要提高不銹鋼的耐腐蝕性,首先要注意的是不(bu)銹鋼的化學成分和組織,這是引起電化學腐蝕的內在原因,而腐蝕介質、溫度等是外因;尤其是鋼的化學成分,決定著電極電位差的大小和腐蝕電流的大小。
鉻(ge)(ge)(ge)是不(bu)(bu)銹(xiu)鋼(gang)(gang)都(dou)(dou)含(han)有(you)(you)的(de)(de)(de)元(yuan)素,鉻(ge)(ge)(ge)是鐵(tie)(tie)素體形成元(yuan)素。鉻(ge)(ge)(ge)的(de)(de)(de)主要作用是耐腐(fu)蝕。從圖1-3中(zhong)(zhong)可(ke)以看出(chu)在(zai)(zai)鋼(gang)(gang)中(zhong)(zhong)添加鉻(ge)(ge)(ge)對腐(fu)蝕性的(de)(de)(de)影(ying)響。當(dang)金屬(shu)中(zhong)(zhong)鉻(ge)(ge)(ge)含(han)量達到12%時(shi),在(zai)(zai)大(da)氣環(huan)境下或在(zai)(zai)氧(yang)化(hua)(hua)性介質中(zhong)(zhong)鉻(ge)(ge)(ge)可(ke)以自(zi)發形成一種穩定的(de)(de)(de)、透(tou)明的(de)(de)(de)、極薄(bo)的(de)(de)(de)鈍化(hua)(hua)膜來阻止腐(fu)蝕,使金屬(shu)基本上(shang)不(bu)(bu)會(hui)生銹(xiu)。較高(gao)(gao)的(de)(de)(de)合(he)金含(han)量可(ke)通過強化(hua)(hua)薄(bo)膜和(he)快速(su)自(zi)我修復薄(bo)膜來提(ti)高(gao)(gao)抗腐(fu)蝕性。不(bu)(bu)銹(xiu)鋼(gang)(gang)的(de)(de)(de)鉻(ge)(ge)(ge)含(han)量上(shang)限為(wei)30%.在(zai)(zai)氧(yang)化(hua)(hua)膜中(zhong)(zhong),鉻(ge)(ge)(ge)與(yu)鐵(tie)(tie)的(de)(de)(de)比(bi)例可(ke)以有(you)(you)很(hen)(hen)大(da)的(de)(de)(de)變動(dong),鉻(ge)(ge)(ge)最高(gao)(gao)可(ke)達到鐵(tie)(tie)的(de)(de)(de)9倍(bei)。這種富鉻(ge)(ge)(ge)的(de)(de)(de)氧(yang)化(hua)(hua)膜具有(you)(you)尖晶石點陣,在(zai)(zai)許(xu)多介質中(zhong)(zhong)都(dou)(dou)有(you)(you)很(hen)(hen)高(gao)(gao)的(de)(de)(de)穩定性。當(dang)鋼(gang)(gang)中(zhong)(zhong)鉻(ge)(ge)(ge)含(han)量低于10%時(shi),鈍化(hua)(hua)膜中(zhong)(zhong)不(bu)(bu)存(cun)在(zai)(zai)鉻(ge)(ge)(ge)的(de)(de)(de)氧(yang)化(hua)(hua)物(wu)。
不銹鋼所以耐腐蝕,主要是由于其表面有厚10埃以上的富集的鉻的氧化物薄膜。這層富集的鉻的氧化物薄膜,將其金屬與外部環境的聯系隔斷,達到防腐蝕的目的。這層氧化膜厚度一般在20~30埃之間,成分為Cr2O3,極其致密,與一般化學品不發生反應,氧和腐蝕物質無法通過這層氧化膜腐蝕內部基體。
鎳是奧(ao)氏(shi)(shi)體的穩定元(yuan)素(su),鎳可將奧(ao)氏(shi)(shi)體使(shi)用范圍(wei)擴大到低溫區(qu)從(cong)圖1-4可以看出鎳的作用。在(zai)圖1-4中,斜線以上所示溫度下(xia)奧(ao)氏(shi)(shi)體是穩定的;在(zai)這條線以下(xia),鐵素(su)體和(he)馬氏(shi)(shi)體都具(ju)有穩定的晶體結構(gou)。鎳可提高韌(ren)性和(he)延(yan)展性,使(shi)之更易于加工、制造和(he)焊(han)接,增強抗酸的腐(fu)蝕(shi)(shi)(shi)能力(li)(li)(li),保持(chi)鈍化膜(mo)的能力(li)(li)(li)及在(zai)腐(fu)蝕(shi)(shi)(shi)介質中的抗蝕(shi)(shi)(shi)能力(li)(li)(li)。
在(zai)不(bu)銹鋼(gang)(gang)中(zhong)(zhong)(zhong)加入(ru)鎳(nie)時,耐(nai)腐蝕(shi)性(xing)有所改善。鎳(nie)較(jiao)難氧(yang)(yang)化(hua),故氧(yang)(yang)化(hua)膜中(zhong)(zhong)(zhong)鎳(nie)含量較(jiao)少;氧(yang)(yang)化(hua)膜下(xia)富(fu)集了鎳(nie),可增(zeng)加氧(yang)(yang)化(hua)膜的穩定性(xing),尤其是在(zai)非氧(yang)(yang)化(hua)性(xing)的硫(liu)酸中(zhong)(zhong)(zhong)更為顯著。將鎳(nie)加入(ru)鉻不(bu)銹鋼(gang)(gang)中(zhong)(zhong)(zhong)就會(hui)提高其在(zai)硫(liu)酸、醋酸、草酸及中(zhong)(zhong)(zhong)性(xing)鹽(yan)(特別是硫(liu)酸鹽(yan))中(zhong)(zhong)(zhong)的耐(nai)腐蝕(shi)性(xing)。
