腐(fu)蝕(shi)(shi)(shi)性(xing)都(dou)會(hui)隨之降低。
SCR系統的(de)(de)(de)工作(zuo)環境復雜，所以熱端(duan)不銹鋼材(cai)料受到腐蝕是(shi)多重因(yin)素(su)共同導(dao)致(zhi)的(de)(de)(de)。在(zai)高溫氧(yang)(yang)化的(de)(de)(de)作(zuo)用(yong)下，不銹鋼表(biao)面(mian)的(de)(de)(de)鈍化膜遭到破(po)壞，在(zai)表(biao)面(mian)形成(cheng)一層(ceng)由Fe和Cr的(de)(de)(de)氧(yang)(yang)化物組(zu)成(cheng)的(de)(de)(de)氧(yang)(yang)化膜，同時氨(an)和尿(niao)素(su)其(qi)他分解(jie)(jie)產物使(shi)得不銹鋼與高濃(nong)度氮(dan)(dan)原(yuan)(yuan)子(zi)接(jie)觸形成(cheng)滲(shen)氮(dan)(dan)效應，氮(dan)(dan)原(yuan)(yuan)子(zi)由外向內(nei)擴(kuo)散從而導(dao)致(zhi)不銹鋼基體發(fa)生(sheng)氮(dan)(dan)化，C、N原(yuan)(yuan)子(zi)在(zai)晶(jing)(jing)(jing)界(jie)(jie)處與Cr結(jie)合，使(shi)得鉻元素(su)在(zai)晶(jing)(jing)(jing)界(jie)(jie)富(fu)集，而靠近晶(jing)(jing)(jing)界(jie)(jie)的(de)(de)(de)Cr原(yuan)(yuan)子(zi)則(ze)被大量消耗(hao)，于是(shi)晶(jing)(jing)(jing)界(jie)(jie)周圍出現“貧(pin)Cr區”，發(fa)生(sheng)晶(jing)(jing)(jing)間腐蝕；汽車尾氣的(de)(de)(de)循環加熱導(dao)致(zhi)鐵素(su)體不銹鋼受到熱疲勞(lao)作(zuo)用(yong)[25]加劇(ju)了氧(yang)(yang)化過(guo)程，使(shi)得表(biao)面(mian)氧(yang)(yang)化膜逐(zhu)漸開裂(lie)脫落，氧(yang)(yang)化層(ceng)失去保(bao)護作(zuo)用(yong)后又會進(jin)一步(bu)加劇(ju)氮(dan)(dan)原(yuan)(yuan)子(zi)的(de)(de)(de)滲(shen)入和尿(niao)素(su)分解(jie)(jie)產物對(dui)不銹鋼基體的(de)(de)(de)腐蝕。
2.3 夾雜物對尿素腐蝕的(de)影響
分(fen)別(bie)對(dui)436L不銹鋼(gang)的(de)(de)(de)滲氮區和未腐蝕區的(de)(de)(de)基(ji)(ji)體進(jin)行(xing)了夾雜(za)物(wu)形(xing)態及成分(fen)的(de)(de)(de)表征，發現樣品中夾雜(za)物(wu)主(zhu)要是(shi)被Nb、Mo包裹(guo)的(de)(de)(de)（Nb, Ti）（C, N）夾雜(za)。為了探(tan)究夾雜(za)物(wu)是(shi)否對(dui)尿素腐蝕過程有(you)影響(xiang)，通過EDS對(dui)比分(fen)析了滲氮腐蝕區及基(ji)(ji)體（未經過尿素腐蝕）的(de)(de)(de)夾雜(za)物(wu)/基(ji)(ji)體界面處的(de)(de)(de)富鉻情況，結果如(ru)圖9所(suo)示(shi)。
圖(tu)9a是滲氮區(qu)的(de)(de)夾(jia)(jia)雜(za)物(wu)元素分(fen)布圖(tu)，該夾(jia)(jia)雜(za)心(xin)部(bu)是富(fu)鈦Ti（C, N），邊(bian)部(bu)成(cheng)分(fen)證(zheng)明(ming)為（Nb, Ti）C；圖(tu)9b是不(bu)銹(xiu)鋼未(wei)腐蝕(shi)基(ji)(ji)體(ti)(ti)(ti)中(zhong)的(de)(de)夾(jia)(jia)雜(za)，核心(xin)處成(cheng)分(fen)是（Al, Mg）O，被(bei)（Ti, Nb）（C, N）在(zai)外側(ce)包裹(guo)。其(qi)中(zhong)，腐蝕(shi)區(qu)夾(jia)(jia)雜(za)物(wu)與(yu)(yu)基(ji)(ji)體(ti)(ti)(ti)的(de)(de)界面(mian)(mian)(mian)處形成(cheng)了包裹(guo)夾(jia)(jia)雜(za)物(wu)的(de)(de)富(fu)Cr的(de)(de)氮氧(yang)(yang)(yang)化物(wu)，而不(bu)銹(xiu)鋼基(ji)(ji)體(ti)(ti)(ti)中(zhong)的(de)(de)夾(jia)(jia)雜(za)物(wu)周圍(wei)并沒有(you)出現(xian)鉻(ge)富(fu)集(ji)區(qu)，證(zheng)明(ming)Cr的(de)(de)氮氧(yang)(yang)(yang)化物(wu)是在(zai)高溫高氮環境下尿(niao)素腐蝕(shi)過程中(zhong)析出的(de)(de)，由(you)此說明(ming)夾(jia)(jia)雜(za)物(wu)對鐵(tie)素體(ti)(ti)(ti)不(bu)銹(xiu)鋼的(de)(de)耐(nai)尿(niao)素腐蝕(shi)性(xing)具(ju)有(you)不(bu)利影(ying)響。