不銹鋼的耐腐蝕性能

1、.所有金屬都和大氣中的氧氣進行反應，在表面形成氧化膜。不幸的是，在普通碳鋼上形成的氧化鐵繼續(xù)進行氧化，使銹蝕不斷擴大，最終形成孔洞。可以利用油漆或耐氧化的金屬（例如，鋅，鎳和鉻）進行電鍍來保證碳鋼表面，但是，正如人們所知道的那樣，這種保護僅是一種薄膜。如果保護層被破壞，下面的鋼便開始銹蝕。不銹鋼的耐腐蝕性取決于鉻，但是因為鉻是鋼的組成部分之一，所以保護方法不盡相同。在鉻的添加量達到105時，鋼的耐大氣腐蝕性能顯著增加，但鉻含量更高時，盡管仍可提高耐腐蝕性，但不明顯。原因是用鉻對鋼進行合金化處理時，把表面氧化物的類型改變成了類似于純鉻金屬上形成的表面氧化物。這種緊密粘附的富鉻氧化物保護表面，防止

2、進一步地氧化。這種氧化層極薄，透過它可以看到鋼表面的自然光澤，使不銹鋼具有獨特的表面。而且，如果損壞了表層，所暴露出的鋼表面會和大氣反應進行自我修理，重新形成這種氧化物鈍化膜，繼續(xù)起保護作用。因此，所有的不銹鋼元素都具有一種共同的特性，即鉻含量均在105以上。普通碳鋼與大氣中氧，在金屬表面形成過氧化膜，然后繼續(xù)進行氧化，使銹蝕不斷擴大，形成“千層糕”式的腐蝕物，直至爛穿。不銹鋼的不銹性與鋼中鉻含量有光。鋼中鉻含量達到12%時，與大氣接觸，在不銹鋼表面產(chǎn)生一層鈍化膜（Cr2O3），它是致密的富鉻氧化物，有效地保護著不銹鋼表面，特別是能防止進一步再氧化。這種氧化膜極?。ㄖ挥袔讉€微米），頭各國它可以

3、看到鋼表面的自然光澤，使不惜剛既有獨特的表面。若表面鈍化膜一旦被破壞，鋼中的鉻與大氣中的氧心生成鈍化膜，繼續(xù)起保護作用。 不銹鋼遇到特殊環(huán)境，也會出現(xiàn)某些局部腐蝕，如孔蝕、晶間腐蝕、應力腐蝕、電偶腐蝕等。為了克服這些腐蝕，在鋼中分別加入了鉬、氮、鈦或鈮等元素，并研制出了低碳、超低碳、雙相不銹鋼等新品種，提高不銹鋼的耐腐性。不銹鋼的耐腐蝕性能一般隨鉻含量的增加而提高。其基本原理是，當鋼中有足夠的鉻時，在鋼的表面形成非常薄的至密的氧化膜，它可以防止進一步的氧化或義腐蝕。氧化性的環(huán)境可以強化這種膜，而還原性環(huán)境則必然破壞這種膜，造成鋼的腐蝕。（一）在各種環(huán)境中的耐腐蝕性能1.大氣腐蝕不銹鋼耐大氣腐蝕

4、基本上是隨大氣中的氯化物的含量而變化的。因此，靠近海洋或其他氯化物污染源對不銹鋼的腐蝕是極為重要的。一定量的雨水，只有對鋼表面的氯化物濃度起作用時才是重要的。農(nóng)村環(huán)境 1Cr13、1Cr17和奧氏體型不銹鋼可以適應各種用途，其外觀上不會有顯著的改變。因此，在農(nóng)村暴露使用的不銹鋼可以根據(jù)價格，市場供應情況，力學性能、制作加工性能和外觀來選擇。工業(yè)環(huán)境 在沒有氯化物污染的工業(yè)環(huán)境中，1Cr17和奧氏體型不銹鋼能長期工作，基本上保持無銹蝕，可能在表面形成污膜，但當將污膜清除后，還保持著原有的光亮外觀。在有氯化物的工業(yè)環(huán)境中，將造成不銹鋼銹蝕。海洋環(huán)境 1Cr13和1Cr17不銹鋼在短時期就會形成薄的

