不銹鋼的腐蝕現(xiàn)象及影響因素()課件

不銹鋼的腐蝕現(xiàn)象及影響因素

王惠辰撫順投資工程管理中心113006摘要：一般情況下不銹鋼具有較好的耐腐蝕性，但在特殊的操作工況下，此材料不但不能有效的抵抗腐蝕，而且還會出現(xiàn)諸如點蝕、縫隙腐蝕、應(yīng)力腐蝕、晶間腐蝕等現(xiàn)象，而應(yīng)力腐蝕、晶間腐蝕會給工程帶來重大的安全隱患。本文分別介紹以上各種腐蝕的機理及不銹鋼在化學(xué)介質(zhì)中的抗腐蝕性，并重點介紹晶間腐蝕產(chǎn)生的原因。關(guān)鍵詞：不銹鋼；腐蝕1，前言通常所說的不銹鋼是不銹鋼、耐酸鋼及耐熱鋼的總稱。具體來說，不銹鋼是指在空氣中能抵抗腐蝕的鋼;耐酸鋼是指在某些化學(xué)介質(zhì)中能抵抗腐蝕的鋼，而耐熱鋼則是指在高溫下抗氧化、抗蠕變并耐一定介質(zhì)腐蝕的鋼。從工程來看，不銹鋼不是在任何情況下都具有較好的耐蝕性，在一定條件下可能出現(xiàn)點蝕、縫隙腐蝕、應(yīng)力腐蝕、晶間腐蝕等現(xiàn)象。如：不銹鋼在腐蝕性介質(zhì)和拉應(yīng)力共存的條件下，可能產(chǎn)生應(yīng)力腐蝕；在腐蝕性介質(zhì)和高溫環(huán)境共存的條件下，還可能產(chǎn)生晶間腐蝕。后兩種腐蝕其隱蔽性和危害性遠(yuǎn)大于其它腐蝕，往往會造成重大的工程事故。不銹鋼抗腐蝕能力因其金相組織和化學(xué)成分（主要是合金元素）的不同而有所不同。下面分別介紹上述各種腐蝕產(chǎn)生的原因及影響因素。2.1點蝕產(chǎn)生的原因由于鋼中存在缺陷、雜質(zhì)和溶質(zhì)等的不均勻性，當(dāng)介質(zhì)中含有某些活性陰離子（如Cl）時，首先被吸附在金屬表面某些點上，從而使不銹鋼表面鈍化膜發(fā)生破壞。由于鈍化膜破壞處的基體金屬顯露出來使其呈活化狀態(tài)，而鈍化膜處為鈍態(tài)，這樣就形成了活性-鈍性腐蝕電池。由于陽極面積比陰極面積小得多，陽極電流密度大，所以陽極金屬很快腐蝕成小孔。產(chǎn)生點蝕有兩個重要條件，一是金屬在介質(zhì)中必須達到某一臨界電位，二是侵蝕性的鹵化物陰離子達到某一濃度。3不銹鋼的縫隙腐蝕這類腐蝕發(fā)生在有電解液存在的金屬之間、以及金屬與非金屬之間構(gòu)成狹窄的縫隙內(nèi)，如：不銹鋼設(shè)備中法蘭的連接處，墊圈、襯板、金屬相互纏繞的重疊處，破壞形態(tài)為溝縫狀，嚴(yán)重可穿透。它的發(fā)生和發(fā)展機理與點蝕類似，是點蝕的一種特殊形態(tài)。3.1縫隙腐蝕產(chǎn)生的原因在電解液和結(jié)構(gòu)縫隙存在的條件下，縫隙內(nèi)有關(guān)物質(zhì)的移動受到了阻滯，形成濃差電池從而產(chǎn)生局部腐蝕；由于電解質(zhì)中的擴散在汽-液交界面上形成三相界面而產(chǎn)生強烈的水線腐蝕，以及形成活化-鈍化電池的閉塞電池。因為縫隙內(nèi)是缺氧區(qū)，成為陽極，其后也產(chǎn)生自催化加速作用，一旦發(fā)生就迅速進展?？p隙腐蝕和孔蝕一樣，在含Cl-離子的溶液中最容易發(fā)生。4不銹鋼的應(yīng)力腐蝕不銹鋼在特定的腐蝕性介質(zhì)和拉應(yīng)力（外力或焊接、冷加工等產(chǎn)生的殘余應(yīng)力）的同時作用時會出現(xiàn)低于強度極限的脆性開裂現(xiàn)象，稱為應(yīng)力腐蝕。