各種不銹鋼的耐腐蝕性能

1、各種不銹鋼的耐腐蝕性能304 是一種通用性的不銹鋼，它廣泛地用于制作要求良好綜合性能（耐腐蝕和成型性）的設備和機件。 301 不銹鋼在形變時呈現(xiàn)出明顯的加工硬化現(xiàn)象，被用于要求較高強度的各種場合。 302 不銹鋼實質(zhì)上就是含碳量更高的304不銹鋼的變種，通過冷軋可使其獲得較高的強度。 302B 是一種含硅量較高的不銹鋼，它具有較高的抗高溫氧化性能。 303和303Se 是分別含有硫和硒的易切削不銹鋼，用于主要要求易切削和表而光浩度高的場合。303Se不銹鋼也用于制作需要熱鐓的機件，因為在這類條件下，這種不銹鋼具有良好的可熱加工性。 304L 是碳含量較低的304不銹鋼的變種，用于需要焊接的場合

2、。較低的碳含量使得在靠近焊縫的熱影響區(qū)中所析出的碳化物減至最少，而碳化物的析出可能導致不銹鋼在某些環(huán)境中產(chǎn)生晶間腐蝕（焊接侵蝕）。 304N 是一種含氮的不銹鋼，加氮是為了提高鋼的強度。 305和384 不銹鋼含有較高的鎳，其加工硬化率低，適用于對冷成型性要求高的各種場合。 308 不銹鋼用于制作焊條。 309、310、314及330 不銹鋼的鎳、鉻含量都比較高，為的是提高鋼在高溫下的抗氧化性能和蠕變強度。而30S5和310S乃是309和310不銹鋼的變種，所不同者只是碳含量較低，為的是使焊縫附近所析出的碳化物減至最少。330不銹鋼有著特別高的抗?jié)B碳能力和抗熱震性 316和317 型不銹鋼含有

3、鋁，因而在海洋和化學工業(yè)環(huán)境中的抗點腐蝕能力大大地優(yōu)于304不銹鋼。其中，316型不銹鋼由變種包括低碳不銹鋼316L、含氮的高強度不銹鋼316N以及合硫量較高的易切削不銹鋼316F。 321、347及348 是分別以鈦，鈮加鉭、鈮穩(wěn)定化的不銹鋼，適宜作高溫下使用的焊接構件。348是一種適用于核動力工業(yè)的不銹鋼，對鉭和鉆的合量有著一定的限制。不銹鋼的腐蝕與耐腐蝕的基本原理 金屬受環(huán)境介質(zhì)的化學及電化學作用而被破壞的現(xiàn)象即腐蝕。化學腐蝕的環(huán)境介質(zhì)是非電解質(zhì)（汽油、苯、潤滑油等），電化學腐蝕的環(huán)境介質(zhì)是電解質(zhì)（各種水溶液）。電化學腐蝕是涉及電子轉(zhuǎn)移的化學過程，該過程能否進行取決于金屬能否離子化，而離

4、子化的趨勢可用金屬的標準電極電位（0）來表示。由于碳化物、夾雜物，以及組織、化學成分和內(nèi)部應力的不均勻等的作用，將促使各部分在電解液中產(chǎn)生相互間的電極電位差。電極電位差愈大，微陽極和微陰極間的電流強度愈大，鋼的腐蝕速度也愈大，微陽極部分產(chǎn)生嚴重的腐蝕。在電化學腐蝕中能夠控制腐蝕反應速度的現(xiàn)象稱為極化，極化可使陽極與陰極參與反應的速度得到減弱和減緩。電解液中離子的緩慢移動、原子緩慢結(jié)合成氣體分子或電解液中離子的緩慢溶解，都可能是極化的表現(xiàn)形式。反應面積、攪拌或電解液流動、氧氣、溫度等因素，都將影響極化的速度。用極化技術與臨界電位可衡量金屬與合金在氯化物溶液中點腐蝕與縫隙腐蝕的敏感性。當不銹鋼與異

