(15-04-20)不銹鋼材料培訓

1、不銹鋼金屬材料及性質不銹鋼金屬材料及性質講師姓名：講師部門：新材料PC項目2015年04月20日學習要求學習要求l 課程目標：課程目標： 了解常用金屬材料性質了解常用金屬材料性質 掌握常見不銹鋼的耐腐蝕性能掌握常見不銹鋼的耐腐蝕性能 了解金屬腐蝕的原理了解金屬腐蝕的原理課程目錄課程目錄不銹鋼各元素的作用不銹鋼各元素的作用2 2不銹鋼的分類及特點不銹鋼的分類及特點3 3 1 1金屬腐蝕的原理及類型金屬腐蝕的原理及類型3 3 3 31.11.1鋼的定義鋼的定義鋼，是含碳量質量百分比介于鋼，是含碳量質量百分比介于0.02%0.02%至至2.04%2.04%之間之間的鐵合金的統(tǒng)稱。鋼的化學成分可以有很

2、大變化，的鐵合金的統(tǒng)稱。鋼的化學成分可以有很大變化，只含碳元素的鋼稱為碳素鋼（碳鋼）或普通鋼；只含碳元素的鋼稱為碳素鋼（碳鋼）或普通鋼；在實際生產中，鋼往往根據(jù)用途的不同含有不同在實際生產中，鋼往往根據(jù)用途的不同含有不同的合金元素，比如：錳、鎳、釩等等。的合金元素，比如：錳、鎳、釩等等。1.21.2不銹鋼的分類不銹鋼的分類1.31.3常見鋼材料的組分及特點常見鋼材料的組分及特點名稱名稱 化學成分（化學成分（wt%）特性特性用途用途碳素鋼碳素鋼20號碳素鋼C: 0.17%0.24%Si: 0.17%0.37%Mn: 0.35%0.65%S 0.035% P 0.035% Cr0.25% Ni0.

3、25% Cu0.25%冷變形塑性高、一般供彎曲、壓延、彎邊和錘拱等加工，電弧焊和接觸焊的焊接性能好，氣焊時厚度小，外形要求嚴格或形狀復雜的制件上易發(fā)生裂紋,耐腐蝕性差廣泛應用于建筑橋梁鐵道車輛船舶和各種機械制造工業(yè),以及近代的石油化學工業(yè)海洋開發(fā)等方面奧氏體奧氏體不銹鋼不銹鋼304C0.08 Si1.00Mn2.00 P0.035S0.03 Ni：8.011.0 Cr：17.0019.00304 是一種通用性的不銹鋼，具有良好的耐蝕性、耐熱性，低溫強度和機械特性；沖壓、彎曲等熱加工性好，無熱處理硬化現(xiàn)象（無磁性，使用溫度-196800）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

4、機件304LC0.03 Si1.00Mn2.00 P0.035S0.03 Ni：8.011.0 Cr：18.0020.00304L 是碳含量較低的304不銹鋼的變種，用于需要焊接的場合。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)境中產生晶間腐蝕應用于抗晶界腐蝕性要求高的化學、煤炭、石油產業(yè)的野外露天機器，建材耐熱零件及熱處理有困難的零件316C 0.08 Si1.00Mn2.00 S0.03P0.035 Cr：16.018.5 Ni：10.0014.00 Mo：2. 03.0因添加Mo，故其耐蝕性、耐大氣腐蝕性和高溫強度特別好，可在苛酷的

5、條件下使用；加工硬化性優(yōu)（無磁性）海水里用設備、化學、染料、造紙、草酸、肥料等生產設備；沿海地區(qū)設施、繩索、CD桿、螺栓、螺母 316LC0.03 Si1.00 Mn2.00 P0.035S0.03 Ni:10.014.0Cr:16.018.0 Mo:2.03.0作為316鋼種的低C系列，除與316鋼有相同的特性外，其抗晶界腐蝕性優(yōu)316鋼的用途中，對抗晶界腐蝕性有特別要求的產品1.41.4奧氏體不銹鋼奧氏體不銹鋼奧氏體不銹鋼除耐氧化性酸介質腐蝕外，如果奧氏體不銹鋼除耐氧化性酸介質腐蝕外，如果含有含有MoMo、CuCu等元素還能耐硫酸、磷酸以及甲酸、等元素還能耐硫酸、磷酸以及甲酸、醋酸、尿素等