一方(fang)面(mian)(mian)(mian)，不(bu)銹(xiu)鋼表面(mian)(mian)(mian)的(de)(de)Cr2O3鈍(dun)化膜在(zai)夾(jia)(jia)雜(za)處會產(chan)生不(bu)連續性(xing)，有(you)利于氮原(yuan)子(zi)的(de)(de)滲入，加(jia)速了尿(niao)素分(fen)解產(chan)物(wu)對基(ji)(ji)體(ti)(ti)(ti)的(de)(de)腐蝕(shi)；另一方(fang)面(mian)(mian)(mian)，夾(jia)(jia)雜(za)物(wu)在(zai)晶體(ti)(ti)(ti)結構上與(yu)(yu)鐵(tie)素體(ti)(ti)(ti)不(bu)銹(xiu)鋼不(bu)一致(zhi)，與(yu)(yu)基(ji)(ji)體(ti)(ti)(ti)形成(cheng)的(de)(de)界面(mian)(mian)(mian)處也會富(fu)集(ji)Cr的(de)(de)氮氧(yang)(yang)(yang)化物(wu)，導(dao)致(zhi)此處相應被(bei)消耗了鉻(ge)原(yuan)子(zi)的(de)(de)夾(jia)(jia)雜(za)物(wu)/基(ji)(ji)體(ti)(ti)(ti)界面(mian)(mian)(mian)附近則出現(xian)“貧(pin)Cr區(qu)”，從而耐(nai)蝕(shi)性(xing)降(jiang)低，誘發微區(qu)界面(mian)(mian)(mian)腐蝕(shi)。
綜上可知，夾(jia)雜(za)物(wu)(wu)同樣會誘發類似(si)晶間腐(fu)(fu)(fu)蝕(shi)的微區界(jie)面腐(fu)(fu)(fu)蝕(shi)。因此，細(xi)化(hua)夾(jia)雜(za)物(wu)(wu)將成(cheng)為提高鐵(tie)素體(ti)不銹鋼抗高溫尿(niao)素腐(fu)(fu)(fu)蝕(shi)能力(li)的另一(yi)個關鍵因素。為此，本研究進(jin)一(yi)步(bu)對三種不銹鋼樣品進(jin)行了夾(jia)雜(za)物(wu)(wu)分布表(biao)征及尺寸統計(ji)，結果(guo)如(ru)圖10和圖11所示。
由圖10和圖11可(ke)見(jian)，含(han)有(you)高(gao)(gao)(gao)Nb的(de)(de)(de)441不銹(xiu)鋼內夾(jia)雜(za)(za)(za)物(wu)(wu)(wu)尺(chi)(chi)寸(cun)(cun)比低(di)Nb含(han)量(liang)的(de)(de)(de)439M更(geng)細小(xiao)(xiao)，說(shuo)明Nb在441不銹(xiu)鋼中，除了在晶(jing)界固(gu)定碳氮(dan)原子、延遲晶(jing)間(jian)腐(fu)(fu)蝕外(wai)，還可(ke)以(yi)細化夾(jia)雜(za)(za)(za)物(wu)(wu)(wu)的(de)(de)(de)尺(chi)(chi)寸(cun)(cun)，降低(di)夾(jia)雜(za)(za)(za)物(wu)(wu)(wu)對鈍(dun)化膜完整性的(de)(de)(de)破壞(huai)，減小(xiao)(xiao)Cr化物(wu)(wu)(wu)在界面(mian)處富集的(de)(de)(de)面(mian)積從而(er)降低(di)Cr的(de)(de)(de)消耗，因此441相(xiang)比439M具(ju)有(you)更(geng)高(gao)(gao)(gao)的(de)(de)(de)抗(kang)尿(niao)素腐(fu)(fu)蝕能力，這與前述耐蝕性結果相(xiang)一致。而(er)從圖10也可(ke)以(yi)看出(chu)，436L與439M的(de)(de)(de)Nb含(han)量(liang)相(xiang)同，但436L的(de)(de)(de)夾(jia)雜(za)(za)(za)物(wu)(wu)(wu)尺(chi)(chi)寸(cun)(cun)小(xiao)(xiao)于(yu)439M的(de)(de)(de)，進(jin)而(er)也可(ke)以(yi)說(shuo)明Mo同樣(yang)是減小(xiao)(xiao)夾(jia)雜(za)(za)(za)物(wu)(wu)(wu)尺(chi)(chi)寸(cun)(cun)的(de)(de)(de)有(you)利元素，其細化夾(jia)雜(za)(za)(za)物(wu)(wu)(wu)的(de)(de)(de)機(ji)制應(ying)與Nb相(xiang)似，即Nb和Mo復合并在TiN周圍形成（Nb, Mo）C的(de)(de)(de)析出(chu)相(xiang)，抑制TiN的(de)(de)(de)粗(cu)化，如圖9所(suo)示。由此可(ke)見(jian)，Nb和Mo含(han)量(liang)的(de)(de)(de)增(zeng)加(jia)，將有(you)助于(yu)細化夾(jia)雜(za)(za)(za)物(wu)(wu)(wu)，進(jin)而(er)成為提高(gao)(gao)(gao)鐵素體不銹(xiu)鋼抗(kang)高(gao)(gao)(gao)溫(wen)尿(niao)素腐(fu)(fu)蝕的(de)(de)(de)另一個(ge)關(guan)鍵因素。
