第五章不銹鋼抗腐蝕性能

,.第五章不銹鋼抗腐蝕性能不銹鋼的一般特性表面美觀，可使用性能多樣性；耐腐蝕性能好，可用于弱腐蝕及各種介質(zhì)環(huán)境較強腐蝕；強度硬度廣泛，使用各種性能要求；耐高溫、低溫性能好，使用溫度適用范圍大；加工性能好；可焊性好。但從不銹鋼定義可以看出，不銹鋼與其他鋼的區(qū)別就是不銹性，耐腐蝕性，所以我們研究一下它為什么不銹。謝謝閱讀5.1金屬的腐蝕類型金屬的腐蝕，是金屬與周圍介質(zhì)發(fā)生化學(xué)或電化學(xué)反應(yīng)而發(fā)生破壞的精品文檔放心下載現(xiàn)象。金屬的抗腐蝕或耐腐蝕性是指金屬抵抗腐蝕作用的能力。謝謝閱讀5.1.1化學(xué)腐蝕化學(xué)腐蝕是指金屬與周圍介質(zhì)直接發(fā)生化學(xué)反應(yīng)而產(chǎn)生的腐蝕，例如感謝閱讀鋼在高溫下氧化，就是一種典型的化學(xué)腐蝕，其產(chǎn)物沉積在金屬表面感謝閱讀上，也有人把這種腐蝕叫干腐蝕。如果金屬表面形成的腐蝕產(chǎn)物非常致密，則金屬與腐蝕介質(zhì)就會謝謝閱讀隔離，腐蝕就會阻滯，例如鋼鐵零件的蒸汽處理，法蘭（黑）處理，感謝閱讀就是使零件表面生成一層致密的Fe3O4薄膜，零件不再與周圍介質(zhì)感謝閱讀發(fā)生接觸，防止其化學(xué)反應(yīng)的進行，零件便被保護起來了。感謝閱讀,.5.1.2電化學(xué)腐蝕電化學(xué)腐蝕是金屬與周圍介質(zhì)接觸，由于電化學(xué)作用而引起表面感謝閱讀腐蝕的現(xiàn)象。例如鋼在室溫下的生銹主要是電化學(xué)腐蝕，在電化學(xué)腐謝謝閱讀蝕過程中有電流產(chǎn)生，電化學(xué)腐蝕是由于不同的金屬之間或同種金屬精品文檔放心下載的各相之間存在不同的電極電位，且相互碰撞，并存在于同一種電解感謝閱讀溶液中構(gòu)成分?jǐn)?shù)電池而引起的。如圖5-1。碳素鋼在退火或正火狀態(tài)下的組織是由鐵素體和滲碳體組成的，精品文檔放心下載并相互接觸。滲碳體的電極電位一般比鐵素體高，兩相之間存在著電感謝閱讀位差，當(dāng)鋼表面有水膜時，加上空氣中O2等氣體的溶解，在鐵素體感謝閱讀和滲碳體之間構(gòu)成一微電池，電極電位低的鐵素體稱為陽極而被腐蝕精品文檔放心下載引起鋼的破壞。如果將鋼件放在酸、堿、鹽等水溶液中，電化學(xué)腐蝕精品文檔放心下載作用更快。鋼中的碳化物、夾雜物等，各部分組織和成分不均，內(nèi)部謝謝閱讀應(yīng)力不均，都促使各部分在電解質(zhì)中促使相互間形成電極位差。這種精品文檔放心下載電極位差愈大，微陽極與微陰極間的電流強度愈大，鋼的腐蝕速度也感謝閱讀愈大。有人把電化學(xué)腐蝕稱為濕腐蝕，電化學(xué)腐蝕能否進行，取決于金屬能否被離子化，金屬離子化的趨勢，可以用金屬的標(biāo)準(zhǔn)電極電位（εσ）來說明。定性的說，金屬標(biāo)準(zhǔn)電極電位越負(fù)，則越容易 圖5-1 碳素鋼在潮濕空謝謝閱讀,.離子化。 氣中產(chǎn)生電化學(xué)腐蝕示意圖5.2純金屬的耐腐蝕純金屬有的耐腐蝕，有的不耐腐蝕，其耐腐蝕原因有以下三個方面原因。謝謝閱讀5.2.1由于熱力學(xué)穩(wěn)定耐腐蝕各種純金屬的熱力學(xué)穩(wěn)定性的大小，可由其標(biāo)準(zhǔn)電極電位做出近似判斷。標(biāo)準(zhǔn)電位較高（較正）者，熱力學(xué)方面較穩(wěn)定，標(biāo)準(zhǔn)電位較低（較負(fù)）者，熱力學(xué)方面的穩(wěn)定性也較低。