5、銹膜，但不會造成明顯的尺寸上的改變，奧氏體型不銹鋼如1Cr17Ni7、1Cr18Ni9和0Cr18Ni9，當暴露于海洋環(huán)境時，可能出現(xiàn)一些銹蝕。銹蝕通常是淺薄的，可以很容易地清除。0Cr17Ni12M02含鉬不銹鋼在海洋環(huán)境中基本上是耐腐蝕的。除了大氣條件外，還有另外兩個影響不銹鋼耐大氣腐蝕性能的因素。即表面狀態(tài)和制作工藝。精加工級別影響不銹鋼在有氯化物的環(huán)境中的耐腐蝕性能。無光表面（毛面）對腐蝕非常敏感。即正常的工業(yè)精加工表面對銹蝕的敏感性較小。表面精加工級別還影響污物和銹蝕的清除。從高精加工的表面上清除污物和銹蝕物很容易，但從無光的表面上清除則很困難。對于無光表面，如果要保持原有的表面狀態(tài)

6、則需要經(jīng)常的清理。2.淡水淡水可定義為不分酸性、鹽性或微咸，來源于江河、湖泊、池塘或井中的水。淡水的腐蝕性受水的pH值、氧含量和成垢傾向性的影響。結垢（硬）水。其腐蝕性主要由在金屬表面形成垢的數(shù)量和類型來決定。這種垢的形成是存在其中的礦物質和溫度的作用。非結垢（軟）水，這種水一般比硬水的腐蝕性強?？梢酝ㄟ^提高pH值或減少含氧量來降低其腐蝕性。1Cr13不銹鋼明顯地比碳素鋼耐淡水腐蝕，而且在淡水中使用有極好的特征。這種鋼廣泛用于例如需要高強度和耐腐蝕的船塢和水壩等用途。然而，應當考慮到在某些情況下。1Cr13在淡水中可能對中度點蝕敏感.但是點蝕完全可以用陰極防蝕方法來避免。1Cr17和奧氏體型不

7、銹鋼在室溫（環(huán)境溫度）幾乎完全可以耐淡水腐蝕。3.酸性水酸性水是指從礦石和煤浸析出的被污染的自然水，由于是較強的酸性所以其腐蝕性比自然淡水強得多。，由于水對礦石和煤中所含硫化物的浸析作用，酸性水中通常含有大量的游離硫酸，此外，這種水含有大量的硫酸鐵，對碳鋼的腐蝕有非常大的作用。受酸性水作用的碳鋼設備通常很快被腐蝕。用受酸性河水作用的各種材料所做試驗的結果表明，在這種環(huán)境下奧氏體型不銹鋼有較高的耐腐蝕性能。奧氏體型不銹鋼在淡水和酸性河水中有極好的耐腐蝕性能，特別是其腐蝕膜對熱傳導的阻礙較小，所以在熱交換用途中廣泛使用不銹鋼管。4.鹽性水鹽性水的腐蝕特點是經(jīng)常以點蝕的形式出現(xiàn)。對于不銹鋼，在很大程

8、度上是由于鹽性水導致起耐腐蝕作用的鈍化膜局部破壞。這些鋼發(fā)生點蝕的其他原因是附著于不銹鋼設備上的茗荷介和其他海水有機物可形成報送的濃差電池。一旦形成，這些電池非?；钴S，并且造成大量腐蝕和點蝕。在鹽性水高速流動的情況下，例如泵的葉輪，奧氏體型不銹鋼的腐蝕通常是非常小的。對使用不銹鋼管的冷凝器，需保持水流速大于1.5m/s，以使海水有機物和其他固體在管中集聚得最少。對處理鹽性水的不銹鋼設備的結構，在設計時最好是減少縫隙和使用厚壁部件。5.土壤埋入土壤中的金屬，取決于天氣和其他因素，處于隨時都在變化的復雜的狀態(tài)下。實踐證明，奧氏體型不銹鋼一般具有極好的耐大多數(shù)土壤腐蝕的性能，而1Cr13和1Cr17

