不锈钢的特点与选用

不锈钢的特点与选用不锈钢是石油、化工、化肥、食品、国防、餐具、合成纤维和石油提炼等产业行业中广泛使用的金属材，而很多容器、管道、阀门、泵、等一般都因与各种腐蚀性介质接触遭受腐蚀而报废。据统计，全世界每年因腐蚀而报废的钢材约占钢材年产量的1／4。而不锈钢的产量占钢铁总产量的1％。因此，材料受到腐蚀而失效是当今材料研究与发展中的三大主要题目之一。不锈钢是指具有抗腐蚀性能的一类钢种。通常所说的不锈钢是不锈钢与耐酸钢的总称。不锈钢不一定耐酸，但耐酸钢同时又是不锈钢。所谓不锈钢是指能抵抗大气及弱腐蚀介质腐蚀的钢种。腐蚀速度＜0．01mm／年者为完全耐腐蚀钢，速度＜0.1mm／年者为耐蚀钢。所谓的耐酸钢是指在各种强腐蚀介质中能耐酸的钢．腐蚀速度＜0.1mm／年者为完全耐蚀，腐蚀速度＜1mm／年者为耐蚀。因此．不锈钢并不是不腐蚀、只不过腐蚀速度较慢而已、尽对不被腐蚀的钢是不存在的。值得留意的是在同一介质中．不同种类的不锈钢腐蚀速度大不相同而同一种不锈钢在不同的介质中腐蚀行为也大不一样。例如．Ni-Cr不锈钢在氧化性介质中的耐蚀性很好．但在非氧化介质中(如盐酸）的耐蚀性就不好了。因此把握各类不锈钢的特点、对于正确选择和使用不锈钢是很重要的。不锈钢不仅要耐蚀，还要承受或传递载荷，因此还需要具有较好的力学性能。不锈钢一般以板、管等型材加工成构件或零件，因此．要有良好的切削加工性能和良好的焊接性能。不锈钢按典型组织分为：铁素体（F）型不锈钢；马氏体〔M)型不锈钢；奥氏体（A）型不锈钢；奥氏体-铁素体（A-F）双相型不锈钢；沉淀硬化型不锈钢。一、金属腐蚀（一）金属的腐蚀过程在外界介质的作用下使金属逐渐受到破坏的现象称为腐蚀。腐蚀基本上有两种形式．化学腐蚀和电化学腐蚀。在生产实际中碰到的腐蚀主要是电化学腐蚀，化学腐蚀中不产生电流，巨在腐蚀过程中形成某种腐蚀产物。这种腐蚀产物一般都覆盖在金属表面上形成一层膜，使金属与介质隔离开来。假如这层化学天生物是稳定、致密、完整并同金属表层牢固结合的，则将大大减轻甚至可以防止腐蚀的进一步发展，对金属起保护作用。形成保护膜的过程称为钝化。例如，天生SiO2、Al2O3、Cr2O3等氧化膜，这些氧化膜结构致密、完整、无疏松、无裂纹且不易剥落，可起到保护基体金属、避免继续氧化的作用。例如铁在高温氧化时天生的Fe2O3。反之，有些氧化膜是不连续的，或者是多孔状的．对基体金属没有保护作用。例如．有些金属的氧化物，如Mo2O3、WO3在高温下具有挥发性，完全没有覆盖基体的保护作用。可见，氧化膜的产生及氧化膜的结构和性质是化学腐蚀的重要特征。因此，进步金属耐化学腐蚀的能力，主要是通过合金化或其它方法，在金属表面形成一层稳定的、完整致密的并与基体结合牢固的氧化膜，也称为钝化膜，电化学腐蚀是金属腐蚀更重要的、更普遍的形式，它是由不同的金属或金属的不同电极电位而构成原电池所产生的。这种原电池腐蚀是在显微组织之间产生的故又称之为微电池腐蚀。电化学腐蚀的特点是有电介质存在，不同金属之间、金属微区之间或相之间有电位差异连通或接触，同时有腐蚀电流产生。二、腐蚀类型金属材料在产业生产中的腐蚀失效形式是多种多样的。不同材料在不同负荷及不同介质环境的作用下，其腐蚀形式主要有以下几类：一般腐蚀：金属裸露表面发生大面积的较为均匀的腐蚀，虽降低构件受力有效面积及其使用寿命，但比局部腐蚀的危害性小。