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不锈钢的耐蚀性能

 不锈钢的耐蚀性能
一种不锈钢可在许多介质中具有良好的耐蚀性能,但在另外某种介质中,却可能因化学稳定性低而发生腐蚀。所以说,一种不锈钢不可能对所有介质都耐蚀。
金属的腐蚀,按机理可分为物理腐蚀、化学腐蚀与电化学腐蚀三种。
不锈钢的主要腐蚀形式有均匀腐蚀(表面腐蚀)、点腐蚀、缝隙腐蚀、晶间腐蚀和应力腐蚀等。
一、均匀腐蚀
均匀腐蚀是指接触腐蚀介质的金属表面全部产生腐蚀的现象。均匀腐蚀使金属截面不断减少,对于被腐蚀的受力零件而言,会使其承受的真实应力逐渐增加,终达到材料的断裂强度而发生断裂。
评定均匀腐蚀的方法是在试验条件下,测出单位面积上经一定时间腐蚀后所损失的重量(g/m2•年)即为腐蚀速率,若以被腐蚀的深度(mm/年)计。则更便于计算设备的耐蚀寿命。根据腐蚀速率不同,可将金属材料的耐蚀性分为10级,见表1-3.根据不同的使用情况对耐蚀性提出不同的指标要求,一般可分为两大类:
1、不锈钢    指在大气及弱腐蚀介质中耐蚀的钢。腐蚀率小于0.01mm/年的,认为是“完全耐蚀”;腐蚀速率小于0.1mm/年的,认为是“耐蚀”的。
2、耐蚀钢    指在各种强烈腐蚀介质中能耐蚀的钢。凡腐蚀率小于0.1mm/年的,认为是“完全耐蚀”,而腐蚀速率小于1mm/年的,认为是“耐蚀”的。
不锈钢在某种介质中除有均匀腐蚀外,还有其它形式的腐蚀,则均认为该钢在此介质中不耐腐蚀。
表1-3  耐蚀性的分级
分类    腐蚀速率/(mm/年)    级别
耐蚀性极强    <0.001    1
耐蚀性很强    0.001~0.005    2
    0.005~0.010    3
耐蚀性强    0.010~0.050    4
    0.050~0.10    5
耐蚀性弱    0.10~0.50    6
    0.50~1.00    7
耐蚀性很弱    1.00~5.00    8
    5.00~10.00    9
耐蚀性极弱    >10    10

二、点腐蚀
点腐蚀是指在金属材料表面大部分不腐蚀或腐蚀轻微,而分散发生高度的局部腐蚀,常见蚀点的尺寸小于1. 0 mm,深度往往大于表面孔径,轻者有较浅的蚀坑,严重的甚至形成穿孔。点腐蚀是金属表面局部钝化膜被腐蚀破坏所致。首先形成腐蚀坑,然后从外向内深入发展,属于局部腐蚀。点腐蚀是不锈钢常见的腐蚀破坏类型之一。它是在介质作用下,由于表面有一些缺陷,如夹杂物、贫铬区、晶界、位错在表面暴露出来,使钝化膜在这些地方首先破坏,从而该局部遭到严重阳极腐蚀。在含有氯离子(clˉ)的介质中,易引起不锈钢的点腐蚀。目前,防止不锈钢点腐蚀破坏的途径有几个方面:①减少介质中氯离子会含量和氧含量;加入缓蚀剂(如CNˉ、NO3ˉ、SO42-等);降低介质温度等。②在不锈钢中加入钼、锰、硅、钒或稀土元素合金化,能有效地增大抗点蚀能力。③尽量不进行冷加工,以减少位错露头处发生点蚀的可能。④降低钢中碳的含量,提高铬、镍含量,都能提高其抗点腐蚀能力。现有的超低碳高铬镍含钼的奥氏体不锈钢和超高纯低碳低氮含钼的高铬铁素体不锈钢均有较高的耐点腐蚀性能。
三、缝隙腐蚀
缝隙腐蚀是指在金属构件缝隙处发生斑点状或溃疡形的宏观蚀坑,这是局部腐蚀的一种。常发生在垫圈、铆接、螺钉联接的接缝处,搭接的焊接接头、阀座、堆积的金属片间等外。由于连接的缝隙外被腐蚀产物覆盖以及介质扩散受到限制等原因,导致该处的介质成分和浓度与整体相比有很大差别,形成“闭塞电池腐蚀”作用。这与点腐蚀形成机理的差异之处在于,缝隙腐蚀主要是介质的电化学不均匀性而引起的。
部分奥氏体型不锈钢、铁素体型和马氏体型不锈钢在海水中均有程度不等的缝隙腐蚀的倾向。在钢中适当地增加铬、钼含量,可以改善抗缝隙腐蚀能力。实际上在海水中使用的装置,只有采用钛、高钼镍基合金和铜合金等材料,才能有效地防止缝隙腐蚀的发生。改善运行条件、改变介质成分和结构形式等可以成为防止缝隙腐蚀的重要措施。
四、晶间腐蚀
晶间腐蚀是一种有选择性的腐蚀破坏,它与一般选择性腐蚀不同之处大于,腐蚀的局部性是显微尺度的,而宏观上不一定是局部的。此腐蚀集中发生在金属显微组织晶界并向金属材料内部深入,称之晶间腐蚀。这种类型腐蚀发生以后,有时从外观上不易被察觉,但由于晶界区因腐蚀已遭到破坏,晶粒间的结合强度几乎完全丧失。腐蚀深度较大者可失去金属声,构件有效承载截面大减而导致过载断裂。受腐蚀严重的金属甚至形成粉末,从构件上脱落下来。这是一中危害性很大的腐蚀破坏。
奥氏体型不锈钢会发生晶间腐蚀是由于这类钢加热到600~800℃温度区间会发生敏化,其机理是过饱和固溶的碳向晶粒边界扩散,与晶界附近的铬结合形成为铬的碳化物(CrFe)23C6并在晶界沉淀析出;由于碳比铬的扩散快得多,铬来不及从晶内补充到晶界附近,因而晶界区贫铬而形成晶区间的晶界析出铬含量很高的σ相,其邻近区也会贫铬,贫铬的金属在腐蚀介质作用下,首先被腐蚀溶解。这些都是金属出现晶间腐蚀的原因。铁素体型不锈钢也有形成晶间腐蚀的倾向。
五、应力腐蚀
应力腐蚀是指金属在某种特定环境与相应水平应力的共同作用下,以裂纹扩展方式发生的与腐蚀有关的断裂。特定环境下无应力或应力水平低,不会引起应力的腐蚀。同样有相当水平应力而无特定环境也不会发生应力腐蚀。所谓特定环境,是指只有当介质的成分和浓度范围适当时,才能导致某种相应金属的应力腐蚀。
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