9、則在很多土壤中要產(chǎn)生點蝕。0Cr17Ni12Mo0不銹鋼在所有土壤的試驗中完全可以耐點蝕。6.硝酸含鉻不小于14%的鐵素型不銹鋼和奧氏體型不銹鋼有極好的耐硝酸腐蝕的性能。1Cr17不銹鋼己廣泛用于硝酸工廠的加工設備。然而，由于0Cr18Ni9通常具有較好的成形性能和焊接性能，因此在上述用途中己大量取代了1Cr17不銹鋼.其他奧氏體型不銹鋼的耐硝酸腐蝕性能與0Cr18Ni9相近。0Cr17不銹鋼通常比0Cr18Ni9的腐蝕速率稍高，并且較高的溫度和濃度對其有較大的有害影響。如果對鋼進行的熱處理不適當，熱硝酸將使奧氏體和鐵素體型不銹鋼產(chǎn)生晶間腐蝕，因此，可用適當?shù)臒崽幚韥眍A防這種類型的腐蝕，或者使

10、用耐這種類型腐蝕的不銹鋼。7.硫酸標準不銹鋼牌號很少用于硫酸溶液，因為其可使用的范圍很窄。在室溫條件下，0Cr17Ni12Mo2不銹鋼（最耐硫酸蝕的標準牌號）在硫酸濃度小于15%?；虼笥?5%時是耐腐蝕性的。然而在較高的濃度范圍，通常使用碳鋼。馬氏體和鐵素體型不銹鋼一般不耐硫酸溶液腐蝕。如同硝酸的情況一樣，如果對不銹鋼不進行適當?shù)奶幚恚蛩峥稍斐删чg腐蝕。對于焊接后不能進行熱處理的焊接結構，應使用低碳牌號00Cr19Ni10或00Cr17Ni14M02，或穩(wěn)定化的牌號0Cr18Ni11Ti或0Cr18Ni11Nb不銹鋼.8.磷酸奧氏體型不銹鋼不銹鋼具有好的耐磷酸溶液腐蝕的性能，并廣泛用于磷酸的

11、生產(chǎn)和處理設備。在溫度最高達107的各種濃度的情況下，其具有有效的耐腐蝕性能。在溫度最高約達95的情況下，用0Cr17Ni12M02不銹鋼的設備可以很好地處理（達磷酸）“超過100%H3p04）。應注意，氟化物或氯化物鹽類微量雜質有時存在于用濕法工藝生產(chǎn)的磷酸中。酸中的這些鹵化物的存在可能對不銹鋼的耐腐蝕性能有有害的影響。馬氏體和鐵素體型不銹鋼的耐磷酸腐蝕性能顯著地比奧氏體不銹鋼要差，因此一般不用于這種酸。9.鹽酸甚至在室溫，各種濃度的鹽酸溶液都很快地腐蝕不銹鋼。因此在這種酸中不可能使用不銹鋼。10、其他無機酸奧氏體型不銹鋼在幾乎各種濃度和溫度下一般都具有好的耐硼酸、碳酸、氯酸和鉻酸腐蝕的性能

12、，100%氯酸除外。1Cr13和1Cr17不銹鋼對鉻酸的耐腐蝕性能顯著地不如奧氏體型不銹鋼，但具有相對較好的耐硼酸和碳酸腐蝕的性能。11、乙酸奧氏體型不銹鋼一般有極好的耐乙酸腐蝕的性能，而馬氏體和鐵素體型不銹鋼對大多數(shù)耐乙酸腐蝕的用途是不適當?shù)?。奧氏體型不銹鋼在室溫完全可以耐各種濃度乙酸的腐蝕，在較高的溫度，0Cr17Ni12Mo2和0Cr19Ni13M03比其他奧氏體型不銹鋼有更好的耐乙酸腐蝕性能。12、甲酸在室溫情況下，可以用任何奧氏體型不銹鋼完全地處理甲酸。然而，當是熱的甲酸時，它可以很快地腐蝕不含鉬的不銹鋼，因此，需要使用0Cr17Ni12M02和0Cr19Ni13M03。在各種溫度下

