金屬與腐蝕介質發生反應而變質的現象稱為腐蝕。常見的金屬腐蝕有晶間腐(fu)蝕、點腐蝕、應力腐蝕、疲勞腐蝕和縫隙腐蝕等。
1. 晶間(jian)腐蝕
晶間腐蝕是不銹鋼在特定的腐蝕介質中沿著鋼的晶界發生的一種局部選擇性腐蝕。如果這種腐蝕發生在金屬表面,將形成微裂紋并深入內部,直至引起破斷。在某些特定腐蝕介質中(如硝酸、磷酸、硫酸、乳酸、甲酸、氫氟酸和硫酸銅等),就會沿著不銹鋼的晶界發生腐蝕。在有應力同時存在的情況下,晶間腐蝕有可能發展為晶間應力腐蝕開裂。為避免晶間腐蝕,一般可選用超低碳((w(C)≤0.03%)奧氏體不銹(xiu)鋼、雙相不銹鋼和含Ti、Nb穩定化的奧氏體不銹鋼。
2. 點腐蝕
點(dian)腐蝕(shi)(shi)又(you)叫孔蝕(shi)(shi),是最(zui)常(chang)見的局部腐蝕(shi)(shi)形式之一。它(ta)是因為金屬表面(mian)某個局部由于微電池作用,出(chu)現一些腐蝕(shi)(shi)小孔,并向(xiang)深處(chu)發展。在不銹鋼(gang)(gang)表面(mian)存在雜(za)質、污物以及缺(que)陷(xian)部位(wei)鈍(dun)化膜損(sun)壞(huai)而生銹或在海(hai)水中使用的不銹鋼(gang)(gang),即會出(chu)現點(dian)腐蝕(shi)(shi)(孔蝕(shi)(shi))。
點(dian)腐(fu)(fu)蝕(shi)的(de)破(po)壞性(xing)和(he)隱患(huan)性(xing)較(jiao)大(da)。發(fa)生點(dian)腐(fu)(fu)蝕(shi)時(shi),雖然金屬的(de)失重(zhong)不大(da),但(dan)由于陽極面積非(fei)常小,陽極上流過的(de)腐(fu)(fu)蝕(shi)電流密度很(hen)大(da),造成較(jiao)高的(de)金屬溶解速度,嚴重(zhong)時(shi)可使金屬設(she)備穿孔破(po)壞。點(dian)腐(fu)(fu)蝕(shi)還會使晶間(jian)腐(fu)(fu)蝕(shi)、剝蝕(shi)、應力腐(fu)(fu)蝕(shi)開裂和(he)腐(fu)(fu)蝕(shi)疲勞等加(jia)劇,在(zai)很(hen)多情況下是這些局部腐(fu)(fu)蝕(shi)的(de)起(qi)源。
為防止不(bu)銹鋼發(fa)生點(dian)腐蝕(孔(kong)蝕),應選擇含高(gao)鉻、鎳、鉬、氮的(de)(de)不(bu)銹鋼,提(ti)高(gao)不(bu)銹鋼的(de)(de)純度(du)并降低(di)不(bu)銹鋼的(de)(de)不(bu)均勻(yun)性。選擇鈍化和(he)鈍化能力強的(de)(de)材料是(shi)防止不(bu)銹鋼點(dian)腐蝕的(de)(de)有力措施。
3. 縫(feng)隙(xi)腐蝕(shi)
在腐(fu)(fu)蝕(shi)(shi)介質(zhi)的(de)作用下,不(bu)銹鋼縫(feng)隙出現腐(fu)(fu)蝕(shi)(shi),即縫(feng)隙腐(fu)(fu)蝕(shi)(shi)。縫(feng)隙腐(fu)(fu)蝕(shi)(shi)一般根據縫(feng)隙形狀(zhuang)的(de)不(bu)同而具有(you)一定的(de)外形。輕微(wei)時,縫(feng)隙內為一般腐(fu)(fu)蝕(shi)(shi),嚴重時多為片狀(zhuang)點腐(fu)(fu)蝕(shi)(shi)或潰瘍狀(zhuang)。
