不銹鋼的耐腐蝕性能

1、不銹鋼的耐腐蝕性能Company Document number ： WTUT-WT88Y-W8BBGB-BWYTT-19998 所有金屬都和大氣中的氧氣進(jìn)行反應(yīng)，在表面形成氧化膜。不幸的 是，在普通碳鋼上形成的氧化鐵繼續(xù)進(jìn)行氧化，使銹蝕不斷擴(kuò)大， 最終形成孔洞。可以利用油漆或耐氧化的金屬（例如，鋅，鐐和 銘）進(jìn)行電鍍來保證碳鋼表面，但是，正如人們所知道的那樣，這 種保護(hù)僅是一種薄膜。如果保護(hù)層被破壞，下面的鋼便開始銹蝕。 不銹鋼的耐腐蝕性取決于銘，但是因?yàn)閷⑹卿摰慕M成部分之一，所 以保護(hù)方法不盡相同。在銘的添加量達(dá)到10 . 5%時(shí)，鋼的耐大氣腐蝕性能顯著增加，但 銘含量更高時(shí)，盡管仍可提高

2、耐腐蝕性，但不明顯。原因是用銘對(duì) 鋼進(jìn)行合金化處理時(shí)，把表面氧化物的類型改變成了類似于純銘金 屬上形成的表面氧化物。這種緊密粘附的富銘氧化物保護(hù)表面，防 止進(jìn)一步地氧化。這種氧化層極薄，透過它可以看到鋼表面的自然 光澤，使不銹鋼具有獨(dú)特的表面。而且，如果損壞了表層，所暴露 出的鋼表面會(huì)和大氣反應(yīng)進(jìn)行自我修理，重新形成這種氧化物鈍化 膜，繼續(xù)起保護(hù)作用。因此，所有的不銹鋼元素都具有一種共同的特性，即鋁含量均在10 . 5%以上。普通碳鋼與大氣中氧，在金屬表面形成過氧化膜，然后繼續(xù)進(jìn)行氧 化，使銹蝕不斷擴(kuò)大，形成“千層糕”式的腐蝕物，直至爛穿。不 銹鋼的不銹性與鋼中路含量有光。鋼中路含量達(dá)到12%

3、時(shí)，與大氣 接觸，在不銹鋼表面產(chǎn)生一層鈍化膜（Cr2O3）,它是致密的富銘氧 化物，有效地保護(hù)著不銹鋼表面，特別是能防止進(jìn)一步再氧化。這 種氧化膜極薄(只有幾個(gè)微米)，頭各國(guó)它可以看到鋼表面的自然 光澤，使不惜剛既有獨(dú)特的表面。若表面鈍化膜一旦被破壞，鋼中 的路與大氣中的氧心生成鈍化膜，繼續(xù)起保護(hù)作用。不銹鋼遇到特殊環(huán)境.也會(huì)出現(xiàn)某些局部腐蝕，如孔蝕、晶間腐 蝕、應(yīng)力腐蝕、電偶腐蝕等。為了克服這些腐蝕，在鋼中分別加入 了鋁、氮、鈦或花等元素，并研制出了低碳、超低碳、雙相不銹鋼 等新品種，提高不銹鋼的耐腐性。不銹鋼的耐腐蝕性能一般隨將含量的增加而提高。其基本原理是， 當(dāng)鋼中有足夠的銘時(shí)，在鋼的表

4、面形成非常薄的至密的氧化膜，它 可以防止進(jìn)一步的氧化或義腐蝕。氧化性的環(huán)境可以強(qiáng)化這種膜， 而還原性環(huán)境則必然破壞這種膜，造成鋼的腐蝕。(-)在各種環(huán)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(duì)不銹鋼的腐蝕是極為重 要的。一定量的雨水，只有對(duì)鋼表面的氯化物濃度起作用時(shí)才是重 要的。農(nóng)村環(huán)境lCrl3、lCrl7和奧氏體型不銹鋼可以適應(yīng)各種用 途，其外觀上不會(huì)有顯著的改變。因此，在農(nóng)村暴露使用的不銹鋼 可以根據(jù)價(jià)格，市場(chǎng)供應(yīng)情況，力學(xué)性能、制作加工性能和外觀來 選擇。工業(yè)環(huán)境在沒有氯化物污染的工業(yè)環(huán)境中，lCrl7和奧