精品文檔放心下載金屬電位是在一定條件下測定的，根據(jù)標(biāo)準(zhǔn)電位分為4類，不穩(wěn)定類有Fe,Cr,Mn,Ti,AL,V,Zn等，不夠穩(wěn)定類有Ni,Mo,Co,Sn,Pb等，較穩(wěn)定類有Bi,Si,As,Cu等，穩(wěn)定類有Pd,Pt,Au等。精品文檔放心下載金屬熱力學(xué)是每種金屬的固有特性。5.2.2由鈍化而耐腐蝕熱力學(xué)不穩(wěn)定金屬中，有不少在適當(dāng)條件下也能發(fā)生鈍化而轉(zhuǎn)化為耐腐蝕，如鋯、鈦、鉻、鎳、鐵等。多數(shù)可能鈍化的金屬都是在氧化性介質(zhì)中鈍化，如在硝酸或在強烈通氣溶液中等，而在Cl-,Br-,F-等離子作用下，鈍態(tài)容易遭到破壞。謝謝閱讀5.2.3由于生成保護性良好的腐蝕產(chǎn)物膜而耐腐蝕熱力學(xué)不穩(wěn)定的金屬中，除因鈍化而耐腐蝕外，還有因在腐蝕初期或一定階段成致密保護性能良好的腐蝕產(chǎn)物而耐腐蝕的，如鉛在硫酸溶液中，鐵在磷酸溶液中。精品文檔放心下載上面說的是純金屬耐腐蝕原理，從純金屬到合金含有合金化的問精品文檔放心下載,.題，加什么合金元素，如何通過合金化取得相應(yīng)的成分或通過熱處理精品文檔放心下載取得適宜的組織，以及如何控制雜質(zhì)和夾雜物，才能提高合金的耐腐精品文檔放心下載蝕性，這就是我們要研究和解決的問題。5.3提高合金耐腐蝕用途5.3.1腐蝕過程影響因素影響腐蝕的因素可以通過下式表達(dá)：I=k2 Eco—EAoPC+PA+RI---腐蝕電流，與腐蝕率成正比Eco—EAo---腐蝕體的陰陽極反應(yīng)時的平衡電位差感謝閱讀PC、PA---分別是腐蝕過程的陰陽極極化率R---腐蝕體系電阻k—常數(shù)5.3.2式中Eco—EAo是腐蝕推動力，代表腐蝕體的熱力學(xué)穩(wěn)定性。謝謝閱讀PC、PA、R不變的條件下，Eco—EAo越小，則腐蝕電流越小，腐蝕率越低。Eco是陰極平衡電位，EAo是陽極平衡電位，假如在一定介質(zhì)中Eco不變，如果可提高EAo則可減少腐蝕電流，這是熱力學(xué)穩(wěn)定方面考慮，譬如在銅中加入金，鎳中加入銅，鉻中加入鎳。都可以提高陽極平衡電位EAo這是因為加入的合金的高電極電位滯接結(jié)了合金。精品文檔放心下載5.3.3在動力學(xué)方面最好是根據(jù)腐蝕過程的控制因素尋求相應(yīng)的合精品文檔放心下載,.金化途徑。譬如：減少陰極面，如減少作為陰極的第二相，或夾雜物；感謝閱讀減弱陽極活動，或加易鈍化元素，譬如在鐵中加12-30%鉻，可使合謝謝閱讀金表面生成電阻極大的腐蝕產(chǎn)物。鋼在大氣中腐蝕產(chǎn)物如果是非晶狀精品文檔放心下載態(tài)氫基氧化鐵FeOx(OH)3-2X,則由于致密而具有保護性，鋼中加Cn,P謝謝閱讀則促使這種保護膜的形成，如10MnPNbRe牌號剛,就是根據(jù)這個原謝謝閱讀理研制成的耐大氣腐蝕鋼，日本SPA-H,SPA-C都是這類鋼。下面重精品文檔放心下載點討論的是最有效并且是切實可行的鐵中加鉻對對電極電位和鈍化感謝閱讀作用的影響。5.4不銹鋼耐腐蝕機理5.4.1鉻使鐵基固溶體的電極電位提高每種金屬都有自己的標(biāo)準(zhǔn)電極電位，這種標(biāo)準(zhǔn)電極電位是比較方法測得的。鐵的電極電位較低，為0.439，實踐證明把鉻加入鐵基固溶體后，可使其電極電位提高，當(dāng)達(dá)到一定濃度時這種提高發(fā)生突變，即當(dāng)鉻含量達(dá)到1/8,2/8,3/8……原子比時，鐵基固溶體的電極電位呈跳躍式提高，腐蝕也因此減弱，如圖2-2。