所(suo)有能(neng)引起(qi)腐(fu)蝕(shi)的介質都能(neng)引起(qi)縫(feng)隙腐(fu)蝕(shi)。不銹鋼表面若存在(zai)金屬(shu)(shu)和非(fei)金屬(shu)(shu)夾雜(za)物(wu)(金屬(shu)(shu)微粒(li)、灰(hui)塵、臟(zang)物(wu)、砂(sha)粒(li)、海生(sheng)(sheng)物(wu)),或者是結(jie)構上的原因(yin),如螺栓聯接(jie)(jie)、鉚(liu)接(jie)(jie)、墊片(pian)與(yu)非(fei)金屬(shu)(shu)接(jie)(jie)觸(chu)等(deng)所(suo)形(xing)成的縫(feng)隙,在(zai)這(zhe)些情況下不銹鋼零件(jian)若與(yu)腐(fu)蝕(shi)介質接(jie)(jie)觸(chu),便會發生(sheng)(sheng)縫(feng)隙腐(fu)蝕(shi)。特(te)別是在(zai)氯離子的環境中,縫(feng)隙腐(fu)蝕(shi)最為常見。
不(bu)(bu)銹(xiu)(xiu)鋼(gang)的(de)(de)(de)(de)(de)縫(feng)(feng)隙腐蝕(shi)主要是(shi)因為(wei)縫(feng)(feng)隙內的(de)(de)(de)(de)(de)溶液酸化(hua)(hua)(hua)、缺氧而引起的(de)(de)(de)(de)(de)鈍化(hua)(hua)(hua)膜(mo)破壞。因此(ci)防止(zhi)不(bu)(bu)銹(xiu)(xiu)鋼(gang)縫(feng)(feng)隙腐蝕(shi)的(de)(de)(de)(de)(de)有力措施是(shi):選(xuan)擇含高鉻、鎳(nie)、鉬、氮的(de)(de)(de)(de)(de)不(bu)(bu)銹(xiu)(xiu)鋼(gang),提高不(bu)(bu)銹(xiu)(xiu)鋼(gang)鈍化(hua)(hua)(hua)膜(mo)的(de)(de)(de)(de)(de)穩(wen)定性(xing)和鈍化(hua)(hua)(hua)、再鈍化(hua)(hua)(hua)的(de)(de)(de)(de)(de)能(neng)力,提高不(bu)(bu)銹(xiu)(xiu)鋼(gang)的(de)(de)(de)(de)(de)純度(du),并降低(di)不(bu)(bu)銹(xiu)(xiu)鋼(gang)的(de)(de)(de)(de)(de)不(bu)(bu)均勻性(xing)。
4. 應力(li)腐蝕
應(ying)力(li)腐(fu)(fu)蝕(shi)是(shi)不銹(xiu)鋼在持久拉應(ying)力(li)(包括外加(jia)載(zai)荷、熱應(ying)力(li)及(ji)冷加(jia)工(gong)、熱加(jia)工(gong)或焊接后(hou)的(de)殘留應(ying)力(li)等(deng))和特定的(de)腐(fu)(fu)蝕(shi)介質的(de)共同作用下出(chu)現(xian)的(de)脆性開裂(lie)。它是(shi)不銹(xiu)鋼局部腐(fu)(fu)蝕(shi)破(po)壞中最常見、危害最大的(de)一種腐(fu)(fu)蝕(shi)形(xing)式。
不銹鋼應力腐蝕的特點是出現腐蝕裂縫甚至斷裂,裂縫的起源點往往是腐蝕小孔或腐蝕小坑的底部;裂縫擴散有沿晶界、穿晶型和混合型三種,主裂縫通常垂直于應力方向,多半有分枝;裂縫端部尖銳,裂縫內壁及金屬表面的腐蝕程度通常很輕微,裂縫端部的擴散速度很快,斷口有脆性斷裂的特征。導致各類不銹鋼應力腐蝕最常見的介質是含Cl-和氧的大氣和工業水、海水等,在超過臨界值的拉應力(含內應力)和高溫共同作用的結果。
引起(qi)Cr-Ni奧氏體不銹鋼(gang)應力腐(fu)蝕(shi)常見(jian)的介(jie)質有:
a. 各種(zhong)氯化物(wu)或含氯化物(wu)的溶液。
b. 海水(shui)(shui)、鹽水(shui)(shui)、河水(shui)(shui)、井水(shui)(shui)、水(shui)(shui)蒸氣和海洋性(xing)大氣。
c. 氫氧化物,例如NaOH、KOH的水溶液。
d. 硝酸和硝酸鹽;HNO3 +HF和HNO3+HCl+HF的酸洗液。
e. 氫氟酸、氟硅酸和含F-的水溶液。
f. 硫酸和亞硫酸鹽;連多(duo)硫酸;硫化氫(qing)水溶液。
表(biao)2-1列出了引起Cr-Ni奧(ao)氏體不銹鋼(gang)腐(fu)蝕的介質和(he)條件。


對(dui)于(yu)應力腐(fu)蝕(shi)斷裂,通常通過正確選材可(ke)以(yi)予以(yi)控制。
a. 在高濃(nong)度氯(lv)化物中,通常(chang)選擇鎳含量高的不(bu)銹鋼、高硅Cr-N不(bu)銹鋼和鐵(tie)素體不(bu)銹鋼。
b. 在(zai)產生晶間氯化物應(ying)力腐蝕的(de)環境(jing)中,可選擇含(han)Ti、Nb的(de)奧氏體不(bu)銹(xiu)鋼(gang)(經穩定化處理)、超(chao)低碳(tan)或(huo)控(kong)氮(dan)奧氏體不(bu)銹(xiu)鋼(gang)。
c. 在(zai)(zai)(zai)含氯離(li)子的水(shui)溶液中,當在(zai)(zai)(zai)低(di)于(yu)60℃的低(di)濃(nong)(nong)(nong)度(du)氯離(li)子介質中,無(wu)濃(nong)(nong)(nong)縮(suo)或(huo)富(fu)集可(ke)選(xuan)用(yong)18-8型(xing)、18-12-2型(xing)奧氏體(ti)不(bu)(bu)(bu)銹(xiu)(xiu)(xiu)鋼(gang)、Cr18Mo2鐵(tie)(tie)素體(ti)不(bu)(bu)(bu)銹(xiu)(xiu)(xiu)鋼(gang)和18-5-Mo雙相(xiang)不(bu)(bu)(bu)銹(xiu)(xiu)(xiu)鋼(gang);在(zai)(zai)(zai)低(di)于(yu)60℃的低(di)濃(nong)(nong)(nong)度(du)氯離(li)子介質中(濃(nong)(nong)(nong)縮(suo)、富(fu)集),可(ke)選(xuan)用(yong)Cr18Mo2鐵(tie)(tie)素體(ti)不(bu)(bu)(bu)銹(xiu)(xiu)(xiu)鋼(gang)和18-5-Mo雙相(xiang)不(bu)(bu)(bu)銹(xiu)(xiu)(xiu)鋼(gang);在(zai)(zai)(zai)低(di)于(yu)60℃高濃(nong)(nong)(nong)度(du)氯離(li)子介質中(有濃(nong)(nong)(nong)縮(suo)、富(fu)集),可(ke)選(xuan)用(yong)Cr27Mo、Cr18Mo2鐵(tie)(tie)素體(ti)不(bu)(bu)(bu)銹(xiu)(xiu)(xiu)鋼(gang),以及w(Cr)22%~25%并含Mo的雙相(xiang)不(bu)(bu)(bu)銹(xiu)(xiu)(xiu)鋼(gang);在(zai)(zai)(zai)60~200℃低(di)濃(nong)(nong)(nong)度(du)氯離(li)子介質中(濃(nong)(nong)(nong)縮(suo)、富(fu)集),可(ke)選(xuan)用(yong)18-5型(xing)、22-5型(xing)、25-5型(xing)雙相(xiang)含Mo不(bu)(bu)(bu)銹(xiu)(xiu)(xiu)鋼(gang)和高Cr、Mo、Ni不(bu)(bu)(bu)銹(xiu)(xiu)(xiu)鋼(gang)(Cr20Ni25Mo4.5Cu);在(zai)(zai)(zai)200~350℃低(di)濃(nong)(nong)(nong)度(du)氯離(li)子(濃(nong)(nong)(nong)縮(suo)、富(fu)集)介質中,可(ke)選(xuan)用(yong)Cr20Ni32Fe鐵(tie)(tie)-鎳(nie)合金、Cr30Ni60Fe10鎳(nie)基(ji)合金。