錳類似于(yu)鎳,當添(tian)加錳(meng)或用(yong)錳(meng)替代(dai)鎳時,都會提高不銹鋼(gang)的強度。在鉻不銹鋼(gang)中加入錳(meng)(在Cr≥17%的(de)情況下),對鋼(gang)的(de)耐蝕性沒有多大(da)(da)的(de)影響。但錳(meng)可以大(da)(da)大(da)(da)提高鉻不銹鋼(gang)在有機(ji)酸(suan)(suan)(如醋酸(suan)(suan)、甲酸(suan)(suan)、乙醇酸(suan)(suan))中的(de)耐腐蝕性,促使鉻不銹鋼(gang)達到鈍化狀態,在這方面錳(meng)的(de)作用(yong)比(bi)鎳的(de)用(yong)更(geng)明顯。
鉬可(ke)提高鈍化膜的(de)(de)強(qiang)(qiang)度(du),增強(qiang)(qiang)耐局部腐蝕性,如(ru)耐點蝕、縫隙腐蝕,特(te)別是(shi)在鹵鹽(yan)或海水中有氯離子(zi)的(de)(de)情況(kuang)下。鉬(mu)也可(ke)提高對氯化物應(ying)力(li)腐蝕斷裂的(de)(de)抵抗(kang)能力(li)。利用固溶強(qiang)(qiang)化的(de)(de)方法(fa),鉬(mu)可(ke)提高奧氏體不(bu)銹鋼(gang)(gang)的(de)(de)高溫(wen)強(qiang)(qiang)度(du)和馬氏體不(bu)銹鋼(gang)(gang)的(de)(de)抗(kang)回火能力(li)。
鉬能提高不銹(xiu)(xiu)鋼(gang)(gang)的(de)(de)鈍化(hua)能力,擴大不銹(xiu)(xiu)鋼(gang)(gang)的(de)(de)鈍化(hua)介質范圍。如在(zai)熱(re)硫(liu)酸(suan)、稀鹽酸(suan)、磷酸(suan)及有機酸(suan)中,含(han)鉬的(de)(de)不銹(xiu)(xiu)鋼(gang)(gang)都有滿意的(de)(de)使用(yong)效(xiao)果。不銹(xiu)(xiu)鋼(gang)(gang)中加入鉬,可(ke)以(yi)(yi)形成(cheng)(cheng)含(han)鉬的(de)(de)氧化(hua)膜(mo)。這種(zhong)含(han)鉬的(de)(de)氧化(hua)膜(mo)具有更高的(de)(de)穩定性,在(zai)許多強腐(fu)(fu)蝕(shi)介質中都不易(yi)溶解。它還可(ke)以(yi)(yi)防止鹵族元素離(li)子(zi)(zi)(特別是氯離(li)子(zi)(zi))對氧化(hua)膜(mo)的(de)(de)破壞。因為氯離(li)子(zi)(zi)半徑(jing)很(hen)小(xiao),可(ke)以(yi)(yi)穿(chuan)透不夠致密的(de)(de)氧化(hua)膜(mo),與鋼(gang)(gang)起(qi)作用(yong),生(sheng)成(cheng)(cheng)可(ke)溶的(de)(de)腐(fu)(fu)蝕(shi)產物,在(zai)局部區域(yu)形成(cheng)(cheng)點(dian)腐(fu)(fu)蝕(shi)。含(han)鉬的(de)(de)氧化(hua)膜(mo)對氯離(li)子(zi)(zi)有足夠的(de)(de)穩定性。
氮是穩定奧氏體的元素,可提高鋼的強度,在奧氏體及雙相不銹鋼中可增強耐點蝕及縫隙腐蝕的能力,并減少金屬間相(σ)在高溫或焊接時析出的機會。
金屬(shu)間(jian)相(xiang)(xiang)是指由鋼(gang)中的(de)兩種(zhong)或兩種(zhong)以(yi)上(shang)的(de)金屬(shu)元(yuan)(yuan)素(su)(su)(su)構(gou)成的(de)金屬(shu)間(jian)化合(he)物(wu),也簡稱為中間(jian)相(xiang)(xiang)。廣義地講,凡以(yi)元(yuan)(yuan)素(su)(su)(su)周(zhou)期表中過渡族(zu)元(yuan)(yuan)素(su)(su)(su)(錳(meng)、鐵、鈷和鎳等)為基體,含有(you)A副族(zu)元(yuan)(yuan)素(su)(su)(su)(鈦(tai)、釩(fan)和鉻等)的(de)合(he)金系在適合(he)生成的(de)條件(jian)下都能形成一系列金屬(shu)間(jian)相(xiang)(xiang)。
鈦、鈮能優先與碳和氮結合形成碳化物和氮化物,改善高溫強度性能并阻止鉻的碳化物的形成,防止晶間腐蝕。鈮還可提高高溫蠕變斷裂強度。
硅、鋁可改善抗氧化性能,硅還可以改善鑄造特性。
銅可提(ti)高對稀酸(suan)特別是對硫酸(suan)的(de)抗(kang)酸(suan)能(neng)力(li);加入3%~4%的(de)銅具有低的(de)加工硬化率,易于(yu)成形(xing),析出的(de)銅離子還有滅菌(jun)作用。
硫、硅(gui)和鉛可改善機械切削性能,但會降低耐腐蝕能力。
鈰(shi)、鐿、鑭可提高抗氧(yang)化性。