钢的耐蚀性

第五章不锈钢第一节钢的耐蚀性第二节不锈耐蚀钢不锈耐蚀钢通常是不锈钢（耐大气、蒸汽和水等弱腐蚀介质腐蚀的钢）和耐酸钢（耐酸、碱、盐等强腐蚀介质腐蚀的钢）的统称。广泛用于化工、石油、卫生、食品、建筑、航空、原子能等行业。第一节钢的耐蚀性（用硝酸酒精浸蚀碳钢显示珠光体）阳极：α-Fe，低电位，Fe元素被氧化成Fe3+，组织凹陷；阴极：Fe3C，高电位，硝酸中的H+被还原成H2。钢的钝化现象电化学腐蚀的实例1、电化学腐蚀的实质钢在电解质溶液中，由于本身微观上的成分、组织和应力的不均匀，导致微区域间电极电位的差异，形成了微阳极区和微阴极区，构成原电池。电化学腐蚀机理2、电极极化曲线实验研究证明：腐蚀开始后，阴、阳极的电位会发生变化，即向着电位差减小的方向变化。这种电极电位的变化称为极化。（阳极变正，阴极变负，电位差缩小）1）阴极极化：通路后，阴极电位向负的方向变化。原因：消耗电子的阴极过程受阻，使阴极的电子造成堆积，升高了表面电荷密度，导致阴极电位变负。右图：腐蚀电池在电路接通后阳极、阴极的电位变化2）阳极极化：通路后，阳极电位向正的方向变化。原因：由于腐蚀过程中形成有保护作用的钝化膜，阻碍了阳极金属和溶液的接触，使金属形成离子的速度减慢，因而降低了阳极表面的电荷密度，升高了阳极的电位。3）阳极极化曲线：常用的Fe、Cr、Ni、Ti等金属的阳极极化过程具有独特的极化形式。随着阳极极化电流的升高，腐蚀电流不是均匀的降低，而是先增加，然后减少到最小，并保持这个电流经一定的电位升高阶段，然后电流再增加。4）极化曲线的应用钢在一个具体介质中如能获得有稳定钝化区的阳极极化曲线，那么当阴极极化曲线交于钝化区时，如图中线③的交点E，这时的腐蚀电流为I最小，钢将很耐蚀。同理，A点的腐蚀电流I较大，钢易腐蚀。极化作用对提高金属的耐蚀性意义很大。一切增强阳极极化或阴极极化的因素，都提高金属的耐蚀性。在不锈钢的研究发展中，使钢的阳极相具有好的钝化性能，并调节阴极相，使之极化曲线交于钝化区，这是钢即获得很高的耐蚀性。3、电化学腐蚀的类型（P79）1）一般腐蚀：又称均匀腐蚀或连续腐蚀。这种腐蚀易辨别，一般不易带来危险的失效事故。2）晶界腐蚀：一般，晶界较晶内具有较大的活性。当晶界分布有夹杂物和偏聚有溶质原子时，晶界的电位进一步降低，晶界与晶内的电位差加大，这时则会引起晶界的深腐蚀。3）点腐蚀：又称孔蚀，是不锈钢的钝化膜局部破坏引起。4）应力腐蚀：应力和腐蚀介质共同作用的结果，即钢内裂纹尖端处阳极溶解时促进了裂纹的形成和扩展。5）氢脆：钢处于张应力状态时，由于腐蚀吸收阴极的析氢而产生的破裂。1）获得稳定钝化区的阳极极化曲线；2）提高不锈钢基体的电极电位；3）使钢具有单相组织，减少微电池的数量；4）使钢表面获得稳定的表面保护膜。合金元素对钢钝化的影响提高钢的耐蚀性的途径合金元素的作用1）Cr：形成Fe、Cr复合氧化膜，降低腐蚀电流。2）Ni：能促进单相奥氏体的形成，显著提高钢在非氧化性硫酸中的耐蚀性。3）Mn：能显著提高钢在有机酸中的耐蚀性。4）Mo：形成含Mo钝化膜，在许多强腐蚀介质中具有很高的稳定性，还能防止氯离子对膜的点腐蚀。5）Pt：提高不锈钢在硫酸中的耐蚀性；6）Mo、Cu、Ni的混合添加第二节不锈耐蚀钢为了表明不锈钢的实际成分和所得到组织的关系，人们制成了铬当量【Cr】-镍当量【Ni】图。钢中铁素体形成元素Cr、Mo、Si、Ti、Nb等折合成Cr的作用，奥氏体形成元素Ni、Mn、Cu等折合成Ni的作用。根据当量计算式算出当量数，在图中求得其交点，根据交点所在相区，确定钢的相组成。不锈钢组织图不锈钢按其正火组织不同分为五类：马氏体型；铁素体型；奥氏体型；双相型；沉淀硬化型；(奥氏体型不锈钢约占不锈钢总产量的70％)不锈钢组织图马氏体不锈钢碳0.1%～1.0%，铬12%～18%。此类钢只在氧化性介质中(如大气、海水、氧化性酸)耐蚀，而在非氧化性介质中(如盐酸、碱溶液等)耐蚀性很低；钢的耐蚀性随铬含量的降低和碳含量的增加而降低，钢的强度、硬度和耐磨性则随碳的增加而改善。常见的有：低、中碳的Cr13型（如1Cr13、2Cr13、3Cr13、4Cr13）和高碳Cr18型（如9Cr18、9Cr18MoV）。碳含量0.15%、铬含量12％～30％，耐蚀性优于马氏体不锈钢。Cr是铁素体形成元素，致使此类钢从室温到高温（1000℃左右）均为单相铁素体；塑性加工、切削加工和焊接性较优。主要用于对耐蚀性和抗氧化性有较高要求的零件，如耐硝酸、磷酸结构和抗氧化结构。常见的铁素体不锈钢有0Cr13、1Cr17、1Cr28等。铁素体不锈钢在Cr18Ni8(18-8)基础上发展起来的，低碳(＜0.12％)、高铬(＞17％~25％)和较高镍(8％~29％)；此类钢具有最佳的耐蚀性，但相应地价格也较高；优良的低温韧性、高的加工硬化能力、耐热性和无磁性，其冷塑性加工性和焊接性能较好。以Cr18Ni8普通型奥氏体不锈钢用量最大，牌号有1Cr18Ni9，1Cr18Ni9Ti及0Cr18Ni9等。奥氏体不锈钢研究表明当不锈钢是由奥氏体和铁素体两相形成的复相材料时（其中铁素体占(5~20)%），不仅克服了奥氏体不锈钢应力腐蚀抗力差的缺点，而且还具有提高抗晶间腐蚀性能及焊缝热裂性的作用。0Cr21Ni5Ti、1Cr21Ni5Ti、1Cr18Mn10Ni5Mo3Si2等都属于双相不锈钢。双相不锈钢这类钢含Ni较低，经热处理可形成不稳定的奥氏体甚至马氏体，经时效可沉淀析出金属间化物（例如Ni3Al、Ni3Nb等）使材料强化而不失其耐蚀性，其强度可达到(1250~1600)MPa。因此这类钢主要用作要求高强度，高硬度而又耐蚀的化工机械设备的零配件及某些航空航天设备零件和军工机械中。如0Cr17Ni4Cu4Nb（17-4PH）、Cr17Ni7Al（17-7PH）和Cr15Ni7Mo2（PH15-7Mo）等均属于这类钢。沉淀硬化不锈钢