晶间腐蚀：指沿品界进行的腐蚀，使晶粒的连接遭到破坏。这种腐蚀的危害性最大，它可以使金属变脆或丧失强度，敲击时失往金属声响，易造成忽然事故。晶间腐蚀为奥氏体不锈钢的主要腐蚀形式，这是由于晶界区域与晶内成分或应力有差别，引起晶界区域电极电位明显降低而造成的电极电位助差别所致。应力腐蚀：金属在腐蚀介质及拉应力（外加应力或内应力）的共同作用下产生破裂现象。断裂方式主要是沿晶的、也有穿晶的，这是一种危险的低应力脆性断裂、在氯化介质和碱性氧化物或其它水溶性介质中常发生应力腐蚀，在很多设备的事故中占相当大的比例。点腐蚀：点腐蚀是发生在金属表面局部区域的一种腐蚀破坏形式、点腐蚀形成后能迅速地向深处发展，最后穿透金属。点腐蚀危害性很大，尤其是对各种容器是极为不利的。出现点腐蚀后应及时磨光或涂漆，以避免腐蚀加深。点腐蚀产生的原因是在介质的作用下，金属表面钝化膜受到局部损坏而造成的。或者在含有氯离子的介质中，材料表面缺陷疏松及非金属夹杂物等都可引出发点腐蚀。腐蚀疲惫：金属在腐蚀介质及交变应力作用下发生的破坏、其特点是产生腐蚀坑和大量裂纹。明显降低钢的疲惫强度，导致过早断裂。腐蚀疲惫不同于机械疲惫，它没有一定的疲惫极限，随着循环次数的增加，疲惫强度一直是下降的。除了上述各种腐蚀形式以外，还有由于宏观电池作用而产生的腐蚀。例如，金属构件中铆钉与铆接材料不同、异种金属的焊接、船体与螺旋桨材料不同等因电极电位差别而造成的腐蚀。从上述腐蚀机理可见，防止腐蚀的着眼点应放在：尽可能减少原电池数目，使钢的表面形成一层稳定的、完整的、与钢的基体结合牢固的钝化膜；在形成原电池的情况下，尽可能减少两极间的电极电位差。不锈钢的合金化原理进步钢耐蚀性的方法很多，如表面涂一层耐蚀金属、涂敷非金属层、电化学保护和改变腐蚀环境介质等。但是利用合金化方法，进步材料本身的耐蚀性是最有效的防止腐蚀破坏的措施之一，其方法如下：（1）加进合金元素，进步钢基体的电极电位，从而进步钢的抗电化学腐蚀能力。一般钢中加进Cr、Ni、Si多元素均能进步其电极电位。由于Ni较缺，Si的大量加进会使钢变脆，因此，只有Cr才是明显进步钢基体电极电位常用的元素。Cr能进步钢的电极电位，但不是呈线性关系、如图5.1所示。实验证实钢的电极电位随合金元素的增加，存在着一个量变到质变的关系，遵循1/8规律。当Cr含量达到一定值时即1／8原子（l／8、2／8、3/8……）时，电极电位将有一个突变。因此，几乎所有的不锈钢中，Cr含量均在12.%（原子）以上，即11.7%（质量）以上。（2）加进合金元素使钢的表面形成一层稳定的、完整的与钢的基体结合牢固的纯化膜。从而进步钢的耐化学腐蚀能力。如在钢中加进Cr,Si.Al等合金元素，使钢的表层形成致密的Cr2O3,SiO2,Al2O3等氧化膜，就可进步钢的耐蚀性。（3）加进合金元素使钢在常温时能以单相状态存在，减少微电池数目从而进步钢的耐蚀性。如加进足足数目的Cr或Cr－Ni,使钢在室温下获得单相铁素体或单相奥氏体。（4）加进Mo、Cu等元素，进步抗腐蚀的能力。（5）加进Ti，Nb等元素，消除Cr的晶间偏析，从而减轻了晶间腐蚀倾向。（6）加进Mn、N等元素，代替部分Ni获得单相奥氏体组织，同时能大大进步铬不锈钢在有机酸中的耐蚀性。不锈钢的种类和特点不锈钢有两种分类法：一种是按合金元素的特点，划分为铬不锈钢和铬镍不锈钢。