5、種金屬接觸時，需考慮電化學腐蝕。但若不銹鋼是正極，則不會產(chǎn)生電流腐蝕。鈍化狀態(tài)金屬的耐腐蝕性取決于鉻含量、環(huán)境中的氯化物和氧含量以及溫度。某些元素（如氯）可以擊穿鈍化膜，造成鈍化膜不連續(xù)處的金屬被腐蝕，故使用鈍化狀態(tài)金屬的用戶應特別注意點腐蝕、應力腐蝕開裂、敏化以及貧氧腐蝕等。為了提高不銹鋼的耐腐蝕性能，其應易處于鈍化狀態(tài)（必要條件），鈍化后腐蝕電流密度要低（腐蝕速度），鈍化狀態(tài)的電位范圍要寬（相對穩(wěn)定性）。對于含鎳材料來說，腐蝕有兩種主要形式：一種是均勻腐蝕，另一種是局部腐蝕。在海洋大氣中的鐵銹就是一種一般或均勻腐蝕的典型例子。此處金屬在其整個表面上均勻地被腐蝕。在這種情況下，鋼表面形成疏松

6、層，這層腐蝕產(chǎn)物很容易去除。另一方面，像合金400這種耐腐蝕性較好的金屬，它們在海洋大氣中表現(xiàn)出良好的均勻抗腐蝕性。這是由于合金400可形成一種非常薄而堅韌的保護膜。均勻腐蝕是一種最容易處理的腐蝕形式，因為工程師可以定量地確定金屬的腐蝕率并可精確地預測金屬的使用壽命。不銹鋼耐腐蝕性機理：在不銹鋼表面形成明顯的Cr2O3薄膜，O和Cr的含量有最低要求（10.5%）以獲得連續(xù)的保護性薄膜，以抑制侵蝕的發(fā)生。若保護性薄膜被損壞，它可以自然恢復。氧化膜的抗腐蝕性能取決于Mo、Ni、Cr、及N的含量。提高Cr含量可以提高不銹鋼的抗侵蝕性和當Cr2O3薄膜被損壞時增強了其自修復能力。Cr2O3薄膜對基體結(jié)

7、構（鐵素體或奧氏體）沒有任何影響。蝕斑：在較高溫度范圍內(nèi)處于氯化物、氟化物或氧化性溶液中，最初產(chǎn)生在夾雜物、表面損傷等保護膜不連續(xù)表面，而后將產(chǎn)生穿孔或形成新的保護膜（除去腐蝕物質(zhì)和沖洗過的部分）。主要產(chǎn)生于海邊環(huán)境、鹽水、海水或高氧化性溶液環(huán)境。為此，需除去或減少氯、氟含量，加強沖洗維護，提高鉻、鉬含量?？p隙腐蝕：在氯化物、氟化物或硫環(huán)境中，最初存在縫隙且氧極少，導致產(chǎn)生腐蝕直至縫隙擴展、裂開。主要產(chǎn)生于接縫、焊縫或附著物之下。為此，需消除縫隙和避免搭接，采用腐蝕抑制劑，不透水密封，提高鉻、鉬含量。由局部腐蝕而引起的破壞是很難預測的。因而，設備的壽命也不能精確地預計。這里給出幾種局部腐蝕的例

8、子。第一例是電化學腐蝕。當兩種或多種不同的金屬在某種導電液（電解液）存在條件下接觸和連接時，電化學腐蝕就發(fā)生了。此時，兩種金屬間建立了勢能差，同時電流將流動。電流會從抗腐蝕能力較差的金屬（即陽極）流向抗腐蝕能力較強的金屬（即陰極）。腐蝕由陰極上的反應情況而控制，如氫氣的生成或氧氣的還原。 如果某一大的陰極面與某一小的陽極面相連接時，陽極和陰極之間即會產(chǎn)生大的電流流動。這種情況必須避免。另一方面，當我們將此情況顛倒一下，即讓某一大的陽極面與小的陰極面相連接時，兩種金屬之間則會產(chǎn)生小的電流流動。這種情況是我們所期望的。 在實用指南中，我們將位于某一容器或槽中的焊接金屬接點設計為陰極。緊固件裝置是這

