不銹鋼腐蝕與防護(hù)整合

不銹鋼腐蝕原理與防護(hù)

在空氣中或化學(xué)腐蝕介質(zhì)中能夠抵抗腐蝕的一種高合金鋼，不銹鋼是具有美觀的表面和耐腐蝕性能好，不必經(jīng)過鍍色等表面處理，而發(fā)揮不銹鋼所固有的表面性能,使用于多方面的鋼鐵的一種，通常稱為不銹鋼。代表性能的有13鉻鋼，18-鉻鎳鋼等高合金鋼。

從金相學(xué)角度分析，因?yàn)椴讳P鋼含有鉻而使表面形成很薄的鉻膜，這個(gè)膜隔離開與鋼內(nèi)侵入的氧氣起耐腐蝕的作用。為了保持不銹鋼所固有的耐腐蝕性，鋼必須含有12%以上的鉻。

不銹鋼的定義：不銹鋼種類“不銹鋼”一詞不僅僅是單純指一種不銹鋼，而是表示一百多種工業(yè)不銹鋼，所開發(fā)的每種不銹鋼都在其特定的應(yīng)用領(lǐng)域具有良好的性能。成功的關(guān)鍵首先是要弄清用途，然后再確定正確的鋼種。和建筑構(gòu)造應(yīng)用領(lǐng)域有關(guān)的鋼種通常只有六種。它們都含有17～22%的鉻，較好的鋼種還含有鎳。添加鉬可進(jìn)一步改善大氣腐蝕性，特別是耐含氯化物大氣的腐蝕。不銹鋼常按組織狀態(tài)分為：馬氏體鋼、鐵素體鋼、奧氏體鋼、奧氏體-鐵素體（雙相）不銹鋼及沉淀硬化不銹鋼等。另外，可按成分分為：鉻不銹鋼、鉻鎳不銹鋼和鉻錳氮不銹鋼等。不銹鋼種類鐵素體不銹鋼含鉻15%～30%。其耐蝕性、韌性和可焊性隨含鉻量的增加而提高，耐氯化物應(yīng)力腐蝕性能優(yōu)于其他種類不銹鋼，屬于這一類的有Crl7、Cr17Mo2Ti、Cr25，Cr25Mo3Ti、Cr28等。鐵素體不銹鋼因?yàn)楹t量高，耐腐蝕性能與抗氧化性能均比較好，但機(jī)械性能與工藝性能較差，多用于受力不大的耐酸結(jié)構(gòu)及作抗氧化鋼使用。這類鋼能抵抗大氣、硝酸及鹽水溶液的腐蝕，并具有高溫抗氧化性能好、熱膨脹系數(shù)小等特點(diǎn)，用于硝酸及食品工廠設(shè)備，也可制作在高溫下工作的零件，如燃?xì)廨啓C(jī)零件等。奧氏體-鐵素體雙相不銹鋼兼有奧氏體和鐵素體不銹鋼的優(yōu)點(diǎn)，并具有超塑性。奧氏體和鐵素體組織各約占一半的不銹鋼。在含C較低的情況下，Cr含量在18%~28%，Ni含量在3%~10%。有些鋼還含有Mo、Cu、Si、Nb、Ti，N等合金元素。該類鋼兼有奧氏體和鐵素體不銹鋼的特點(diǎn)，與鐵素體相比，塑性、韌性更高，無室溫脆性，耐晶間腐蝕性能和焊接性能均顯著提高，同時(shí)還保持有鐵素體不銹鋼的475℃脆性以及導(dǎo)熱系數(shù)高，具有超塑性等特點(diǎn)。與奧氏體不銹鋼相比，強(qiáng)度高且耐晶間腐蝕和耐氯化物應(yīng)力腐蝕有明顯提高。雙相不銹鋼具有優(yōu)良的耐孔蝕性能，也是一種節(jié)鎳不銹鋼。奧氏體不銹鋼含鉻大于18%，還含有8%左右的鎳及少量鉬、鈦、氮等元素。綜合性能好，可耐多種介質(zhì)腐蝕。奧氏體不銹鋼的常用牌號(hào)有1Cr18Ni9、0Cr19Ni9等。0Cr19Ni9鋼的Wc<0.08%，鋼號(hào)中標(biāo)記為“0”。這類鋼中含有大量的Ni和Cr，使鋼在室溫下呈奧氏體狀態(tài)。這類鋼具有良好的塑性、韌性、焊接性、耐蝕性能和無磁或弱磁性，在氧化性和還原性介質(zhì)中耐蝕性均較好，用來制作耐酸設(shè)備，如耐蝕容器及設(shè)備襯里、輸送管道、耐硝酸的設(shè)備零件等，另外還可用作不銹鋼鐘表飾品的主體材料。奧氏體不銹鋼一般采用固溶處理，即將鋼加熱至1050～1150℃，然后水冷或風(fēng)冷，以獲得單相奧氏體組織。