3 結論
（1） 在(zai)模擬SCR系統的(de)高溫尿素(su)腐(fu)蝕(shi)環境中（350~700℃的(de)熱循(xun)環），436L的(de)耐尿素(su)腐(fu)蝕(shi)性能最好，441次(ci)之，439M最弱。
（2） 合金(jin)成分對鐵(tie)素(su)體(ti)不(bu)銹鋼(gang)耐高溫尿素(su)腐蝕性有(you)(you)顯(xian)著影(ying)響。Mo可以提高436L的(de)抗氧化能力，并(bing)增加了鈍化膜中的(de)Cr當(dang)量；而Nb有(you)(you)效(xiao)延緩了441不(bu)銹鋼(gang)發生晶間腐蝕，提高了耐高溫疲勞性能。證明Mo和(he)Nb都是提高鐵(tie)素(su)體(ti)不(bu)銹鋼(gang)抗高溫尿素(su)腐蝕的(de)有(you)(you)益元素(su)。
（3） 在SCR系統中，鐵(tie)素體不銹鋼(gang)在高溫(wen)高氮(dan)(dan)的(de)環境下(xia)，表面(mian)(mian)保(bao)護膜遭到破壞導致滲(shen)氮(dan)(dan)效(xiao)應的(de)發(fa)生(sheng)，氮(dan)(dan)原子滲(shen)入基體與Cr結(jie)合產生(sheng)晶(jing)內沉淀和晶(jing)間腐(fu)蝕(shi)，同時高溫(wen)氧(yang)(yang)化過程會使表面(mian)(mian)形成一層(ceng)(ceng)氧(yang)(yang)化膜，由于受到熱疲勞效(xiao)應，使得氧(yang)(yang)化膜逐漸(jian)脫(tuo)落從而(er)加劇了不銹鋼(gang)的(de)腐(fu)蝕(shi)。整個腐(fu)蝕(shi)區域從表面(mian)(mian)向(xiang)內可以劃(hua)分為三個區域，分別對應Fe和Cr的(de)氧(yang)(yang)化層(ceng)(ceng)、碳氮(dan)(dan)共滲(shen)層(ceng)(ceng)和晶(jing)間腐(fu)蝕(shi)層(ceng)(ceng)。
（4） 夾雜物(wu)(wu)會降低不銹鋼(gang)耐尿(niao)素腐蝕的能力，夾雜物(wu)(wu)/基體(ti)的界(jie)面在高溫尿(niao)素腐蝕過程中會誘(you)發(fa)Cr的氮氧化物(wu)(wu)析出，進而造(zao)成微界(jie)面腐蝕；但(dan)Nb和Mo元素的增加可以細化夾雜物(wu)(wu)，降低因(yin)夾雜物(wu)(wu)而誘(you)發(fa)的界(jie)面腐蝕速率。
參(can)考文獻
[1] Dong S J, Wang N. Research on high temperature urea cyclic corrosion resistance of stainless steel for SCR post processor [J]. Automob. Technol. Mater., 2017, (5): 41
[1] (董善舉, 王楠. SCR后處理器用不銹鋼耐(nai)尿素(su)高(gao)溫循環(huan)腐蝕(shi)性(xing)能的研究(jiu) [J]. 汽車工藝(yi)與材料(liao), 2017, (5): 41)
[2] Xu Z H, Zhang G L, Li M C, et al. Corrosion behavior of stainless steels in simulated automotive SCR environment [A]. Proceedings of the 10th China Iron & Steel Annual Meeting and the 6th Baosteel Academic Annual Meeting III [C]. Shanghai: China Metal Society, 2015: 975
[2] (徐澤瀚, 張國(guo)利, 李(li)謀成等. 不銹鋼(gang)在汽車(che)SCR模擬(ni)環境中(zhong)的腐蝕行為研究 [A]. 第十屆(jie)中(zhong)國(guo)鋼(gang)鐵年(nian)(nian)會(hui)暨第六屆(jie)寶鋼(gang)學術年(nian)(nian)會(hui)論文集(ji)[C]. 上海: 中(zhong)國(guo)金屬學會(hui), 2015)
[3] Shang C J. Research progress of ferritic stainless steel for automobile exhaust system [N]. World Metals, 2018-08-28(B08))
[3] (尚成嘉. 汽車排(pai)氣系統用鐵素體不(bu)銹鋼的研究進展 [N]. 世界(jie)金屬導報, 2018-08-28(B08))