9、樣設計的，即將陰極緊固件（小面積）與陽極件（大面積）連接在一起。此概念的例子是將鋼板用銅鉚釘鉚接在一起并暴露在流動速度低的海水中，銅質(zhì)固定件為小的陰極面，而鋼板為大的陽極面。這種設計是非常便利的，而且可產(chǎn)生良好的相容性。 另一方面，如果相反進行連接，即用鋼鉚釘來固定銅板，則在鋼鉚釘上會產(chǎn)生非?？斓母g。此時，銅板則由于鋼的腐蝕而被陰極保護。有趣的是在這種情況下，銅離子的釋放被停止，銅板將被海水中的有機物纏結(jié)。通常，銅的腐蝕可阻止纏結(jié)有機物的附著。在電廠設計中，電化學腐蝕是非常重要的，而且不應被忽視。 第二個局部腐蝕的例子是浸蝕腐蝕。一塊石頭有可能堵塞在某一銅合金冷凝器的管子中。此時，石頭的下游

10、方向?qū)⒘⒓串a(chǎn)生紊流現(xiàn)象。這就會引起對銅保護氧化膜的浸蝕或磨損，并使未保護的銅合金金屬暴露，以致產(chǎn)生進一步的腐蝕。這種循環(huán)趨于繼續(xù)加劇浸蝕和腐蝕，直至造成管子穿孔為止。浸蝕腐蝕可通過采用良好的隔離技術來防止。 電廠技術人員常碰到的第三種局部腐蝕形式是縫隙腐蝕?？p隙腐蝕：是指在金屬構件縫隙處發(fā)生斑點狀或潰瘍形的宏觀蝕坑，當金屬表面出現(xiàn)某種沉淀或附著物時產(chǎn)生，是局部腐蝕的一種形式，它可能發(fā)全于溶液停滯的縫隙之中或屏蔽的表面內(nèi)。間隙類型（金屬-金屬、金屬-異種金屬）、間隙深度、內(nèi)外面積比等幾何尺寸因素，氧含量、氧離子濃度、PH值、溫度、擴散與對流、微生物等環(huán)境因素，金屬溶解、氧消耗、氫產(chǎn)生等電化學反應

11、，金屬組織不純、表面氧化、鈍化膜的特性等冶金因素，都將影響間隙腐蝕的發(fā)生與擴散。正好在沉淀物下面或縫隙內(nèi)，溶液中的氧含量是低的，在縫隙的外面大量溶液中的氧含量很高，這就建立了一個電池，其沉淀物下或縫隙中是陽極而其外面是陰極。含氯化物介質(zhì)的縫隙的內(nèi)部，PH值下降而氯化物濃集。這種酸性氯化物條件導致腐蝕加快并且是自動起媒介作用的。接著便發(fā)生了嚴重的局部腐蝕。這樣的縫隙可以在金屬與金屬或金屬與非金屬的接合處形成，例如，在與鉚釘、螺栓、墊片、閥座、松動的表面沉積物以及海生物相接燭之處形成?？p隙腐蝕可以在螺栓頭或墊圈作為陽極區(qū)時發(fā)生。防止沉淀物和結(jié)垢生成或使用高合金含量的材料將有助于減少縫隙腐蝕。 點腐