馬氏體不銹鋼強(qiáng)度高，但塑性和可焊性較差。馬氏體不銹鋼的常用牌號(hào)有1Cr13、3Cr13等，因含碳較高，故具有較高的強(qiáng)度、硬度和耐磨性，但耐蝕性稍差，用于力學(xué)性能要求較高、耐蝕性能要求一般的一些零件上，如彈簧、汽輪機(jī)葉片、水壓機(jī)閥等。這類鋼是在淬火、回火處理后使用的。鍛造、沖壓后需退火。沉淀硬化不銹鋼基體為奧氏體或馬氏體組織，沉淀硬化不銹鋼的常用牌號(hào)有04Cr13Ni8Mo2Al等。其能通過沉淀硬化（又稱時(shí)效硬化）處理使其硬（強(qiáng)）化的不銹鋼。你以為不銹鋼真的是不銹的嗎？那你就錯(cuò)啦！高溫腐蝕（干腐蝕）Cr－O體系在高溫下的揮發(fā)平衡體系在高溫下的揮發(fā)平衡Cr(s)+3/2O2(g)=Cr2O3(s)

（1）Cr(s)=Cr(g)（2）Cr2O3(s)=Cr(g)+3/2O2(g)（3）Cr(s)+3/2O2(g)=CrO3(g)（4）CrO3(g)=Cr2O3(s)+3/2O2(g)

（5）在低氧壓時(shí)，鉻的蒸氣壓最大；高氧壓時(shí)，CrO3的蒸氣壓最大。Cr-O體系的這種性質(zhì)對(duì)鉻及含鉻的合金的氧化產(chǎn)生極大的影響。在Cr2O3/合金界面處氧分壓很低，此處的鉻的蒸氣壓極高，有可能使Cr2O3膜與基體分離。由于存在平衡反應(yīng)（5），在高氧壓時(shí)，Cr2O3膜與氣相界面處形成很高的CrO3蒸氣壓，Cr2O3膜將會(huì)因CrO3的揮發(fā)損傷而變薄。特別是在氣流速度很快的時(shí)候，CrO3揮發(fā)速度更快，加速Cr2O3膜的損耗。均勻（全面）腐蝕腐蝕速率適用性<0.01mm/yr耐腐蝕性強(qiáng)適用0.1~1.00mm/yr處于亞穩(wěn)態(tài)謹(jǐn)慎使用>1.00mm/yr腐蝕嚴(yán)重不適用一般腐蝕的特點(diǎn)：

腐蝕在不銹鋼表面均勻發(fā)生，是所有腐蝕中危害性最小的電化學(xué)腐蝕腐蝕原理

（1）兩種不同的金屬相互接觸（或連通）

（2）在電解質(zhì)溶液中形成閉合回路

（3）兩種金屬存在電勢(shì)梯度（電勢(shì)差）影響因素

1.材料表面條件不同（劃傷、摩擦痕。焊接）2.一般情況下，隨著陰極對(duì)陽極面積的比值（即Sk/Sa）的增加，作為陽極體的金屬腐蝕速度也增加3.介質(zhì)電導(dǎo)率：對(duì)于海水等電導(dǎo)率高的介質(zhì)，電偶電流可分散到離接觸點(diǎn)較遠(yuǎn)的陽極表面上，陽極所受腐蝕較為“均勻”。但如果在軟水或普通大氣等電導(dǎo)率較低的介質(zhì)中，腐蝕會(huì)集中在離接觸點(diǎn)較ji近的陽極表面，相當(dāng)于把陽極的有效面積減少，增加了陽極局部表面的溶解速度磨損腐蝕定義：

高速流動(dòng)的顆粒清除了不銹鋼表面形成的易碎的氧化膜，致使新的金屬表面暴露在外遭受腐蝕攻擊。微生物腐蝕微生物腐蝕特點(diǎn)：這種類型的腐蝕是由活躍的微生物細(xì)菌引起的，它與縫隙腐蝕和點(diǎn)蝕有許多相似之處。

易發(fā)生微生物腐蝕的區(qū)域：－自然潮濕環(huán)境－潮濕泥土中－河流和礦井水中引起腐蝕的微生物類型：－好氧型（須在有氧氣的環(huán)境中生存）在潮濕的溶液中很活躍

