不銹耐酸鋼ppt課件

1、第六章 不銹鋼,1,主要內(nèi)容, 6.1 概述 6.2 合金元素對不銹鋼組織和性能的影響 6.3 鐵素體不銹鋼 6.4馬氏體不銹鋼 6.5奧氏體不銹鋼,2,6.1 概述 一、 基本概念 不銹鋼：在自然界環(huán)境和一定工業(yè)介質(zhì)中具有耐腐蝕性 的鋼。,不銹鋼,耐酸鋼,0.01mm/a,完全耐蝕,0.1mm/a,耐蝕,0. 1mm/a,完全耐蝕,1mm/a, 耐蝕,3,6.1 概述,腐蝕按照其化學(xué)原理可分為兩類：,化學(xué)腐蝕：4Fe+3O22Fe2O3 Fe+2H2OFe(OH)2+H2,電化學(xué)腐蝕： Fe-3eFe3+ 6H+6e=3H2,4,化學(xué)腐蝕的特點(diǎn)：不產(chǎn)生腐蝕電流，在反應(yīng)表面形成一層化學(xué)生成物。

2、 氧化膜的形成及氧化膜的結(jié)構(gòu)和性質(zhì)是化學(xué)腐蝕的重要特征。 致密的氧化物膜（鈍化膜）能阻止進(jìn)一步的腐蝕； 不連續(xù)的或者多孔狀的氧化膜對基體金屬沒有保護(hù)作用。,5,不同組織、成分、應(yīng)力區(qū)域之間都可構(gòu)成微電池。,6,電化學(xué)腐蝕的特點(diǎn)：有液體電介質(zhì)存在，不同金屬或不同相之間有電極電位差并連通或接觸，同時(shí)有腐蝕電流產(chǎn)生。 在金屬材料中，電化學(xué)腐蝕是由金屬材料中不同相之間的電極電位的不同，在介質(zhì)存在時(shí)構(gòu)成原電池而產(chǎn)生的。 在生產(chǎn)實(shí)際中遇到的腐蝕主要是電化學(xué)腐蝕。,7,圖1-20 珠光體組織發(fā)生電化學(xué)腐蝕的示意圖 a) 珠光體的電化學(xué)腐蝕原理 b) 珠光體的微電池腐蝕 c) 珠光體組織的成像,8,二、鋼鐵材

3、料腐蝕的基本類型 均勻腐蝕：腐蝕發(fā)生在金屬裸露的整個表面上或零件使用的整個工作面上。又稱一般腐蝕或連續(xù)腐蝕。 晶間腐蝕：晶界的電極電位低于晶內(nèi)，導(dǎo)致晶界比晶內(nèi)腐蝕程度大。,9,點(diǎn)腐蝕：在金屬表面上極局部區(qū)域由于氯離子或氯化物鹽引起的一種腐蝕破壞形式，它是由鈍化膜的局部破壞所引起的。又稱點(diǎn)蝕或孔蝕。 應(yīng)力腐蝕：在張應(yīng)力狀態(tài)和特定的腐蝕介質(zhì)（主要是氯化物鹽、堿的水溶液以及蒸汽介質(zhì)）作用下，材料發(fā)生破裂的現(xiàn)象。 氫脆：在張應(yīng)力狀態(tài)作用下的金屬合金，發(fā)生腐蝕吸收陰極析出的氫（或其它氫）導(dǎo)致的脆化破裂。,10,腐蝕疲勞：在腐蝕介質(zhì)和交變載荷共同作用下發(fā)生的破壞。 磨損腐蝕：在同時(shí)存在著腐蝕和機(jī)械磨損時(shí)，