5、氏體型 不銹鋼能長(zhǎng)期工作，基本上保持無銹蝕，可能在表面形成污膜，但 當(dāng)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(yè)環(huán) 境中，將造成不銹鋼銹蝕。海洋環(huán)境lCrl3和lCrl7不銹鋼在短時(shí)期就會(huì)形成薄的銹膜. 但不會(huì)造成明顯的尺寸上的改變，奧氏體型不銹鋼如lCrl7Ni7. lCrl8Ni9和0Crl8Ni9,當(dāng)暴露于海洋環(huán)境時(shí)，可能出現(xiàn)一些銹蝕。 銹蝕通常是淺薄的，可以很容易地清除。0Crl7il2M02含鋁不銹鋼 在海洋環(huán)境中基本上是耐腐蝕的。除了大氣條件外，還有另外兩個(gè)影響不銹鋼耐大氣腐蝕性能的 因素。即表面狀態(tài)和制作工藝。精加工級(jí)別影響不銹鋼在有氯化物 的環(huán)境中的耐腐蝕性能。無光

6、表面（毛面）對(duì)腐蝕非常敏感。即正 常的工業(yè)精加工表面對(duì)銹蝕的敏感性較小。表面精加工級(jí)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(duì)于無光表面，如果要保持 原有的表面狀態(tài)則需要經(jīng)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(jié)垢 （硬）水。其腐蝕性主要由在金屬表面形成垢的數(shù)量和類型來決 定。這種垢的形成是存在其中的礦物質(zhì)和溫度的作用。非結(jié)垢（軟）水，這種水一般比硬水的腐蝕性強(qiáng)?？梢酝ㄟ^提高PH值或減 少含氧量來降低其腐蝕性。!Crl3不銹鋼明顯

7、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(qiáng)度和耐腐蝕的船塢和 水壩等用途。然而，應(yīng)當(dāng)考慮到在某些情況下。1CE3在淡水中可 能對(duì)中度點(diǎn)蝕敏感.但是點(diǎn)蝕完全可以用陰極防蝕方法來避免。 1CE7和奧氏體型不銹鋼在室溫（環(huán)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(qiáng) 的酸性所以其腐蝕性比自然淡水強(qiáng)得多。，由于水對(duì)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(duì)碳鋼的腐蝕有非常大的作用。受酸性水作用的碳鋼設(shè)備通常很快被腐蝕。用受酸性河水作用 的各種材料所做試

8、驗(yàn)的結(jié)果表明，在這種環(huán)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(duì)熱傳導(dǎo)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(diǎn)是經(jīng)常以點(diǎn)蝕的形式出現(xiàn)。對(duì)于不銹鋼，在 很大程度上是由于鹽性水導(dǎo)致起耐腐蝕作用的鈍化膜局部破壞。這 些鋼發(fā)生點(diǎn)蝕的其他原因是附著于不銹鋼設(shè)備上的茗荷介和其他海 水有機(jī)物可形成報(bào)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(diǎn)蝕。在鹽性水高速流動(dòng)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(duì)使用不銹鋼管的冷凝器，需保持水流速大于1.5m/s,以使海

9、水有機(jī)物和其他固體在管中集聚得最少。對(duì)處理鹽性水的不銹鋼設(shè) 備的結(jié)構(gòu)，在設(shè)計(jì)時(shí)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(shí)都在變 化的復(fù)雜的狀態(tài)下。實(shí)踐證明.奧氏體型不銹鋼一般具有極好的耐 大多數(shù)土壤腐蝕的性能，而lCrl3和lCrl7則在很多土壤中要產(chǎn)生 點(diǎn)蝕。0Crl7Nil2Mo0不銹鋼在所有土壤的試驗(yàn)中完全可以耐點(diǎn)蝕。6 .硝酸含銘不小于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。1CE7不銹鋼己廣泛用于硝酸工廠的加工設(shè)備。 然而，由于0Crl8Ni9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 lC

10、rl7不銹鋼.其他奧氏體型不銹鋼的耐硝酸腐蝕性能與0Crl8Ni9相近。0Crl7不銹鋼通常比0Crl8Ni9的腐蝕速率稍高.并且較高的溫度和 濃度對(duì)其有較大的有害影響。如果對(duì)鋼進(jìn)行的熱處理不適當(dāng)，熱硝酸將使奧氏體和鐵素體型 不銹鋼產(chǎn)生晶間腐蝕，因此，可用適當(dāng)?shù)臒崽幚韥眍A(yù)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(biāo)準(zhǔn)不銹鋼牌號(hào)很少用于硫酸溶液，因?yàn)槠淇墒褂玫姆秶?窄。在室溫條件下，0Crl7Nil2M。2不銹鋼（最耐硫酸蝕的標(biāo)準(zhǔn)牌 號(hào)）在硫酸濃度小于15%?；虼笥?5%時(shí)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