[4] Li M X, Shang C J. Corrosion study of stainless steels for commerial Vehicle SCR system [J]. Shanghai Coatings, 2018, 56(2): 5
[4] (李明軒, 尚成嘉(jia). 商用車SCR系統用不銹鋼的腐蝕性研究 [J]. 上(shang)海涂料, 2018, 56(2): 5)
[5] Nocker J, Nyborg L, Norell M. Corrosion of stainless steels in simulated diesel exhaust environment with urea [J]. Mater. Corros., 2011, 63: 388
[6] Miraval C, Saedlou S, Evrard R, et al. Influence of Selective Catalytic Reduction (SCR) system on stainless steel durability [J]. Meta. And Mater., 2013, 66: 153
[7] Wang S D, Han P H, Ma R Y, et al. Effect of urea on condensates corrosion of stainless steels in simulated automotive exhaust environments [J]. Chin J. Soc. Corros. Prot., 2013, 33: 41
[7] (王士棟, 韓沛洪(hong), 馬榮耀等. 尿素對模擬汽車廢(fei)氣環境中(zhong)不銹鋼(gang)冷凝液腐(fu)蝕行為的影響(xiang) [J]. 中(zhong)國腐(fu)蝕與防(fang)護學報, 2013, 33: 41)
[8] Zhang Y F, Shores D A. Cracking and spoiling of oxide scale from 304 stainless steel at high temperatures [J]. J. Electrochem. Soc., 1994, 141: 1255
[9] Teng Y F. High temperature fatigue behavior of 429 and 429 Mo ferritic stainless steels [D]. Shenyang: Shenyang University of Technology, 2016
[9] (滕云峰. 429與429Mo兩種鐵素體(ti)不(bu)銹鋼的高溫疲勞(lao)行為 [D]. 沈(shen)陽: 沈(shen)陽工業大學, 2016)
[10] Yun D W, Seo H S, Jun J H, et al. Molybdenum effect on oxidation resistance and electric conduction of ferritic stainless steel for SOFC interconnect [J]. Int. J. Hydrogen Energ., 2012, 37: 10328
[11] Jiang Y, Kim S, Lee J. Effect of different Mo contents on tensile and corrosion behaviors of CD4MCU cast duplex stainless steels [J]. Metall. Mater. Trans., 2005, 36A: 1229
[12] Li M X, Zhang W, Wang X L, et al. Effect of Nb on the performance of 409 stainless steel for automotive exhaust systems [J]. Steel. Res. Int., 2018, 89: 1700558
[13] Fujita N, Ohmura K, Kikuchi M, et al. Effect of Nb on high-temperature properties for ferritic stainless steel [J]. Scr. Mater., 1996, 35: 705
[14] Shu J. Investigation on corrosion resistance properties and formabilities of ferritic stainless steel used as aumotive exhaust system [D]. Shanghai: Shanghai Jiao Tong University, 2013
[14] (舒俊. 汽車排氣(qi)系統(tong)用(yong)鐵素體不銹(xiu)鋼(gang)耐蝕性(xing)能和成形性(xing)能的研究(jiu) [D]. 上海: 上海交通大學, 2013)
[15] Li Z. Research on intergranular corrosion resistance of low chromium ferritic stainless steel [D]. Shanghai: Fudan University, 2013