6、的腐蝕。此類鋼中的含碳量若低醋酸、尿素等的腐蝕。此類鋼中的含碳量若低于于0.03%0.03%或含或含TiTi、NiNi，就可顯著提高其耐晶間，就可顯著提高其耐晶間腐蝕性能。高硅的奧氏體不銹鋼對濃硝酸具有腐蝕性能。高硅的奧氏體不銹鋼對濃硝酸具有良好的耐蝕性。由于奧氏體不銹鋼具有全面的良好的耐蝕性。由于奧氏體不銹鋼具有全面的和良好的綜合性能，在各行各業(yè)中獲得了廣泛和良好的綜合性能，在各行各業(yè)中獲得了廣泛的應用。的應用。2 2 不銹鋼中各元素的作用不銹鋼中各元素的作用 CrCr是構成不銹鋼的基本元素。是構成不銹鋼的基本元素。Cr是決定不銹鋼耐腐蝕性能的最基本元素。在氧化性介質中，Cr能使鋼的表面很快

7、形成一層實際為腐蝕介質不能透過和不溶解的富Cr的氧化膜，這層氧化膜很致密，并與金屬基本結合得很牢固，保護鋼免受外界介質進一步氧化浸蝕。 NiNi單獨不能構成不銹鋼單獨不能構成不銹鋼Ni對不銹鋼耐腐蝕的影響，只有它與Cr配合時才能充分顯示出來。因為，低炭Ni鋼要獲得純奧氏體組織，含Ni量需達24%；要使鋼在某些介質中的耐腐蝕性能顯著改變，含Ni量需在27%以上。所以，Ni不能單獨構成不銹鋼。而在含Cr18%的鋼中加入9%的Ni，就能使鋼在常溫下獲得單一奧氏體組織，并可以提高鋼對非氧化性介質（如：稀硫酸、鹽酸、磷酸等）的耐蝕性，并能改善鋼的焊接和冷彎等的工藝性能。 MnMn可代替可代替CrNiCr

8、Ni不銹鋼中的不銹鋼中的NiNiMn在不銹鋼中有Ni相仿的作用。Mn的穩(wěn)定奧氏體作用為Ni的二分之一，但Mn的加入會使含Cr低的不銹鋼耐蝕性降低。同時，高Mn奧氏體鋼不易加工。因此，在不銹鋼中不單獨使用Mn，只用部分代替Ni。 2 2 不銹鋼中各元素的作用不銹鋼中各元素的作用 CC在不銹鋼中具有兩重性在不銹鋼中具有兩重性在不銹鋼中的含量及其分布的形式，在很大程度上左右著不銹鋼的性能和組織：一方面碳是穩(wěn)定奧氏體元素，并作用的程度很大，約為Ni的30倍；另一方面由于碳和Cr的親和力很大，在不銹鋼中要占用十七倍碳量的Cr與它結合成碳化鉻。隨著鋼中含碳量的增加，則與C形成碳化物的Cr越多，從而顯著降低

9、鋼的耐蝕性。所以，從強度與耐腐蝕性能兩方面來看，碳在不銹鋼中的作用是互相矛盾的。在實際應用中，為了達到耐腐蝕的目的，不銹鋼的含碳量一般較低，在大多在0.1%左右，為了進一步提高鋼的耐腐蝕能力，特別是抗晶間腐蝕的能力，常采用超低碳的不銹鋼，含碳量在0.03%甚至更低。 MoMo能提高某些不銹鋼對某些介質的耐腐蝕性能能提高某些不銹鋼對某些介質的耐腐蝕性能Mo能提高不銹鋼對硫酸、醋酸等腐蝕介質的耐蝕能力。Mo還能顯著提高對含氯離子的介質（如鹽酸）以及有機酸中的耐蝕能力。但含Mo的不銹鋼不宜在硝酸中應用，含Mo的不銹鋼在沸騰的65%硝酸中的腐蝕速度比不含Mo的增加一倍。Mo對鋼獲得單一奧氏體組織有不利