11、硝酸的情況一樣，如果對(duì)不銹鋼不進(jìn)行適當(dāng)?shù)奶幚恚蛩?可造成晶間腐蝕。對(duì)于焊接后不能進(jìn)行熱處理的焊接結(jié)構(gòu)，應(yīng)使用 低碳牌號(hào)00Crl9Xil0或00Crl7Nil4M02,或穩(wěn)定化的牌號(hào) 0Crl8NillTi 或 0Crl8NillNb 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(chǎn)和處理設(shè)備。在溫度最高達(dá)107C。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(dá)95C。的情況 下，用0Crl7Nil2M02不銹鋼的設(shè)備可以很好地處理（達(dá)磷酸）“超 過 100%H3p04） o應(yīng)注意，氟化物或氯化物鹽類微量雜質(zhì)有時(shí)存在于用濕法工藝 生產(chǎn)的

12、磷酸中。酸中的這些鹵化物的存在可能對(duì)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(jī)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、氯酸和將酸腐蝕的性能，100%氯酸除外。1CE3和1CE7 不銹鋼對(duì)銘酸的耐腐蝕性能顯著地不如奧氏體型不銹鋼，但具有相 對(duì)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(duì)大多數(shù)耐乙酸腐蝕的用途是不適當(dāng)?shù)?/p>

13、。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， 0Crl7Nil2Mo2和0Crl9Nil3M03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(dāng)是熱的甲酸時(shí)，它可以很快地腐蝕不含鋁的不銹鋼，因 此，需要使用0Crl7Nil2M02和0Crl9Nil3M03。在各種溫度下甲酸 都會(huì)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(shí)，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(shí)一樣,對(duì)所有的不銹鋼都會(huì)有相當(dāng)?shù)母g。14、乳酸

14、0Crl8Ni9不銹鋼在溫度最高約達(dá)38C。時(shí)可用于乳酸貯存設(shè)備。 在較高的溫度，無鋁奧氏體型不銹鋼產(chǎn)生點(diǎn)蝕，所以優(yōu)先選用 0Crl7Nil2M02和0Crl9Nil3M03。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，例如氫氧化錢。對(duì)于 強(qiáng)堿，如氫氧化鈉和氫氧化鉀，在溫度最高約為105C。、濃度最高 約為50%時(shí)，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(dāng)溫度高于常壓沸點(diǎn)（和稍低的溫 度，接近50%濃度）時(shí)，奧氏體型不銹鋼就會(huì)出現(xiàn)應(yīng)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

15、極好的 耐鹽酸溶液腐蝕的性能，對(duì)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(duì)于較高溫度的酸 性鹽溶液，含鋁奧氏體型不銹鋼（0Crl7Nil2Mo2 0Crl9Nil3Mo3） 通常比其他牌號(hào)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(shí)，應(yīng)考慮到即 使腐蝕速率一般較低，但點(diǎn)蝕和（或）應(yīng)力腐蝕裂紋在一定條件下也可能產(chǎn)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(shè)備和在相對(duì)低的溫度條件下流動(dòng)的海水）但 必需分別考慮各種用途。點(diǎn)蝕或應(yīng)力腐蝕裂紋是否產(chǎn)生，取決于環(huán) 境和設(shè)備設(shè)計(jì)及操作等方面很多和因素。（二）腐蝕現(xiàn)象1 .點(diǎn)

16、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(tài)的。該鈍化膜的形成是由于鋼暴露 在大氣中時(shí)與氧反應(yīng)，或者是由于與其他含氧的環(huán)境接觸的結(jié)果。 如果鈍化膜被破壞，不銹鋼就將繼續(xù)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(xì)小 的孔或凹坑，在材料表面產(chǎn)生無規(guī)律分布的小坑狀腐蝕。2 .引起點(diǎn)蝕的因素出現(xiàn)點(diǎn)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(tài)金屬的點(diǎn)蝕常起因于某些侵蝕性陰離子對(duì)鈍化膜的局部破壞， 保護(hù)有高耐腐蝕性能的鈍態(tài)通常需要氧化環(huán)境，但正好這也是出現(xiàn) 點(diǎn)蝕的條件。產(chǎn)生點(diǎn)蝕的介質(zhì)是在Cl-、Br-、1-、C1