－厭氧型（須在沒有氧氣的環(huán)境中生存）在潮濕的溶液中不活躍點(diǎn)蝕定義：點(diǎn)腐蝕也稱為小孔腐蝕，是電化學(xué)腐蝕的一種形式，是不銹鋼常見的局部腐蝕的一種。機(jī)理：由于鋼中存在缺陷、雜質(zhì)和溶質(zhì)等的不均勻性，當(dāng)介質(zhì)中含有某些活性陰離子（cl-），首先被吸附在金屬表面某些點(diǎn)上，從而使不銹鋼表面鈍化膜發(fā)生破壞。由于鈍化膜破壞處的基體金屬顯露出來使其呈活化狀態(tài)，而鈍化膜處為鈍態(tài)，這樣就形成了活性-鈍性腐蝕電池。由于陽極表面積比陰極表面積小的多，陽極電流密度大，所以陽極金屬很快腐蝕成小孔。產(chǎn)生點(diǎn)蝕有兩個(gè)重要條件，一是金屬在介質(zhì)中必須達(dá)到某一臨界電位，二是侵蝕性的鹵化物陰離子達(dá)到某一濃度。影響因素：－Cl-影響：Cl-的作用使鈍化膜局部破壞，此部位優(yōu)先發(fā)生腐蝕－溫度影響：溫度越高腐蝕越快－表面污物影響：表面附著污染物阻止了氧氣的流通不銹鋼的縫隙腐蝕定義金屬部件在介質(zhì)中，由于金屬與金屬或金屬與非金屬之間形成特別小的縫隙，使縫隙內(nèi)介質(zhì)處于滯留狀態(tài)，引起縫內(nèi)金屬的加速腐蝕。機(jī)理在電解液和結(jié)構(gòu)縫隙存在的條件下，縫隙內(nèi)有關(guān)物質(zhì)移動(dòng)受到阻滯，形成濃差電池從而產(chǎn)生局部腐蝕；由于電解質(zhì)中的，擴(kuò)散在氣-液交界面上形成三相界面而產(chǎn)生強(qiáng)烈的水線腐蝕，以及形成活化-鈍化電池的閉塞電池。因?yàn)榭p隙內(nèi)是缺氧區(qū)，成為陽極，其后也產(chǎn)生自催化加速作用，一旦發(fā)生就迅速進(jìn)展，縫隙腐蝕在含氯離子溶液中最容易發(fā)生。晶間腐蝕機(jī)理：Cr23C6在晶界形成，少量的C消耗了相對(duì)大量的Cr，使晶界區(qū)域貧鉻，

這個(gè)現(xiàn)象就被稱作敏化。晶界上由于貧鉻所以耐蝕和鈍化能力更低。這些區(qū)域（晶界）在電化學(xué)的作用下優(yōu)先腐蝕——晶界形成小的腐蝕性的陽極，晶體形成大的非腐蝕性的陰極。沿晶界的腐蝕使晶粒整個(gè)從金屬上脫離。定義：晶間腐蝕是一種常見的局部腐蝕。腐蝕沿著金屬或合金的晶粒邊界或它的鄰近區(qū)域發(fā)展，晶粒本身腐蝕很輕微，這種腐蝕便稱為晶間腐蝕.C與Cr具有極強(qiáng)的親合力，形成碳鉻化合物（Cr23C6），這種現(xiàn)象主要發(fā)生在450℃～850℃的高溫范圍內(nèi)。－在低溫下，C缺少與Cr形成化合物的活力，不易發(fā)生絡(luò)合－更高的溫度下，不會(huì)形成碳鉻化合物，即使已經(jīng)形成的碳鉻化合物也會(huì)慢慢溶解

應(yīng)力腐蝕（SCC）金屬材料在固定拉應(yīng)力和特定介質(zhì)的共同作用下所引起的破裂。應(yīng)力腐蝕產(chǎn)生的條件：1.足夠大的拉伸應(yīng)力（應(yīng)超過某一極限值）；2.要有特定一是要有的腐蝕環(huán)境（包括腐蝕介質(zhì)的成分、濃度和溫度等）；3.金屬材料要具有特定的合金成分和組織（包括晶粒大小、晶粒取向、形態(tài)、相結(jié)構(gòu)、各類缺陷等）。影響SCC的因素：－拉應(yīng)力：拉應(yīng)力越大應(yīng)力腐蝕破裂的危險(xiǎn)性越高（壓應(yīng)力不產(chǎn)生SCC）－溫度：溫度越高，發(fā)生應(yīng)力腐蝕破裂的危險(xiǎn)性越大

