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                            不銹鋼的耐腐蝕性能
                            來源:原創 | 作者:hmfjxwb許文斌 | 發布時間: 2010-12-31 | 155 次瀏覽 | 分享到:
                            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。氧化性的環境可以強化這種膜,而還原性環境則必然破壞這種膜,造成鋼的腐蝕。 (一)在各種環境中的耐腐蝕性能 (二)腐蝕現象

                            不銹鋼的耐腐蝕性能
                              
                            ?。ㄒ唬┰诟鞣N環境中的耐腐蝕性能
                              1.大氣腐蝕
                              不銹鋼耐大氣腐蝕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。
                              農村環境 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,在農村暴露使用的不銹鋼可以根據價格,市場供應情況,力學性能、制作加工性能和外觀來選擇。
                              工業環境 在沒有氯化物污染的工業環境中,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。在有氯化物的工業環境中,將造成不銹鋼銹蝕。
                              海洋環境 1Cr13和1Cr17不銹鋼在短時期就會形成薄的銹膜,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,當暴露于海洋環境時,可能出現一些銹蝕。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。即表面狀態和制作工藝。精加工級別影響不銹鋼在有氯化物的環境中的耐腐蝕性能。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則需要經常的清理。
                              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和奧氏體型不銹鋼在室溫(環境溫度)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常以點蝕的形式出現。對于不銹鋼,在很大程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下。實踐證明,奧氏體型不銹鋼一般具有極好的耐大多數土壤腐蝕的性能,而1Cr13和1Cr17則在很多土壤中要產生點蝕。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生晶間腐蝕,因此,可用適當的熱處理來預防這種類型的腐蝕,或者使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的處理,硫酸可造成晶間腐蝕。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,并廣泛用于磷酸的生產和處理設備。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,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耐乙酸腐蝕的用途是不適當的。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的腐蝕。
                              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生點蝕,所以優先選用  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生。盡管有很多在有氯化物的情況下使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生,取決于環境和設備設計及操作等方面很多和因素。
                            ?。ǘ└g現象
                              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境接觸的結果。如果鈍化膜被破壞,不銹鋼就將繼續腐蝕下去。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,在材料表面產生無規律分布的小坑狀腐蝕。
                              2.引起點蝕的因素
                              出現點蝕很可能是存在與去極劑化合的氯化物離子,不銹鋼等鈍態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通常需要氧化環境,但正好這也是出現點蝕的條件。產生點蝕的介質是在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,最大值出現在較高的溫度。
                              3.防止點蝕的方法
                             ?、俦苊恹u素離子集中。
                             ?、诒WC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域。
                             ?、刍蛘咛岣哐醯臐舛?,或者去除氧。
                             ?、茉黾觩H值。與中性或酸性氯化物相比,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)。
                             ?、菰诒M可能低的溫度下工作。
                             ?、拊诟g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)。
                             ?、卟捎藐帢O防腐。有證據表明,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境中易產生晶間腐蝕。這些鋼在425-815℃之間加熱時,或者緩慢冷卻通過這個溫度區間時,都會產生晶間腐蝕。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域鉻貧化使得這些區域對腐蝕敏感。敏化作用也可出現在焊接時,在焊接熱影響區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48h為一個周期,共5個周期,每個周期測定重量損失。一般規定,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:
                             ?、偈褂玫吞寂铺?0Cr19Ni10或00Cr17Ni14Mo2,或穩定的牌號0Cr18Ni11Ti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量。
                             ?、谌绻嫫方Y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(只有極少數的金屬除外)在某些環境中都易出現應力腐蝕裂紋,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,所有這樣的外界環境導致的破壞都包括在應力腐蝕裂紋一類中。
                              硬化的(淬火和回火)馬氏體型不銹鋼在含有氯化物、熱氫氧化物或硝酸鹽、或硫化氫溶液中對應力腐蝕裂紋是敏感的。對于奧氏體型不銹鋼,濃氯化物的氫氧化物溶液是造成應力腐蝕裂紋的主要介質。己證明,另外幾種環境也會使奧氏體和馬氏體型不銹鋼產生應力腐蝕裂紋。然而,應注意在很多這樣的環境中,存在雜質可能己經造成了裂紋。
                              敏化的奧氏體型不銹鋼對晶間形式的應力腐蝕裂紋是敏感的。如果敏感性嚴重和(或)應力高, 這種形式的裂紋可能在認為是弱的環境中產生。除非進行了足夠的試驗可以證明所遇到的環境不會造成晶間應力腐蝕裂紋,否則絕不能將敏化和奧氏體型不銹鋼用于應力狀態的用途。
                              產生應力腐蝕裂紋破壞的環境通常是相當復雜的。例如。所涉及的應力通常不僅僅是工作應力,而是這種應力的由于制作、焊接、或熱處理在金屬中產生的殘余應力組合。這種情況常??梢杂脤⒅谱骱蟮脑O備消除應力的方法來減輕。同檔,如上所述,造成裂紋的腐蝕介質經常僅僅是正在處理的產物中的雜質。在整體溶液中,所存在的腐蝕介質的數量可能沒有多到足以造成裂紋的程度,但是在裂縫處或液體上面的飛濺區,介質的局部濃度可能造成破壞。
                              盡管己有了幾種通用的防止應力腐蝕裂紋的方法,但最好的方法還是選用能在該環境中耐應力腐蝕裂紋的材料。因此,在熱的氯化物環境中應選用0Cr18Ni13Si4(美國AISLX M15)或鐵素體型不銹鋼。在硫化氫環境中選用鐵素體和奧氏體型不銹鋼一般是適合的,而不能選用硬化的馬氏體型不銹鋼。

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