[15] (李(li)釗. 低鉻鐵素體不銹鋼耐晶間腐蝕(shi)性能研究 [D]. 上海: 復旦大學, 2013)
[16] Zhang H, Zhang G L, Liu X, et al. Condensate corrosion behavior of stainless steels for automotive mufflers [J]. Chin J. Soc. Corros. Prot., 2016, 36: 20
[16] (張輝, 張國利, 劉星等.消聲器(qi)用(yong)不銹鋼(gang)的冷凝液腐(fu)蝕行為研究 [J]. 中(zhong)國腐(fu)蝕與防護學報, 2016, 36: 20)
[17] Zhang C Q, Lv G M, Ouyang M H, et al. Research progress of nitride precipitation and its effects on corrosion resistance of high-nitrogen austenitic stainless steel [J]. Hot Work. Technol., 2018, 47(2): 33
[17] (張昌(chang)青, 呂廣明(ming), 歐陽明(ming)輝等. 高氮奧氏體(ti)不銹鋼(gang)氮化物析出及其對(dui)耐蝕性影響的研究進展 [J]. 熱加工工藝, 2018, 47(2): 33)
[18] Guo Y Y. Study on the technology of plasma nitriding and plasma nitrocarburising of austenitic stainless steel in the low lem perature [D]. Shenyang: Northeastern University, 2008
[18] (郭元(yuan)元(yuan). 奧(ao)氏體(ti)(ti)不銹鋼低溫離子滲(shen)氮(dan)及碳氮(dan)共(gong)滲(shen)工藝(yi)研究 [D]. 沈陽: 東(dong)北大學, 2008)
[19] Nockert J, Norell M. Corrosion at the urea injection in SCR-system during component test [J]. Mater. Corros., 2013, 64: 34
[20] Saedlou S, Santacreu P, Leseux J. Suitable stainless steel selection for exhaust line containing a selective catalytic reduction (SCR) system [J]. SAE Int., 2011-01-1323
[21] Xiao J M. The Metallization of Stainless Steel. 2nd ed. [M]. Beijing: Metallurgical Industry Press, 2006
[21] (肖紀美. 不(bu)銹鋼的金(jin)屬學(xue)問題. 第2版 [M]. 北京(jing): 冶(ye)金(jin)工業出版社, 2006)
[22] Wan Z. Study on intergranular corrosion of ferrite stainless steel [J]. Corros. Prot. Petrochem. Ind., 2015, 32(4): 62
[22] (萬章. 鐵素體(ti)不銹鋼晶間腐蝕問題的(de)探討 [J]. 石油(you)化工腐蝕與防(fang)護(hu), 2015, 32(4): 62)
[23] Zhang H W. Research on Corrosion Resistance of Stainless Steel for Automotive Exhaust System [D]. Beijing: University of Science and Technology Beijing, 2013
[23] (張宏偉. 汽車(che)排氣(qi)系統用不銹鋼耐腐蝕(shi)性能研究 [D]. 北京: 北京科技(ji)大學, 2013)
[24] Chen C, Shang C J, Song X, et al. Condensate corrosion behavior of new style ferritic stainless steels used in automotive exhaust system [J]. Iron Steel, 2009, 44(10): 78
[24] (陳超(chao), 尚成嘉, 宋欣等. 新型汽(qi)車(che)排氣系統用鐵(tie)素體不銹鋼的冷凝液腐(fu)蝕 [J]. 鋼鐵(tie), 2009, 44(10): 78)
[25] Salgado M F D, Rodrigues S C S, Santos D M, et al. Cyclic oxidation resistance of ferritic stainless steels used in mufflers of automobiles [J]. Eng. Fail. Anal, 2017, 79: 89