10、影響，因此在含Mo鋼中，為了使鋼在熱處理后具有單一的奧氏體組織，Ni在Mn等元素的含量要相應的提高。 SiSi能提高不銹鋼的抗氧化能力能提高不銹鋼的抗氧化能力Si對提高Cr鋼抗氧化能力的作用很顯著，含5%Cr及1%Si的鋼，抗氧化的能力可與12%Cr鋼相等。如使鋼在1000能抵抗氧化，含0.5%Si時需要22%的Cr，如加入2.53%的Si以后，只需要12%的Cr就可以了。有資料還介紹，向Cr15Ni20的CrNi鋼中加2.5%的Si，抗氧化性能可相當Cr15Ni60的CrNi合金。向高Cr鋼中加Si的目的：一是為了進一步提高鋼的抗氧化性能，二是為了節(jié)約用Cr。但是Si對提高Cr鋼抗氧化性能的

11、作用雖然很大，但也有很多缺點，最主要的是它使鋼的晶粒粗化和脆性傾向增大。3.13.1金屬腐蝕的基本原理金屬腐蝕的基本原理金屬腐蝕的本質金屬腐蝕的本質金屬在腐蝕過程中所發(fā)生的化學變化，從根本上來說就是金屬單質被氧化形成化合物金屬腐蝕的途徑金屬腐蝕的途徑這種腐蝕過程一般通過兩種途徑進行：化學腐蝕和電化學腐蝕 金屬腐蝕化學腐蝕：金屬腐蝕化學腐蝕：金屬表面與周圍介質直接發(fā)生化學反應而引起的腐蝕 電化學腐蝕：電化學腐蝕：金屬材料（合金或不純的金屬）與電解質溶液接觸 , 通過電極反應產生的腐蝕 生物腐蝕生物腐蝕也是金屬腐蝕的一種途徑3.13.1金屬腐蝕的基本原理金屬腐蝕的基本原理CuCuFe+H+H- -

12、2e2e2H O2H O2CO2SO2O2O2+Fe銅板上的鐵釘容易生銹銅板上的鐵釘容易生銹電化學腐蝕3.2 3.2 金屬腐蝕的類型金屬腐蝕的類型點蝕、縫隙腐蝕、應力腐蝕、腐蝕疲勞、晶間腐蝕、均勻腐蝕、點蝕、縫隙腐蝕、應力腐蝕、腐蝕疲勞、晶間腐蝕、均勻腐蝕、磨損腐蝕、氫脆磨損腐蝕、氫脆3.2 3.2 金屬腐蝕的類型金屬腐蝕的類型均勻腐蝕 均勻腐蝕是指在與環(huán)境接觸的整個金屬表面上幾乎以相同速度進行的腐蝕。在應用耐蝕材料時，應以抗均勻腐蝕作為主要的耐蝕性能依據(jù)，在特殊情況下才考慮某些抗局部腐蝕的性能晶間腐蝕 晶間腐蝕是金屬材料在特定的腐蝕介質中，沿著材料的晶粒間界受到腐蝕，使晶粒之間喪失結合力的一

13、種局部腐蝕破壞現(xiàn)象。受這種腐蝕的設備或零件，有時從外表看仍是完好光亮，但由于晶金屬腐蝕粒之間的結合力被破壞，材料幾乎喪失了強度，嚴重者會失去金屬聲音，輕輕敲擊便成為粉末點蝕 又稱坑蝕和小孔腐蝕。點蝕有大有小，一般情況下，點蝕的深度要比其直徑大的多。點蝕經常發(fā)生在表面有鈍化膜或保護膜的金屬上。由于金屬材料中存在缺陷、雜質和溶質等的不均一性，當介質中含有某些活性陰離子（如Cl）時，這些活性陰離子首先被吸附在金屬表面某些點上，從而使金屬表面鈍化膜發(fā)生破壞。一旦這層金屬腐蝕鈍化膜被破壞又缺乏自鈍化能力時，金屬表面就發(fā)生腐蝕。這是因為在金屬表面缺陷處易漏出機體金屬，使其呈活化狀態(tài)，而鈍化膜處仍為鈍態(tài)，這