感謝閱讀當(dāng)鐵—鉻固溶體中含鉻量達(dá)到1/8（即12.5%）原子這個n/8定律的第一個突變值時，即可使其電位有-0.56躍升到+0.2伏，這時就能抵抗大氣、水蒸氣及稀硝酸的腐蝕。如果需抵抗更高濃度酸（如沸騰濃硝酸）的腐蝕，就要增加含鉻量，使達(dá)到n/8定律的第二個突變值---25%原子濃度或更多。精品文檔放心下載5.4.2極化作用當(dāng)電流通過原來電池開始流動的瞬間，在電極上產(chǎn)生化學(xué)變化，精品文檔放心下載,.這些變化試圖建立一個新的與原來電池電壓方向相反的伏打電池，這種新的反電壓稱為極化。由于其方向與原來電池的電壓方向相反，從而使原來的電池電壓受到削弱。這就是說由于極化使得腐蝕電池中金屬的各電位彼此相互接近。為了提高金屬材料的耐腐蝕性，可以通過提高其極化性能來實現(xiàn)，不銹鋼極化曲線如圖5-2謝謝閱讀按電極分，A為活化區(qū)，P為鈍化區(qū)，T為過鈍化區(qū)。通過陽極極化曲線（ε陽）及相關(guān)的陽極極化曲線，1、2、3、4可求的腐蝕電位和腐蝕電流密度的陽極極化曲線與陰極極化曲線的變點A、B、C、D、E、F。 圖5-2不銹鋼的極化曲線感謝閱讀金屬或合金在不同條件下，其電化學(xué)腐蝕有四種狀態(tài)：一是活化狀精品文檔放心下載態(tài)，腐蝕電流強度較大，腐速度較快；二是相對穩(wěn)定狀態(tài)，即金屬處謝謝閱讀于可以鈍化，也可以活化狀態(tài)；三是鈍化穩(wěn)定狀態(tài)，金屬只處于鈍化精品文檔放心下載狀態(tài)，而且是穩(wěn)定的，能夠自動鈍化，只有很小的腐蝕電流，腐蝕速感謝閱讀度很小；四過鈍化狀態(tài)，金屬處于過鈍化狀態(tài)時有較高的腐蝕電流。精品文檔放心下載鈍化：有人說“不銹鋼的不銹性和耐腐蝕性是指其對遭到周圍環(huán)精品文檔放心下載境腐蝕的抵抗能力，或者說其對腐蝕產(chǎn)生的遲鈍程度，簡稱鈍化”。謝謝閱讀例如鋁從電動順序來看腐蝕速度應(yīng)該較高的，然而實際上，鋁除在鹵感謝閱讀化物外的很多介質(zhì)中都具有較強的耐腐蝕能力，這種現(xiàn)象就是鈍化。謝謝閱讀關(guān)于鈍化的解釋主要有兩種；一個是薄膜鈍化理論，一個是鉻吸收鐵精品文檔放心下載,.元子理論。5.5不銹鋼耐腐蝕性能評價不銹鋼在大氣及弱腐蝕介質(zhì)中的腐蝕速度和耐酸鋼在各種強烈腐感謝閱讀蝕介質(zhì)中的腐蝕速度小于0.01mm/α（毫米/年），就認(rèn)為是“完全耐精品文檔放心下載腐蝕”；腐蝕速度小于0.10mm/α，就認(rèn)為是“耐腐蝕”；腐蝕速度謝謝閱讀大于0.10mm/α，就認(rèn)為是“不耐腐蝕”。另外也有將金屬材料耐腐感謝閱讀性能按下表分類的：金屬材料耐腐蝕性能分類評級標(biāo)準(zhǔn)耐腐蝕性能耐腐蝕性能級別腐蝕速度mm/αⅠ完全耐腐蝕1≤0.00120.001~0.005相當(dāng)耐腐蝕3 0.005~0.014 0.01~0.05Ⅲ 耐腐蝕5 0.05~0.106 0.10~0.50尚耐腐蝕7 0.50~1.008 1.00~5.00耐腐蝕性能差9 5.00~10.00Ⅵ 不耐腐蝕 10 ﹥10.005.6合金元素在不銹鋼中的作用5.6.1碳碳對擴大奧氏體區(qū)的作用是鎳的30倍，但為了得到奧氏體不銹謝謝閱讀,.鋼，從來沒有利用碳的這一作用，因為碳的加入降低奧氏體鋼的耐腐蝕，尤其是降低奧氏體不銹鋼的耐晶間腐蝕性能，碳愈高晶間腐蝕傾愈大。精品文檔放心下載馬氏體不銹鋼為了提高強度要求加入較多的碳，奧氏體鋼中除作耐鋼使用的如TP304H、TP347H、TP321H、TP309H……等，要求謝謝閱讀將碳控制在一定范圍，其它包括鐵素體不銹鋼、雙相不銹鋼均要求碳含量小于某一定值。