4、兩者相互加速的腐蝕稱為磨損腐蝕。 另外，由于宏觀電池作用也會產(chǎn)生腐蝕。例如，金屬構(gòu)件中鉚釘與鉚接材料不同、異種金屬的焊接、船體與螺旋槳材料不同等因電極電位差別而造成的腐蝕。 對不銹鋼來說，晶間腐蝕、點(diǎn)腐蝕、應(yīng)力腐蝕是不允許發(fā)生的，凡是有其中一種腐蝕，即認(rèn)為不銹鋼在該介質(zhì)中是不耐蝕的。,11,一、提高鋼耐腐蝕性能的途徑主要有：,（1）形成穩(wěn)定保護(hù)膜，Cr、Al、Si有效。 （2）固溶體電極電位或形成穩(wěn)定鈍化區(qū) Cr、Ni、Si：Ni貴而緊缺，Si易使鋼脆化， Cr是理想的。 （3）獲得單相組織 Ni、Mn 單相奧氏 體組織。 （4）機(jī)械保護(hù)措施或復(fù)蓋層，如電鍍、發(fā) 蘭、涂漆等方法。,6.2 合金

5、元素對不銹鋼組織和性能的影響,12,不銹鋼的分類 根據(jù)不銹鋼的基本組織，可將它分為五類： M不銹鋼 Cr13型 ，Cr17Ni2 ，9Cr18 F不銹鋼 0Cr17Ti, Cr25Ti, Cr26Mo1 A不銹鋼 1Cr18Ni9, 1Cr18Ni9Ti, A-F不銹鋼 Cr21Ni5Ti, 00Cr22Ni5Mo3N 沉淀硬化不銹鋼：在馬氏體基體上析出金屬間化合物，產(chǎn)生沉淀強(qiáng)化,13,二、合金元素對鐵的極化性能的影響,C點(diǎn)影響 降低C點(diǎn)：Cr 升高C點(diǎn)：Ni，Ti，Mo,D點(diǎn)影響 降低D點(diǎn)：Cr，Si 升高D點(diǎn)：Ni，Mo,G點(diǎn)影響 降低G點(diǎn)：Cr，Mo，V 升高G點(diǎn)：Ni，Si,14,三、

6、合金元素對電極電位的影響,Tammann定律：鐵基固溶體中Cr含量達(dá)12.5%原子比（即1/8）時(shí)，電極電位有一個突躍升高；當(dāng)Cr的含量提高到25%原子比（即2/8）時(shí)，鐵基固溶體的電極電位又有一個突躍的升高。這一現(xiàn)象稱為二元合金固溶體電位的n/8規(guī)律。,15,四、合金元素對不銹鋼基體組織的影響,不銹鋼中的合金元素可分為兩類: 擴(kuò)大相區(qū)： C, N, Ni, Mn, Cu等; 縮小相區(qū)： Cr, Si, Ti, Nb, Mo等; 誰占優(yōu)勢，就易形成以或?yàn)榛w的不銹鋼組織；如果穩(wěn)定元素其作用程度還不足以使鋼的Ms點(diǎn)降到室溫以下，則高溫冷卻時(shí)會發(fā)生M轉(zhuǎn)變。,16,為了簡便起見，表明不銹鋼的實(shí)際成分

7、和所得組織的關(guān)系，制成鉻當(dāng)量Cr-鎳當(dāng)量Ni圖（適合于Ni-Cr系）。 鋼中鐵素體形成元素折合成鉻的作用，奧氏體形成元素折合成鎳的作用。 Ni =Ni+Co+0.5Mn+30C+25N+0.3Cu Cr =Cr+Mo+2.0Si+1.5Ti+1.75Nb+5.5Al+ 5V+0.75W 可以根據(jù)鋼的實(shí)際化學(xué)成分來估算鋼的組織.,17,Cr與Ni狀態(tài)圖（焊后冷卻）,18,合金元素的作用 Cr 決定和提高耐蝕性的主要元素. 提高基體的電極電位，但不是均勻的增加，而是突變式的。當(dāng)Cr的含量達(dá)到1/8，2/8，3/8，原子比時(shí)，F(xiàn)e的電極電位就跳躍式顯著提高，腐蝕也顯著下降。這個定律叫做n/8規(guī)律。折