－有害離子的存在（通常是鹵離子，常見的Cl－；氫氧根離子（例如：NaOH）和硫化氫（H2S）能在高溫和高濃度的情況下引起SCC。）

應(yīng)力腐蝕SCC機(jī)理（目前，沒有定論）1.幾種觀點(diǎn)A.電化學(xué)腐蝕為主的觀點(diǎn)B.吸附理論C.氫脆理論D.斷裂力學(xué)理論2.機(jī)理（電化學(xué)腐蝕為主的觀點(diǎn)）（1）材料表面總會(huì)存在電化學(xué)的不均勻性（鈍化膜不連續(xù)、缺陷等）（2）表面缺陷是形成裂紋源的活性點(diǎn)，表面的劃傷、小孔、縫隙就是現(xiàn)成的裂紋源。（3）裂紋源在特定介質(zhì)（活性陰離子）和拉應(yīng)力的作用下有可能產(chǎn)生塑性變形，表面膜拉破，新露基體電位較負(fù)，形成特小陽極，形成蝕坑裂紋。（4）裂紋尖端應(yīng)力集中，材料迅速形變屈服，表面膜破裂，加速溶解，這些步驟連續(xù)交替進(jìn)行，裂紋不斷向深處擴(kuò)展，最后導(dǎo)至斷面破裂。全面腐蝕局部腐蝕干式腐蝕濕式腐蝕粒間腐蝕孔蝕電位腐蝕縫隙腐蝕環(huán)境引起的腐蝕應(yīng)力腐蝕腐蝕種類均勻腐蝕的程度取決于鋼種和介質(zhì)條件。腐蝕種類腐蝕形態(tài)原因與機(jī)構(gòu)防治方法均勻腐蝕全面腐蝕不銹鋼處于強(qiáng)酸、強(qiáng)堿溶液中，大多是屬于均勻腐蝕。1、避免使用于強(qiáng)酸強(qiáng)堿之環(huán)境中。

2、選用耐蝕環(huán)境之鋼種一種局部的選擇性的自晶界區(qū)發(fā)生的腐蝕腐蝕種類腐蝕形態(tài)原因與機(jī)構(gòu)防治方法粒間腐蝕局部腐蝕沃斯田不銹鋼緩慢經(jīng)過450-850℃范圍時(shí)，碳和鉻形成碳化鉻析出于晶體邊界，其鄰近之鉻含量因而減少，形成缺鉻區(qū)，因此抗蝕性大減，此稱為敏化現(xiàn)象。1、施予高溫固溶化處理，使碳化鉻溶解，并急速冷卻以防碳化鉻析出。

2、降低C含量避免碳化物析出。

3、添加安定劑鈦。4.加快冷卻速度（縮短焊接接頭在危險(xiǎn)溫度區(qū)(450～850~C)停留的時(shí)間，使其不致形成貧鉻區(qū)）

金屬殘留一定要注意清理干凈，避免產(chǎn)生雜散電流

腐蝕種類腐蝕形態(tài)原因與機(jī)構(gòu)防治方法雙金屬腐蝕（電位腐蝕）局部腐蝕不同金屬接合后，因其電位不同，形成封閉回路，有電流產(chǎn)生，活性大者為陽極，發(fā)生腐蝕反應(yīng)1、選擇電位相近之金屬。

2、在扣件與底材之間使用橡膠或陶瓷墊片。

3、扣件材料選用比底材較鈍態(tài)之金屬，扣件作為“小陰極”。

4、成為陽極的活性金屬，表面積盡可能放大。腐蝕種類腐蝕形態(tài)原因與機(jī)構(gòu)防治方法孔蝕局部腐蝕1、溶液中含有氯化物幾溴化物的鹵素離子，能突破不銹鋼表面的鈍化膜，產(chǎn)生腐蝕。2、金屬表面有灰塵、鐵屑、污物等沉積物，回阻礙不銹鋼與空氣接觸，做成缺氧，使鈍化膜失去功效，產(chǎn)生孔蝕1、選用抗孔蝕性良好之鋼種。

2、降低鹵素離子濃度，特別是Cl和Br。

3、在低溫操作，應(yīng)保持液體流動(dòng)。

4、加入抑制劑如NaNo3，可降低孔蝕發(fā)生。

5、加入NaOH提高PH值，PH≥11不會(huì)產(chǎn)生孔蝕。

6、采陰保護(hù)法。若連續(xù)發(fā)展，能導(dǎo)致腐蝕穿孔直至整個(gè)設(shè)備失效。造成巨大的經(jīng)濟(jì)損失，甚至產(chǎn)生危害性更大的事故。氯化物溶液中最為嚴(yán)重腐蝕種類腐蝕形態(tài)原因與機(jī)構(gòu)防治方法縫隙腐蝕局部腐蝕主要原因是間隙內(nèi)溶液不能流通，溶液滯留過久缺乏氧氣，造成間