如0Cr18Ni9C≤0.07%、1Cr18Ni9C≤0.15%、1Cr18Ni9TiC≤0.12%,超低碳鋼要求碳小于0.03%，其它除個別的牌號外，大多數(shù)要求小于0.08%。小于多少，是說最高不能超過這個值，而不控制下限，正如文獻指出那樣，碳是不受歡迎又沒法去除的元素。謝謝閱讀5.6.2氮氮擴大奧氏體區(qū)的能力是鎳的25~30倍，為了節(jié)鎳曾發(fā)展了一些精品文檔放心下載Mn、N代替鎳的奧氏體不銹鋼，如12Cr17Mn6Ni5N,12Cr18Mn9Ni5N等。在極低碳的奧氏體不銹鋼中，氮即使在很低的范圍內(nèi)，晶間腐蝕傾向也隨氮含量的增加而增加，而在高氮含量范圍內(nèi)，氮不僅無害，而且是有益的元素，所以發(fā)展了不少含氮不銹鋼牌號，如00Cr18Ni10N，00Cr19Ni9N等。謝謝閱讀5.6.3鉻在不銹鋼的合金元素中，鉻是最重要的元素，可以這樣說，幾乎沒有一種不銹鋼不含鉻，因此對不銹鋼來說鉻是起決定性作用的元素。謝謝閱讀只有當(dāng)鉻在鐵基固溶體中原子比達(dá)到1/8時，如前面所說鋼的電精品文檔放心下載,.極電位會跳躍式增高，鋼的耐腐蝕性才會明顯提高。1/8原子比，即12.5%原子比，如果這算成質(zhì)量百分?jǐn)?shù)則為：謝謝閱讀所以有人把不銹鋼的最低鉻含量定為11.7%，并認(rèn)為只有含量高于這個下限值時才可以稱為不銹鋼，不銹鋼鉻含量的上限為30%。精品文檔放心下載5.6.4鎳鎳是奧氏體不銹鋼中的主要合金元素，形成并穩(wěn)定奧氏體，使鋼獲得完全奧氏體組織，加入鎳同時提高鋼的熱力學(xué)穩(wěn)定性，使之與相同鉻、鉬含量不加鎳的鐵素體、馬氏體不銹鋼相比，有更好的不銹性和耐氧化性介質(zhì)的性能；在如醋酸、草酸中性鹽（特別是硫酸鹽）等介質(zhì)中，鎳的添加對提高耐腐蝕性能都有作用。鎳除了強氧化性硝酸外，對抗其它介質(zhì)的腐蝕都是有益的。感謝閱讀5.6.5錳以錳代鎳會提高奧氏體不銹鋼的強度，文獻認(rèn)為錳對耐腐蝕性并沒有什么有益的影響，有試驗結(jié)果證明有時是有害的，如對點腐蝕、尿素介質(zhì)腐蝕。謝謝閱讀但也有人指出錳可大大提高鉻不銹鋼在有機酸（如醋酸、甲酸、乙醇酸）中的耐腐蝕性，并認(rèn)為使鉻不銹鋼達(dá)到鈍化狀態(tài)作用比鎳更強。精品文檔放心下載5.6.6鉬鉬可提高鈍化膜強度，增加耐局部腐蝕性，如點耐腐蝕、縫隙腐蝕，特別是在鹵鹽或海水中有氯離子的情況下。鉬還可以提高有氯化感謝閱讀,.物存在的介質(zhì)中的應(yīng)力腐蝕斷裂抗力，鉬還能提高鉻鎳不銹鋼的鈍化能力，擴大不銹鋼的鈍化介質(zhì)范圍，如在熱硫酸、稀鹽酸、磷酸及有機酸中，含鉬鋼都有滿意的使用效果。精品文檔放心下載5.6.7鈦、鈮鈦、鈮在奧氏體不銹鋼中能優(yōu)先形成碳化合物、氮化物，不僅可提高耐熱不銹鋼的持久強度，而且是防止晶間腐蝕的有效添加元素。謝謝閱讀根據(jù)粗略計算，將奧氏體鋼中的全部碳固定為Tic或Nbc所需的鈦、鈮含量分別為3.99%和7.78%，考慮到鈦、鈮要與鋼中氧、氮形成氧化物、氮化物，使有效含量相對降低，所以在目前標(biāo)準(zhǔn)中規(guī)精品文檔放心下載18Cr~8Ni奧氏體鋼中的鈦含量為5×（C-0.02）%~0.8%或5×C%~0.7%，鈮含量為不少于10×C%。在不同標(biāo)準(zhǔn)中關(guān)于鈦、鈮含量的規(guī)定略有不同。正是根據(jù)Ti、Nb在鋼中的作用和最適合的含量，而誕生了如1Cr18Ni9Ti、0Cr18Ni10Ti、0Cr18Ni12Mo3Ti等耐