這種腐蝕發(fā)生的時間短，破壞性極大。先是由于腐蝕性介質(zhì)的作用，在不銹鋼的腐蝕敏感部位形成微小坑陷，而后在殘余應(yīng)力的作用下產(chǎn)生微觀裂紋，且裂紋擴展很快，最終腐蝕開裂。這種腐蝕性介質(zhì)有硝酸、硝酸銨、溴化鈣、鹽酸、氫氟酸、氫氧化鉀及含有氯離子溶液等；腐蝕敏感部位是指活化-鈍化過渡區(qū)，即鈍化膜不完整的電位范圍。4.1應(yīng)力腐蝕產(chǎn)生的原因應(yīng)力腐蝕發(fā)生的初期與點蝕和縫隙腐蝕相同，都是在一個對流不通暢的、閉塞的微區(qū)內(nèi)進行的，也稱為閉塞電池腐蝕。微觀裂紋一旦產(chǎn)生，在金屬內(nèi)部就存在一條狹窄的活性通路，在拉應(yīng)力的作用下，活性通路前端的膜反復(fù)地、間歇地破裂，腐蝕沿著與拉應(yīng)力垂直的通路前進。在閉塞區(qū)（裂縫尖端）由于陰離子腐蝕放氫，一部分氫可能擴散到尖端金屬內(nèi)部引起脆化，發(fā)生脆性斷裂。裂縫在腐蝕和脆斷的反復(fù)作用下迅速前進。5不銹鋼的晶間腐蝕所謂晶間腐蝕是金屬材料在特定的腐蝕介質(zhì)中，并在高溫環(huán)境下由于晶界合金元素的貧化，沿著材料的晶粒間界受到腐蝕，使晶粒之間喪失結(jié)合力的一種局部腐蝕破壞現(xiàn)象。以奧氏體不銹鋼為例，在焊接時，焊縫兩側(cè)2～3毫米處可被加熱到400～910℃，這就是所謂的晶間腐蝕敏化區(qū)，有鉻和鉬相析出而出現(xiàn)貧化。不銹鋼抗晶間腐蝕能力因其金相組織和化學(xué)成分的不同而有所不同，如：奧氏體不銹鋼和雙相不銹鋼晶間腐蝕的敏化溫度范圍是400～850℃；而鐵素體不銹鋼則在850℃以上。腐蝕從表面沿晶界深入金屬內(nèi)部，外表看不出腐蝕跡象，但金相觀察晶界呈現(xiàn)網(wǎng)狀腐蝕。5.2影響晶間腐蝕的因素碳（C）元素的影響。含碳量愈高，碳化物形成的就多，鉻的消耗量就大，使得晶間腐蝕傾向滲入晶界的深度加大。鉻（Cr）元素的影響。鉻含量增加時，有利于貧鉻區(qū)與富鉻區(qū)含鉻量的平衡，從而降低了晶間腐蝕的敏感性。鎳（Ni）元素的影響。鎳含量增加可降低碳在奧氏體鋼中的溶解度，并可促進MC的析出和成長速度，因此鎳是加速晶間腐蝕的元素。鈦（Ti）和鈮（Nb）的影響。鈦和鈮與碳的親和力較強，能夠生成穩(wěn)定的TiC和NbC，以避免碳與鉻結(jié)合形成碳化鉻，從而減少了晶界貧鉻區(qū)的產(chǎn)生，因此它們被稱為穩(wěn)定化元素。熱處理制度的影響。由于碳和鉻的擴散速率不同，晶間腐蝕傾向受加熱溫度和加熱時間兩個因素的影響。圖5.2為1Cr18Ni9鉻鎳不銹鋼晶間腐蝕傾向與溫度和時間的關(guān)系。6，結(jié)語上述介紹不銹鋼的各種腐蝕產(chǎn)生原因和防腐措施，都是基于單一腐蝕機理而言的。在工程的實際應(yīng)用過程中，往往同時存在兩種或兩種以上的腐蝕機理，所以在不銹鋼的選材時要充分考慮各類腐蝕的綜合影響結(jié)果，合理選材。參考文獻（1）宋濤哲《腐蝕電化學(xué)研究方法》化學(xué)工業(yè)出版社1988年12月76～79頁（2）傅積和《化纖化工設(shè)備防腐蝕》紡織工業(yè)出版社1985年3月11～17頁（3）周靜妤《防腐技術(shù)》化學(xué)工業(yè)出版社1988年12月17～47頁（4）岡毅民《中國不銹鋼腐蝕手冊》1992年6月冶金工業(yè)出版社189～229頁（5）邵