d. 在含NaOH的水溶液中,當(dang)w(NaOH)≤20%,無氯子,沸騰(teng)溫度(du)≤120可選18-8或18-12-2型(xing)奧氏體不(bu)(bu)銹(xiu)(xiu)鋼(gang)(gang);當(dang)w(NaOH)=50%、w(NaCl)=2.5%在85℃的NaOH水溶液中,可選用超低碳18-8型(xing)奧氏體不(bu)(bu)銹(xiu)(xiu)鋼(gang)(gang)、Cr26Mo1 鐵素體不(bu)(bu)銹(xiu)(xiu)鋼(gang)(gang)等。
e. 雙相不銹鋼尤其適用于由點腐蝕(孔蝕)引起的應力腐蝕破裂的場合,如022Cr21Ni5Ti、022Cr23Ni5Mo3N等具有優良耐應力腐蝕特性的雙相不銹鋼。
5. 疲(pi)勞(lao)腐(fu)蝕(shi)
疲(pi)勞(lao)腐(fu)(fu)蝕(shi)(shi)是(shi)不(bu)銹(xiu)鋼零件(jian)在腐(fu)(fu)蝕(shi)(shi)介質與交變應(ying)力的(de)共(gong)同(tong)作用下發生(sheng)腐(fu)(fu)蝕(shi)(shi)進而引(yin)起零件(jian)的(de)破(po)損現象。疲(pi)勞(lao)腐(fu)(fu)蝕(shi)(shi)的(de)特(te)點是(shi)產(chan)生(sheng)腐(fu)(fu)蝕(shi)(shi)坑和大量裂(lie)縫,以致金屬的(de)機械疲(pi)勞(lao)極限不(bu)復存在;裂(lie)縫多半穿(chuan)晶(jing)粒,一般不(bu)分枝;裂(lie)縫端部較鈍;斷口大部為(wei)腐(fu)(fu)蝕(shi)(shi)產(chan)物(wu)所覆(fu)蓋,小(xiao)部呈脆性裂(lie)縫破(po)壞(huai)。
導致疲勞(lao)腐蝕的(de)(de)活(huo)性(xing)介(jie)質有酸性(xing)介(jie)質、氯化(hua)物、含H2S、SO2和O2的(de)(de)氣體以及其(qi)他能產生腐蝕的(de)(de)介(jie)質。
為(wei)了防(fang)止疲勞(lao)腐蝕的(de)產生,不銹鋼(gang)應具(ju)備(bei)良(liang)好(hao)的(de)耐點蝕性能和高強度(du),因此應選擇含Cr、Mo較高的(de)馬(ma)氏體(ti)不銹鋼(gang),超級(ji)奧(ao)氏體(ti)不銹鋼(gang),以及高鉻、鉬、氮含量的(de)雙相不銹鋼(gang),典(dian)型(xing)的(de)鋼(gang)號(hao)有(you):015Cr20Ni18Mo6CuN、015Cr24Ni22M7CuN、022Cr25Ni6Mo2N、022Cr25NiMo4N等。
當(dang)然在選擇不銹鋼(gang)耐蝕性的過程中,要(yao)根據(ju)實際(ji)情況,分(fen)析(xi)產生腐蝕的原因,并根據(ju)腐蝕特點(dian)進行試驗,總(zong)結(jie)出最佳方案再(zai)選擇耐蝕性好的、經濟上合理的、市場(chang)上有的不銹鋼(gang)材料(liao)。

