铁素体不锈钢不像奥氏体不锈钢那样容易产生应力腐蚀开裂（SCC）的问题，且热膨胀率小，因此可用于热水器罐体和汽车排气管等。

   虽然铁素体不锈钢具有良好的耐应力腐蚀开裂性，但耐缝隙腐蚀性不如奥氏体不锈钢。以往已对铁素体不锈钢进行了各种耐缝隙腐蚀的研究，并确定了，在Cr、Ni、Mo和Cu含量与奥氏体不锈钢相同的情况下，铁素体不锈钢可以提高耐缝隙腐蚀性。但是，这些研究多是关于Ni添加量为1%左右时的评价，而Ni添加量在2%以上时对单相铁素体组织影响的研究很少。

   本文以19%Cr钢中添加1%-4%Ni的铁素体不锈钢为对象，研究了添加Ni对耐缝隙腐蚀性的影响。尤其是在易产生腐蚀的干燥-湿热的盐分环境下，对铁素体不锈钢耐缝隙腐蚀性进行了评价，并介绍了铁素体不锈钢在水溶液中耐缝隙腐蚀性试验的研究结果。

   1 试验方法

   1.1 试验材料

   表1示出试验材料A-H的化学成分。所有试验材料都是采用30kg真空熔化炉生产的，材料基础成分与SUS430LX相当，为了容易获得单相铁素体组织，规定了Cr含量为19%，是SUS430LX规定的上限。从A钢到G钢，单相铁素体中的Ni含量在0.2%-4.0%之间变化。H钢是与奥氏体不锈钢对比的材料。将板厚1mm的冷轧材在1050℃退火后进行铜板冷却，然后通过光学显微镜观察，确认了单相铁素体组织或单相马氏体组织会变为完全再结晶组织。只有G钢在1050℃时会变为铁素体-奥氏体双相组织，因此为获得单相铁素体组织，在1200℃下进行了退火。

   将退火后的试样切削加工成30mm×30mm和20mm×20mm的方状，然后湿式研磨整个面，并清除氧化铁皮。在空气中放置24小时后作为缝隙试样用于试验。

   1.2 循环试验

   为评价耐缝隙腐蚀性，对金属缝隙试样进行了干燥-湿热的盐分环境下的循环试验（下称“CCT”）。

   缝隙试样的制作方法是先把材质相同的两块材料叠加后用钛螺栓和螺母将其锁紧，并使材料与材料之间形成缝隙。

   干燥-湿热的盐分环境下的循环试验流程是先把形成缝隙的试样放在35℃环境中喷洒5%NaCl水溶液，然后在温度60℃、相对湿度（RH）30%的环境下进行干燥，接着在温度50℃、RH95%的环境下进行湿润。将此操作作为一次循环，共进行200次循环试验。试验后，将试样放在30%HNO3水溶液中进行除锈后，对试样外观进行拍照，通过图像解析求出缝隙腐蚀的面积。

   采用焦深法对从外观判断为腐蚀深的10个以上的侵蚀深度进行测定，将其中侵蚀最深的点视为最大侵蚀深度。

   1.3 最大侵蚀深度的数值解析

   腐蚀现象具有随机性，可采用概率论和数理统计的方法对材料的寿命预测等进行定量评价。有研究指出，不锈钢的局部腐蚀产生的侵蚀深度是按照极值分布。根据有限次的试验结果，对最大侵蚀深度进行了推定。也就是说，为从部分试样中获得总体侵蚀深度的最大值，可以采用Gumbel分布。

   关于在干燥-湿热的盐分环境下缝隙腐蚀的最大侵蚀深度，以CCT结果为依据进行了数理统计解析。将2个试样的试样缝隙形成面分别等分成8个分区，测定了各分区的最大侵蚀深度。对所得的16个点的实测值进行了数值解析，计算出最大侵蚀浓度。

   1.4 浸渍试验

   通过切削加工从供试材料中切取15mm×20mm的试样，把评价面（10mm×10mm）以外部分用硅涂敷剂涂敷作为试样。把用脱离子水和HCl调整后的pH为0.5-1的酸性水溶液作为试验溶液。把试样浸渍在Ar饱和的50℃试验溶液中，测定24小时后的自然浸渍电位和重量减少量。把在24小时后没有因钝态化而升高的自然浸渍电位的最大pH作为脱钝态化pH（pHd）。另外，根据试验前后试样的重量变化求出溶解速率。

   2 试验结果

   2.1 缝隙间隔分布

   观察A钢缝隙试样中的缝隙截面照片可以看出，在缝隙部附近，缝隙间隔为31μm，在距离缝隙部3mm附近，缝隙间隔为6μm，在距离缝隙部5.5mm附近，缝隙间隔几乎为0μm。

   根据A钢缝隙间隔分布分为0°、90°、180°和270°4个位置的测定结果可知，无论在哪个位置中，在距离缝隙部0.5mm以上的深处，缝隙间隔都在10μm以下，在距离缝隙部5mm附近，缝隙间隔为0μm。在缝隙部附近和螺栓部附近的缝隙间隔会急剧扩大，这是因为在制作试样时进行研磨的同时缝隙边缘会变窄所致。即使在其他试样中，缝隙间隔分布也是相同的。