8、算成重量比： 12.552/56=11.7%， 這便是不銹鋼的最低鉻含量。由于鋼中存在C，與Cr能形成Cr23C6，則Cr的含量一般不少于13%。 形成保護(hù)膜，鋼鈍化時(shí)能形成富鉻的氧化物，具有尖晶石結(jié)構(gòu)，在許多介質(zhì)中具有穩(wěn)定性。 有利于形成單相F組織。 穩(wěn)定鈍化區(qū),19,Ni 穩(wěn)定鈍化區(qū) 形成單相。 提高基體的電極電位（也符合 n/8 規(guī)律，與Cr配合，才能充分發(fā)揮；,C 擴(kuò)大相區(qū)，穩(wěn)定相（Ni 30倍）； C 提高，強(qiáng)度提高；但C與Cr形成碳化物，降低耐蝕性。 一般在不銹鋼中C0.4%, 多在0.1-0.2%。如： 2Cr13 （0.2%C）; 0Cr17Ti （C0.08%）; 00Cr1

9、8Ni10（C0.03%） 只有滾動軸承、彈簧和刃具的不銹鋼用高C： 如 9 Cr18,20,Mn，N 提高高鉻不銹鋼在有機(jī)酸中的耐蝕性。 Mo 提高不銹鋼的鈍化能力，擴(kuò)大其鈍化介質(zhì)范圍（濃硫酸、稀鹽酸、磷酸和有機(jī)酸），且能阻止點(diǎn)腐蝕傾向。 含Mo的鈍化膜：Fe2O3-Cr2O3-MoO3，致密，穩(wěn)定性好，能防止Cl-穿透。 Cu 少量加入可有效地提高不銹鋼在硫酸及有機(jī)酸中的耐蝕性。,21,Si 提高在鹽酸、硫酸和高濃度硝酸中耐蝕性。 Mo, Cu, Ni, Si復(fù)合加入 如在Cr18Ni9中加入Mo,Cu,Ni后進(jìn)一步擴(kuò)大了在硫酸中的耐蝕性和使用溫度范圍 。 Ti, Nb 在Cr-Ni奧氏體

10、不銹鋼和高鉻鐵素體不銹鋼中均有晶間腐蝕傾向，加入Ti或Nb（固C） ，可防止晶間腐蝕。,22,6.3鐵素體不銹鋼,含碳量0.15%,含Cr量為13-30%（高Cr低碳） 1. 主要有三種類型： （1）Cr13型 如0Cr13、0Cr13Al、0Cr11Ti等； （2）Cr17型 如1Cr17、0Cr17Ti、1Cr17Mo等； （3）Cr25-30型 如1Cr28、1Cr25Ti、00Cr30Mo2等。,23,基 本 特 點(diǎn),含碳量0.15%，為提高某些性能， 可加入Mo、Ti、Al、Si等元素；,在硝酸、氨水等介質(zhì)中有較好的耐 蝕性和抗氧化性；,力學(xué)性能和工藝性較差，脆性大， TK在室溫左右

11、。,無同素異構(gòu)轉(zhuǎn)變，多在退火軟化態(tài) 下使用。,24,2 用途 廣泛用于硝酸和氮肥工業(yè)的耐蝕件。,合成氨廠,25,3、鐵素體不銹鋼的脆性 高鉻鐵素體不銹鋼的缺點(diǎn)是脆性大，主要有幾個方面：,（1）粗大的原始晶粒 由于原子擴(kuò)散快，晶粒粗化溫度低和晶粒粗 化速率高。在600以上晶粒就開始長大，而A 不銹鋼相應(yīng)為900,思考:為什么不能象一般鋼那樣經(jīng)過重新加熱重 結(jié)晶而細(xì)化晶粒?,26,（2） F不銹鋼存在475脆性 當(dāng)15Cr時(shí)，隨Cr其脆化傾向也。在400 525長時(shí)間加熱或緩慢冷卻時(shí)，鋼就變得很脆, 以 475加熱為最甚原因:在脆化T范圍內(nèi)長期停留時(shí)， 鉻有序化相，與母相共格大內(nèi)應(yīng)力。 AK,（3