14、樣就形成了活性鈍性腐蝕電池，由于陽極面積比陰極面積小得多，陽極電流密度很大，所以腐蝕往深處發(fā)展，金屬表面很快就被腐蝕成小孔，這種現(xiàn)象被稱為點蝕3.2 3.2 金屬腐蝕的類型金屬腐蝕的類型縫隙腐蝕 在電解液中，金屬與金屬或金屬與非金屬表面之間構成狹窄的縫隙，縫隙內有關物質的移動受到了阻滯，形成濃差電池，從而產生局部腐蝕，這種腐蝕被稱為縫隙腐蝕。縫隙腐蝕常發(fā)生在設備中法蘭的連接處，墊圈、襯板、纏繞與金屬重疊處，它可以在不同的金屬和不同的腐蝕介質中出現(xiàn)，從而給生產設備的正常運行造成嚴重障礙，甚至發(fā)生破壞事故。對鈦及鈦合金來說，縫隙腐蝕是最應關注的腐蝕現(xiàn)象。介質中，氧氣濃度增加，縫隙腐蝕量增加；PH值

15、減小，陽極溶解速度增加，縫隙腐蝕量也增加；活性陰離子的濃度增加，縫隙腐蝕敏感性升高。但是，某些含氧陰離子的增加會減小縫隙腐蝕量應力腐蝕 應力腐蝕的產生有兩個基本條件：一是材料對介質具有一定的應力腐蝕開裂敏感性；二是存在足夠高的拉應力。導致應力腐蝕開裂的應力可以來自工作應力，也可以來自制造過程中產生的殘余應力。據(jù)統(tǒng)計，在應力腐蝕開裂事故中，由殘余應力所引起的占80%以上，而由工作應力引起的則不足20%. 應力腐蝕過程一般可分為三個階段。第一階段為孕育期，在這一階段內，因腐蝕過程局部化和拉應力作用的結果，使裂紋生核；第二階段為腐蝕裂紋發(fā)展時期，當裂紋生核后，在腐蝕介質和金屬中拉應力的共同作用下，裂

16、紋擴展；第三階段中，由于拉應力的局部集中，裂紋急劇生長導致零件的破壞. 在發(fā)生應力腐蝕破裂時，并不發(fā)生明顯的均勻腐蝕，甚至腐蝕產物極少，有時肉眼也難以發(fā)現(xiàn)，因此，應力腐蝕是一種非常危險的破壞3.33.3氯離子對奧氏體不銹鋼腐蝕的危害氯離子對奧氏體不銹鋼腐蝕的危害氯離子半徑小氯離子半徑小, ,穿透能力強穿透能力強, ,并且有很強的可被金屬并且有很強的可被金屬吸附的能力吸附的能力, ,它們優(yōu)先被金屬吸附它們優(yōu)先被金屬吸附, ,并從金屬表面把并從金屬表面把氧排掉。因為氧決定著金屬的鈍化狀態(tài)氧排掉。因為氧決定著金屬的鈍化狀態(tài), ,氯離子和氯離子和氧爭奪金屬表面上的吸附點氧爭奪金屬表面上的吸附點, ,甚至可以取代吸附中甚至可以取代吸附中的鈍化離子與金屬形成氯化物的鈍化離子與金屬形成氯化物, ,氯化物與金屬表面氯化物與金屬表面的吸附并不穩(wěn)定的吸附并不穩(wěn)定, ,形成了可溶性物質形成了可溶性物質, ,這樣導致了腐這樣導致了腐蝕的加速。不銹鋼表面在蝕的加速。不銹鋼表面在Cl-