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不锈钢知识

不锈钢耐腐蚀性能、防止腐蚀的途径

摘要:不锈钢耐腐蚀吗?不锈钢耐腐蚀,非真不锈。可以这样说,不同的钢种适应不同的使用环境。本文将讨论:不锈钢耐腐蚀原因是什么,容易出现的不锈钢腐蚀情况,以及如何预防不锈钢腐蚀..

不锈钢耐腐蚀性的含义及分类

不锈钢只是耐腐蚀钢,而非完全意义上的不锈。到目前为止没有发明在任何条件下均不腐蚀的钢。因此,具体的钢种是有具体的适用环境的。

不锈钢的耐腐蚀原理:

①加入合金元素Cr、Ni等提高基体金属的电极电位,减少微电池的数量,可有效地提高钢的耐蚀性。

②加入合金元素使钢在室温下获得单相固溶组织,也能减少微电池数量,从而提高钢的耐蚀性。

③在钢中加入合金元素铬使钢的表面形成结构致密、不溶入腐蚀介质、电阻又高的Cr2O3钝化膜,这种钝化膜结构致密、稳定,厚度1-6nm。是金属基体的保护膜,并且随着钢中铬含量的增加,钝化膜的厚度和强度也会相应增加。

不锈钢腐蚀的分类、预防

1.点蚀

点蚀(如图1所示)又称坑蚀和小孔腐蚀,是不锈钢常见局部腐蚀之一。一般情况下点蚀的深度要比其直径大的多。当介质中存在某些活性阴离子(CI-)时,这些阴离子首先被吸附在金属表面某些点上,从而使不锈钢表面钝化膜发生破坏。钢中会存在缺陷、杂质和溶质等的不均一性,一旦表面钝化膜破坏,在表面缺陷处易显露基体金属,使其呈活化态,而钝化膜处为钝态,这样就形成了活性-钝性腐蚀电池,由于阳极面积比阴极面积小的多,阳极电流密度很大,腐蚀往深处发展,金属表面很快就被腐蚀成小孔。

盐水中使用的SUS304钢管上的点蚀

图1 盐水中使用的SUS304钢管上的点蚀

防止点蚀的途径

①选用耐点蚀的材料,钢中添加钼并提高铬含量,如316L钢种;

②采用合理的热处理制度,使不锈钢基体处于完全固溶状态;

③减少溶液中卤素离子的浓度,提高溶液的PH值;

④搅拌溶液,避免溶液的局部浓缩,防止杂质附着在钢表面上;

⑤提高不锈钢的表面光洁度;

⑥降低介质的温度;

⑦采用阴极保护措施。

2.缝隙腐蚀

金属与金属或金属与非金属之间构成狭窄的缝隙,缝隙内有关物质的移动受到了阻滞,形成浓差电池从而产生局部腐蚀,这种腐蚀称为缝隙腐蚀(如图2所示),常发生在不锈钢设备的连接处。

在盐水中使用的垫圈底部的缝隙腐蚀

图2 在盐水中使用的一个扁平式热交换器内的垫圈底部的缝隙腐蚀

防止缝隙腐蚀的途径

①选用耐缝隙腐蚀的材料,可选用含钼的不锈钢和含钛的不锈钢。

②改善设计方案,尽量避免有缝隙的设计,或使缝隙尽量敞开。尽可能避免采用金属与非金属的联接件。

③增加介质液体的流量,防止杂质及污染物在缝隙部位沉积 。

④增大PH值,减少CI-离子浓度,降低缝隙腐蚀敏感性。

3.应力腐蚀

应力腐蚀(SCC)是指金属和合金在腐蚀介质和拉应力的同时作用下引起的金属破裂。应力腐蚀的特征是形成腐蚀-机械裂缝,这种裂缝不仅可以沿着晶界发展,而且也可穿过晶粒。由于裂缝向金属内部发展,使金属结构的机械强度大大降低,严重时能使金属设备突然损坏。

防止应力腐蚀的途径

①正确选用材料,避免使用对应力腐蚀敏感的材料。

②合理设计,避免加工程度过大,残余应力大或应力集中。

③注意使用条件,避免表面积存腐蚀介质,尤其是要避免氯离子的局部浓缩。

4.晶间腐蚀

晶间腐蚀是材料沿着晶粒间界受到腐蚀,使晶粒间丧失结合力的一种局部腐蚀现象。受到这种腐蚀破坏的零件,有时候外表仍是光亮完好的,但由于晶粒之间的结合力丧失,材料的强度已基本丧失,严重的会丧失金属声音。

产生晶间腐蚀的原因一般普遍认为是晶界合金元素的贫化。就是经过敏化温度的钢,在晶界析出铬的化合物,沿晶界就会形成贫铬区,在腐蚀介质的作用下,沿晶界的贫铬区先发生腐蚀。

不论是奥氏体、铁素体或双相不锈钢都可能出现晶间腐蚀。奥氏体和双相不锈钢晶间腐蚀的敏化温度范围是450℃~850℃,铁素体不锈钢在850℃以上。

使用在硫酸酸洗液中的AISI316钩具,其焊缝周围发生的晶间腐蚀

图3 使用在硫酸酸洗液中的一个AISI316钩具,其焊缝周围发生的晶间腐蚀

防止晶间腐蚀的途径

①铬元素含量增大,可以降低晶间腐蚀敏感性。

②添加稳定化元素钛和铌,因钛和铌与碳的亲和力强,可以生成稳定的NbC和TiC,避免铬与碳结合,从而减少晶间贫铬区的产生。

③碳、氮、磷、硅等元素的存在对材料耐晶间辐射都是不利的,因此要尽量降低这些元素的含量。

④热处理时要避免在敏化温度区间停留时间过长,避免在晶间碳化物的析出及晶粒粗大化。


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