12、）金屬間化合物相的形成 相具有高硬度，有大的體積效應(yīng)，且常沿晶界 分布，所以使鋼產(chǎn)生了很大的脆性,27,6.4、馬氏體不銹鋼,這類鋼主要含1218%Cr，淬火冷卻能產(chǎn)生M。 （一）馬氏體不銹鋼的成分和組織特點(diǎn) 馬氏體不銹鋼可分為三類： （1）Cr13型，有1Cr13、2Cr13、3Cr13、4Cr13等鋼號； （2）高碳高鉻鋼，如9Cr18、9Cr18MoV等； （3）低碳17% Cr-2%Ni鋼，如1Cr17Ni2。,28,1Cr13：M+F,2Cr13：M,3Cr13：M,4Cr13：M+K,類似于 調(diào)質(zhì)鋼,制造不銹 結(jié)構(gòu)件,類似于 工具鋼,制造耐蝕 工具（手 術(shù)刀等）,透平轉(zhuǎn)輪,醫(yī)療器械

13、,用于要求耐蝕、耐磨件，醫(yī)療器械、量具等。,29,（二）馬氏體不銹鋼的熱處理特點(diǎn),常用的熱處理工藝有軟化處理、球化退火、調(diào)質(zhì)處理和淬火+低溫回火。,軟 化 處 理,軟化處理有兩種方法： 一是進(jìn)行高溫回火，將鍛軋件加熱 至700800保溫26小時(shí)后空冷，使 馬氏體轉(zhuǎn)變?yōu)榛鼗鹚魇象w。 另外也可以采用完全退火。,30,調(diào) 質(zhì) 處 理,1Cr13、2Cr13常用于結(jié)構(gòu)件調(diào)質(zhì)。 因?yàn)殂t抗回火性和AC1點(diǎn)，所以調(diào)質(zhì)回 火溫度也相應(yīng).通常為640700。 回火后應(yīng)采用油冷 ?,淬 火 低 回,3Cr13、4Cr13常做有一定耐蝕性的工 具，所以采用淬火低溫回火。T淬在1000 1050，為減少變形，可用硝鹽

14、分級冷 卻。組織為馬氏體+碳化物+少量AR,透平轉(zhuǎn)輪,31,6.5、奧氏體不銹鋼 一、特點(diǎn) 與 F 或 M - F不銹鋼相比， 1）有很高耐蝕性（主要在氧化性酸如HNO3）； 2）高塑性，易于成形（板、帶、管、絲、材）； 3）焊接性能較好（無相變）； 4）韌性和低溫韌性好，無冷脆傾向； 5）可用作550熱強(qiáng)鋼（奧氏體的T再高）； 6）價(jià)格貴；容易加工硬化，切削加工性不好； 7）導(dǎo)熱性差，加熱和冷卻時(shí)要注意。,32,二、主要鋼種 18-8型鉻鎳 奧氏體不銹鋼 1Cr18Ni9, 1Cr18Ni9Ti, 0Cr18Ni18Mo2Cu2Ti 00Cr18Ni12Mo2Ti,廣泛用于化工設(shè)備及管道,33,（三）奧氏體不銹鋼的晶間腐蝕 1. 現(xiàn)象 奧氏體不銹鋼焊接后,焊縫及熱影響區(qū)(550-800）在許多介質(zhì)中產(chǎn)生晶間腐蝕。 介質(zhì)：熱濃硝酸（50-65%）、含銅鹽和氧化鐵的硫酸溶液、熱有機(jī)酸等 2. 形成原因 貧鉻理論 奧氏體不銹鋼晶間腐蝕主要是晶界上析出網(wǎng)狀富鉻的Cr23C6引起晶界周圍基體產(chǎn)生貧鉻區(qū)，貧鉻區(qū)的寬度約10-5cm，Cr12%。在許多介質(zhì)中沒有鈍化能力, 貧鉻區(qū)成為微陽極而發(fā)生腐蝕。,34,3. 影響因素 C%：C800時(shí)K重溶；T500，擴(kuò)散困難。 加熱時(shí)間：時(shí)間很長或很短，都難以存在晶間腐蝕