12、蝕（第四種局部腐蝕形式）是指在金屬材料表面大部分不腐蝕或腐蝕輕微而分散發(fā)生高度的局部腐蝕，常見蝕點的尺寸小于1.00mm，深度往往大于表面孔徑，輕者有較淺的蝕坑，嚴重的甚至形成穿孔。點蝕與縫隙腐蝕相似，尤其是在擴展階段。與縫隙腐蝕不同的是，點蝕在金屬表面沒有縫隙出現(xiàn)的情況下也可產(chǎn)生。與縫隙腐蝕相同的是，點蝕也是由于特殊的腐蝕劑如氯化物而造成的。它通常是由于金屬表面上的某個缺陷而引起的。例如，在不銹鋼或鎳合金保護性氧化層中的某個缺陷。與焊接有關的缺陷，如雜質(zhì)（MnS，可通過降低Mn、S含量，加入Ti、Zr等方法消除）、第二相（-鐵素體、相）、電弧沖擊處、飛濺物點蝕可通過采用抗腐蝕能力高的合金或消

13、除引起點蝕的化學元素的方法來防止。 一旦兩種形式的腐蝕開始，則點蝕和縫隙腐蝕的擴展情況是相同的。金屬離子，如不銹鋼的鐵離子，反應并形成亞鐵離子。亞鐵離子進一步氧化成三價鐵離子。氯化物試圖轉(zhuǎn)移到坑或縫隙區(qū)內(nèi)并且PH值降低至大約1或更低。在該區(qū)中氧含量很低。在坑或縫隙的外面大量溶液中，氧含量很高。 隨著坑的底部趨于陽極化，坑或縫隙的周圍區(qū)趨于陰極化，于是電池電流的關系即被形成。當坑或縫隙中的腐蝕進一步擴展時，則變?yōu)樽源呋磻?。三價鐵離子與氯離子作用形成氯化鐵。該反應不斷重復并快速產(chǎn)生金屬穿孔現(xiàn)象。點腐蝕發(fā)生的氯離子濃度較高，而間隙腐蝕在較低的氯離子濃度下也會發(fā)生。點蝕或縫隙腐蝕是一種非常危險的腐蝕

14、形式，因為它高度局部化并能快速造成金屬的穿透破壞。 第五種局部腐蝕形式即應力腐蝕開裂（SCC）指承受應力的合金在腐蝕性環(huán)境中由于烈紋的擴展而互生失效的一種通用術語，其常見鋼種包括不含Ti、Nb的18-8型和17-12-Mo型鋼、超低碳不銹鋼。在此情況下，金屬表面上形成疏松、片狀的腐蝕層。即使低速流動也會將腐蝕物的疏松層很容易地除去。于是，新的未腐蝕的金屬又被暴露出來，從而將形成許多另外的片狀層。再一次重復，這些片狀層被很容易地除去并且過程在繼續(xù)進行著。使用不易起化學反應的合金可以避免剝落腐蝕。應力腐蝕分為穿晶應力腐蝕和晶間應力腐蝕。穿晶應力腐蝕主要發(fā)生在含氯離子介質(zhì)中，很少發(fā)生在氫氧化物介質(zhì)中

15、；晶間應力腐蝕發(fā)生在一般的水溶液介質(zhì)中。應力腐蝕的影響因素主要是氯離子水溶液和堿性溶液（120以上會產(chǎn)生應力腐蝕）。氯離子應力腐蝕的影響因素有：材質(zhì)、組織和狀態(tài)、氯離子濃度（30010-6以上會產(chǎn)生應力腐蝕，小于2010-6不會發(fā)生應力腐蝕）、氧含量、溫度（75以上會產(chǎn)生應力腐蝕，低于50不會產(chǎn)生應力腐蝕）、PH值、應力大小。應力腐蝕開裂具有脆性斷口形貌，但它也可能發(fā)生于韌性高的材料中。Ni含量在812時發(fā)生應力腐蝕的傾向性最大。發(fā)生應力腐蝕開裂的必要條件是要有拉應力（不論是殘余應力還是外加應力，或者兩者兼而有之）和特定的腐蝕介質(zhì)存在。型紋的形成和擴展大致與拉應力方向垂直。這個導致應力腐蝕開裂