13、甲酸都會很快地腐蝕馬氏體和鐵素體型不銹鋼。13、草酸一般情況下，在室溫、最高濃度至少為50%時，不銹鋼有好的耐草酸腐蝕的性能。然而在較高的溫度，草酸溶液正如在室溫、濃度為100%時一樣，對所有的不銹鋼都會有相當?shù)母g。14、乳酸0Cr18Ni9不銹鋼在溫度最高約達38時可用于乳酸貯存設備。在較高的溫度，無鉬奧氏體型不銹鋼產(chǎn)生點蝕，所以優(yōu)先選用0Cr17Ni12M02和0Cr19Ni13M03。馬氏體和鐵素體型不銹鋼一般來說耐乳酸腐蝕的能力較低。15、堿不銹鋼通常有較好的耐弱堿腐蝕的性能，例如氫氧化銨。對于強堿，如氫氧化鈉和氫氧化鉀，在溫度最高約為105、濃度最高約為50%時，奧氏體型不銹鋼有好

14、的耐腐蝕性能，在較高的溫度和濃度，腐蝕速率可能變得顯著。當溫度高于常壓沸點（和稍低的溫度，接近50%濃度）時，奧氏體型不銹鋼就會出現(xiàn)應力腐蝕裂紋。16、鹽酸液除在某些條件下的鹵化物溶液之外，不銹鋼一般來說有極好的耐鹽酸溶液腐蝕的性能，對于酸性鹽，不銹鋼的耐腐蝕性能在一定程度上必然受鹽水解所形成的特殊的酸的影響。對于較高溫度的酸性鹽溶液，含鉬奧氏體型不銹鋼（0Cr17Ni12Mo2和0Cr19Ni13Mo3）通常比其他牌號不銹鋼耐腐蝕性能要好。在不銹鋼用于鹵化物溶液，特別是氯化物溶液時，應考慮到即使腐蝕速率一般較低，但點蝕和（或）應力腐蝕裂紋在一定條件下也可能產(chǎn)生。盡管有很多在有氯化物的情況下使

15、用不銹鋼取得極好的效果（如食品加工設備和在相對低的溫度條件下流動的海水）但必需分別考慮各種用途。點蝕或應力腐蝕裂紋是否產(chǎn)生，取決于環(huán)境和設備設計及操作等方面很多和因素。（二）腐蝕現(xiàn)象1.點蝕如前所述，不銹鋼極好的耐腐蝕性能是由于在鋼的表面形成看不見的氧化膜，使其成為是鈍態(tài)的。該鈍化膜的形成是由于鋼暴露在大氣中時與氧反應，或者是由于與其他含氧的環(huán)境接觸的結果。如果鈍化膜被破壞，不銹鋼就將繼續(xù)腐蝕下去。在很多情況下，鈍化膜僅僅在金屬表面和局部地方被破壞，腐蝕的作用在于形成細小的孔或凹坑，在材料表面產(chǎn)生無規(guī)律分布的小坑狀腐蝕。2.引起點蝕的因素出現(xiàn)點蝕很可能是存在與去極劑化合的氯化物離子，不銹鋼等鈍

16、態(tài)金屬的點蝕常起因于某些侵蝕性陰離子對鈍化膜的局部破壞，保護有高耐腐蝕性能的鈍態(tài)通常需要氧化環(huán)境，但正好這也是出現(xiàn)點蝕的條件。產(chǎn)生點蝕的介質是在C1-、Br-、I-、Cl04-溶液中存在FE3+、Cu2+、Hg2+等重金屬離子或者含有H2O2、O2等的Na+、Ca2+堿和堿土金屬離子的氯化物溶液。點蝕速率隨溫度升高而增加。例如在濃度為4%-10%氯化鈉的溶液中，在90時達到點蝕造成的重量損失最大；對于更稀的溶液，最大值出現(xiàn)在較高的溫度。3.防止點蝕的方法避免鹵素離子集中。保證氧或氧化性溶液的均勻性，攪拌溶液和避免有液體不流動的小塊區(qū)域?；蛘咛岣哐醯臐舛龋蛘呷コ?。增加pH值。與中性或酸性氯化