   2.2 Ni含量对缝隙腐蚀形态的影响

   观察CCT100循环后缝隙试样的外观和缝隙腐蚀面积率可以知道，在F钢（3.0%Ni）和H钢（11.3%Ni）中能看到在距离缝隙部大约5mm处有环状腐蚀，两种钢的缝隙腐蚀面积率基本相同，为20%左右。发生腐蚀的部位是缝隙间隔为0μm的位置。在缝隙间隔0μm的外侧，缝隙间隔会扩大，因此要频繁更换试验溶液，抑制pH的下降，由此可以抑制缝隙腐蚀的发生。

   另一方面，在A钢（0.2%Ni）中，几乎整个缝隙形成面都发生了腐蚀。当Ni含量少时，缝隙间隔会扩大，即使在pH不容易下降的部位，也发生了腐蚀。

   观察CCT200循环后、除锈后的缝隙试样的外观可以知道，与CCT100循环后一样，Ni含量超过3%的F钢和H钢的缝隙腐蚀面积率比A钢低，发生缝隙腐蚀的部位以距离缝隙部5mm以后的内周侧（缝隙间隔0μm部分）为中心，呈圆形状缝隙腐蚀。

   观察CCT后各试样出现最大侵蚀深度的侵蚀孔的截面照片可知， 侵蚀孔都是缝隙部半径（a）比侵蚀深度（b）大的侵蚀孔。另外，不论是100循环后，还是200循环后，都是Ni含量越多，侵蚀深度越浅，侵蚀孔变得更加扁平。另外，虽然所有钢种在200循环后的侵蚀深度都比100循环后的深，但侵蚀孔的扁平率基本相同。

   根据这些研究可以认为，添加Ni后，在干燥-湿热的盐分环境下可以抑制缝隙腐蚀的发生，同时使侵蚀孔变成扁平状，即使在发生腐蚀后，也能维持这种变化趋势。

   2.3 Ni含量对缝隙腐蚀深度的影响

   无论是在100循环后，还是在200循环后，随着Ni添加量的增加，最大侵蚀深度都呈变浅的趋势。

   图1示出用Gumber分布表示的A钢在CCT200循环后的最大侵蚀深度的分布图。分布图为直线状，由此暗示着铁素体不锈钢在CCT时的最大侵蚀深度是按照Gumber分布图分布的。

   根据Ni添加量对采用极值解析推定的最大侵蚀深度影响的结果可知，Ni添加量越多，最大侵蚀深度越浅，尤其是在Ni添加量达到2%左右时，影响明显。

   在CCT不同循环数时，采用极值解析推定的最大侵蚀深度表明，无论在何种Ni添加量情况下，倾斜线都基本为直线，Ni添加量越多，直线的倾斜度越小。

   虽然难以对干燥-湿热的盐分环境下的侵蚀速度进行定量评价，但在此次实验条件下，可以看出表示最大侵蚀的侵蚀孔会长期以基本一定的速度持续成长，并暗示着Ni添加量越多，成长速度越慢。

   3 试验结果分析

   3.1 缝隙腐蚀的单元反应过程

   缝隙侵蚀的发生和进行可以分为3个单元反应过程。

   阶段Ⅰ因缝隙结构的不同，侵蚀的扩展会受到限制，缝隙外会形成阴极氧气浓差电池，缝隙内会形成阳极氧气浓差电池，属于初期的钝态皮膜被破坏前的时期。这相当于缝隙发生侵蚀的潜伏期。

   阶段Ⅱ 初期的钝态皮膜被破坏，形成非成长性的侵蚀孔和侵蚀孔的再钝态化，同时缝隙内溶液的pH下降，属于低于材料再钝态化能（脱钝态化pH）之前的时期。这相当于缝隙发生侵蚀的过程，是非成长性-成长性缝隙发生迁移的区域。

   阶段Ⅲ 缝隙内的环境超越材料的再钝态化能，成长性的侵蚀孔会形成并成长，是侵蚀贯穿板厚之前的时期。这相当于缝隙侵蚀的成长过程。

   一般认为，材料的耐缝隙腐蚀性取决于上述3个单元反应过程。

   在干燥-湿热的盐分环境下，干燥形成的盐浓缩会变为非常严酷的腐蚀环境，因此可以推测阶段Ⅰ的影响小。

   由此可以推测，Ni在阶段Ⅱ和阶段Ⅲ能发挥有效的作用。可以认为，阶段Ⅱ的重要特性是脱钝态化pH（pHd）；阶段Ⅲ的重要特性是氯化物离子的浓缩和金属离子加水分解后形成的盐酸环境下的溶解速率。因此，对pHd和盐酸环境下的溶解速率分别进行了评价，并与CCT的结果进行了对照，研究了Ni对干燥-湿热的盐分环境下耐缝隙腐蚀性的影响。

   3.2 Ni对阶段Ⅱ缝隙腐蚀过程的影响

   根据Ni添加量对50℃下Ar饱和的HCl水溶液（pH1-0.5）中的pHd的影响调查可知，在Ni添加量达到1.4%的情况下，pHd只下降一点点。由此可以推测添加Ni在阶段Ⅱ可以延缓缝隙发生腐蚀。在CCT中，当Ni添加量越多时，在缝隙间隔大的地方可以抑制缝隙发生腐蚀，其原因也可以认为是由于pHd下降所产生的作用。但是，当Ni添加量超过1.4%时，所有钢种的pHd都为0.65，看不到增加Ni添加量可以使pHd下降的效果。

   3.3 Ni对阶段Ⅲ缝隙腐蚀过程的影响

   在研究缝隙腐蚀成长过程中侵蚀孔成长速度时，研究支配全反应速度的过程是一个重要问题。在一般的缝隙腐蚀环境下，发生阴极反应的缝隙外开闭部的面积比缝隙内的大很