17、04-溶液中存 在FE3+、Cu2+、Hg2+等重金屬離子或者含有H202、02等的a+、 Ca2+堿和堿土金屬離子的氯化物溶液。點(diǎn)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90C。時(shí)達(dá)到點(diǎn)蝕造成的重量損失最大；對(duì)于更稀的溶液， 最大值出現(xiàn)在較高的溫度。3.防止點(diǎn)蝕的方法避免鹵素離子集中。保證氧或氧化性溶液的均勻性，攪拌溶液和避免有液體不流 動(dòng)的小塊區(qū)域。或者提高氧的濃度，或者去除氧。增加pH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(diǎn)蝕較少，或者完全沒有（氫氧離子起防腐蝕劑的作 用）。在盡可能低的溫度下工作。在腐蝕性介質(zhì)中加入鈍化劑。低濃度的硝酸鹽或銘酸

18、鹽在很 多介質(zhì)中是有效的（抑制離子優(yōu)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）。采用陰極防腐。有證據(jù)表明，用與低碳鋼、鋁或鋅電隅合陰 極保護(hù)的不銹鋼在海水中不會(huì)造成點(diǎn)蝕。含鋁2%-4%的奧氏體型不銹鋼具有良好的耐點(diǎn)蝕性能。使用含 鋁奧氏體型不銹鋼可顯著減少點(diǎn)蝕或一般腐蝕，腐蝕介質(zhì)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%的不穩(wěn)定的奧氏體型不銹鋼（不含鈦或花的牌 號(hào)），如果熱處理不當(dāng)則在某些環(huán)境中易產(chǎn)生晶間腐蝕。這些鋼在 425-815C。之間加熱時(shí)，或者緩慢冷卻通過這個(gè)溫度區(qū)間時(shí)，都會(huì)產(chǎn) 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）

19、， 并且造成最鄰近的區(qū)域銘貧化使得這些區(qū)域?qū)Ωg敏感。敏化作用 也可出現(xiàn)在焊接時(shí)，在焊接熱影響區(qū)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(yàn)方法。 試驗(yàn)時(shí)將鋼試樣放入沸騰的65%硝酸溶液中連續(xù)48h為一個(gè)周期， 共5個(gè)周期，每個(gè)周期測(cè)定重量損失。一般規(guī)定，5個(gè)試驗(yàn)周期的 平均腐蝕率應(yīng)不大于0. 05mm/月。奧氏體型不銹鋼焊接結(jié)構(gòu)的晶間腐蝕可用如下方法預(yù)防：使用低碳牌號(hào)00Crl9Xil0或00Crl7Nil4Mo2,或穩(wěn)定的牌號(hào) 0Crl8NillTi或0Crl8NillNb.使用這些牌號(hào)不銹鋼可防止焊接時(shí)碳 化物沉淀出造成有害影響的數(shù)量。如果面品結(jié)構(gòu)件小，能夠在爐

20、中進(jìn)行熱處理，則可在1040- 1150C。進(jìn)行熱處理以溶解碳化銘，并且在425-815C。區(qū)間快速冷卻 以防止瑞沉淀。焊接鐵素體不銹鋼在某些介質(zhì)中也可能出現(xiàn)晶間腐蝕。這是當(dāng) 鋼從925C。以上快速冷卻時(shí)，碳化物或氧化物沉淀，金屬晶格應(yīng)變 造成的，焊接后進(jìn)行消除應(yīng)力熱處理可消除應(yīng)力并恢復(fù)耐腐蝕性 能。在lCrl7不銹鋼中加入超過8倍碳含量的鈦，通?？蓽p少焊接鋼結(jié)構(gòu)在一些介質(zhì)中的晶間腐蝕。然而加入鈦在濃硝酸中不是有效 的。5 .應(yīng)力腐蝕裂紋應(yīng)力腐蝕裂紋是靜應(yīng)力和導(dǎo)致裂紋與金屬脆化的腐蝕共同的作 用。只有拉伸應(yīng)力造成這種形式的破壞。事實(shí)上，所有的金屬與合 金（只有極少數(shù)的金屬除外）在某些環(huán)境中都易出現(xiàn)應(yīng)力腐蝕裂 紋，關(guān)于某些金屬的破壞是屬于“應(yīng)力腐蝕”或是屬于“氫脆”（例如高強(qiáng)度鋼在硫化氫中的裂紋），還存在一些不同的觀點(diǎn)