16、的應力值，要比沒有腐蝕介質(zhì)存在時材料斷裂所需要的應力值小得多。在微觀上，穿過晶粒的裂紋稱為穿晶裂紋，而沿晶界擴圖的裂紋稱為沿晶裂紋，當應力腐蝕開裂擴展至其一深度時（此處，承受載荷的材料斷面上的應力達到它在空氣中的斷裂應力），則材料就按正常的裂紋（在韌性材料中，通常是通過顯微缺陷的聚合）而斷開。因此，由于應力腐蝕開裂而失效的零件的斷面，將包含有應力腐蝕開裂的特征區(qū)域以及與已微缺陷的聚合相聯(lián)系的“韌窩”區(qū)域。 第六種局部腐蝕形式為選擇性浸出或脫合金成分腐蝕。在此情況下，一種元素，通常為最不易起化學作用的元素，被腐蝕介質(zhì)有選擇地去除而留下一個機械薄弱區(qū)。典型的例子是蒸汽和水介質(zhì)中黃銅的脫合金化。它可

17、取名為失鋅現(xiàn)象，這里鋅被有選擇地去除而銅又被重新鍍在金屬表面上。這種形式的腐蝕現(xiàn)在已很少見到，它可通過采用不易經(jīng)受脫合金化的合金來防止。 晶間腐蝕（第七種形式）出現(xiàn)于某些特殊的合金中，通常當它們在焊接或熱處理期間加熱到其敏感溫度區(qū)時即可能會發(fā)生晶間腐蝕。晶粒間界是結(jié)晶學取向不同的晶粒間紊亂錯合的界城，因而，它們是鋼中各種溶質(zhì)元素偏析或金屬化合物（如碳化物和相）沉淀析出的有利區(qū)城。當諸如某些不銹鋼合金加熱到425-870，鉻的碳化物即會在晶粒邊界析出。導致碳化物附近出現(xiàn)貧鉻區(qū)同時影響晶界區(qū)的鈍化性。在特殊介質(zhì)中，如硝酸或高溫水中，可能出現(xiàn)低鉻區(qū)的溶蝕現(xiàn)象。晶粒是以一種砂糖似的表面出現(xiàn)的。當用一取

18、樣器擦過時，它們很容易被擦掉。不銹鋼和鎳合金的晶間腐蝕可以通過采用低碳合金、加入碳化物形成元素如鈦或鈮，或利用穩(wěn)定化退火來使之避免。晶間腐蝕是一種有選擇性的腐蝕破壞，它與一般選擇性腐蝕不同之處在于，腐蝕的局部性是顯微尺度的，而宏觀上不一定是局部的。晶界上優(yōu)先腐蝕，雖然外觀上保持著金屬光澤，但晶粒間漸漸失去聯(lián)系以致晶粒脫落。晶間腐蝕的影響因素：金屬的化學成分和金相組織。含碳量愈高，愈易產(chǎn)生晶間腐蝕。鐵素體的存在可以防止晶間腐蝕，但晶粒度過大則會加速晶間腐蝕。焊前鋼材的受熱情況，若鋼材受過550850的預熱，則易發(fā)生晶間腐蝕。焊接、使用過程中存在應力。在中等氧化性環(huán)境中易產(chǎn)生晶間腐蝕。為此，應選用穩(wěn)定性好的低碳不銹鋼，極低含碳量和較高鈦、鈮、鉭、鋯含量的焊接材料，但該種焊縫強度低且易產(chǎn)生熱裂。 應力腐蝕裂紋（SCC）是第八種局部腐蝕形式。產(chǎn)生應力腐蝕裂紋的條件有三種： 敏感合金, 外加或殘余的拉應力, 特殊腐蝕劑。 應力腐蝕裂紋可能出現(xiàn)的一個典型例子是一條由AISI316型不銹鋼（UNSS31600）制成的絕熱蒸汽管線。絕熱材料中可能存在的氯化物當其受到雨淋時即可轉(zhuǎn)移到金屬表面。這種情況滿足了應力腐蝕裂紋的產(chǎn)生條件：一種敏感合金316型不銹鋼；一種