17、物相比，明顯堿性的氯化物溶液造成的點蝕較少，或者完全沒有（氫氧離子起防腐蝕劑的作用）。在盡可能低的溫度下工作。在腐蝕性介質中加入鈍化劑。低濃度的硝酸鹽或鉻酸鹽在很多介質中是有效的（抑制離子優(yōu)先吸咐在金屬表面上，因此防止了氯化物離子吸咐而造成腐蝕）。采用陰極防腐。有證據(jù)表明，用與低碳鋼、鋁或鋅電隅合陰極保護的不銹鋼在海水中不會造成點蝕。含鉬2%-4%的奧氏體型不銹鋼具有良好的耐點蝕性能。使用含鉬奧氏體型不銹鋼可顯著減少點蝕或一般腐蝕，腐蝕介質例如氫化鈉溶液、海水、亞硫酸、硫酸、磷酸和甲酸。4.晶間腐蝕含碳量超過0.03%的不穩(wěn)定的奧氏體型不銹鋼（不含鈦或鈮的牌號），如果熱處理不當則在某些環(huán)境中易

18、產(chǎn)生晶間腐蝕。這些鋼在425-815之間加熱時，或者緩慢冷卻通過這個溫度區(qū)間時，都會產(chǎn)生晶間腐蝕。這樣的熱處理造成碳化物在晶界沉淀（敏化作用），并且造成最鄰近的區(qū)域鉻貧化使得這些區(qū)域對腐蝕敏感。敏化作用也可出現(xiàn)在焊接時，在焊接熱影響區(qū)造成其后的局部腐蝕。最通用的檢查不銹鋼敏感性的方法是65%硝酸腐蝕試驗方法。試驗時將鋼試樣放入沸騰的65%硝酸溶液中連續(xù)48h為一個周期，共5個周期，每個周期測定重量損失。一般規(guī)定，5個試驗周期的平均腐蝕率應不大于0.05mm/月。奧氏體型不銹鋼焊接結構的晶間腐蝕可用如下方法預防：使用低碳牌號00Cr19Ni10或00Cr17Ni14Mo2，或穩(wěn)定的牌號0Cr18

19、Ni11Ti或0Cr18Ni11Nb.使用這些牌號不銹鋼可防止焊接時碳化物沉淀出造成有害影響的數(shù)量。如果面品結構件小，能夠在爐中進行熱處理，則可在1040-1150進行熱處理以溶解碳化鉻，并且在425-815區(qū)間快速冷卻以防止瑞沉淀。焊接鐵素體不銹鋼在某些介質中也可能出現(xiàn)晶間腐蝕。這是當鋼從925以上快速冷卻時，碳化物或氧化物沉淀，金屬晶格應變造成的，焊接后進行消除應力熱處理可消除應力并恢復耐腐蝕性能。在1Cr17不銹鋼中加入超過8倍碳含量的鈦，通?？蓽p少焊接鋼結構在一些介質中的晶間腐蝕。然而加入鈦在濃硝酸中不是有效的。5.應力腐蝕裂紋應力腐蝕裂紋是靜應力和導致裂紋與金屬脆化的腐蝕共同的作用。只有拉伸應力造成這種形式的破壞。事實上，所有的金屬與合金（只有極少數(shù)的金屬除外）在某些環(huán)境中都易出現(xiàn)應力腐蝕裂紋，關于某些金屬的破壞是屬于“應力腐蝕”或是屬于“氫脆”（例如高強度鋼在硫化氫中的裂紋），還存在一些不同的觀點。為了進行討論