耐蝕性是指給定的腐蝕體系內,環境引起金屬腐蝕的能力。不銹鋼的耐腐蝕性能一般隨鉻含量的增加而提高。其基本原理是,當鋼中有足夠的鉻時,在鋼的表面形成非常薄且致密的氧化膜,它可以防止進一步的氧化或腐蝕。氧化性的環境可以強化這種膜,而還原性環境則必然破壞這種膜,造成鋼的腐蝕。金屬腐蝕是金屬在介質作用下逐漸破壞的過程。在同一介質中,不同不銹鋼的銹蝕速度不同;而同一不銹鋼在不同腐蝕性介質中,銹蝕情況也不一樣。金屬的腐蝕,按腐蝕機理分為化學腐蝕與電化學腐蝕。
化學(xue)腐蝕是(shi)指在介質(zhi)(zhi)中直接(jie)發生的(de)(de)化學(xue)作用,即金屬同(tong)介質(zhi)(zhi)中的(de)(de)離子(zi)直接(jie)交(jiao)換(huan)(huan)電荷(he)。鈍化防護薄膜之所以能阻(zu)止(zhi)金屬再受腐蝕,其(qi)重要的(de)(de)一個方面是(shi)阻(zu)礙(ai)其(qi)離子(zi)交(jiao)換(huan)(huan)和電荷(he)交(jiao)換(huan)(huan)的(de)(de)速(su)度(du)。
電(dian)化(hua)學腐(fu)(fu)(fu)蝕(shi)(shi)是金(jin)屬(shu)(shu)在電(dian)介質中(zhong),由于(yu)電(dian)極反應而發生(sheng)(sheng)的(de)(de)腐(fu)(fu)(fu)蝕(shi)(shi)。在許多電(dian)化(hua)學腐(fu)(fu)(fu)蝕(shi)(shi)過程(cheng)(cheng)中(zhong),有(you)一(yi)種(zhong)金(jin)屬(shu)(shu)與(yu)(yu)(yu)另一(yi)種(zhong)金(jin)屬(shu)(shu)共(gong)(gong)同參與(yu)(yu)(yu),或者金(jin)屬(shu)(shu)內部各不同相的(de)(de)組(zu)成(cheng)物共(gong)(gong)同參與(yu)(yu)(yu),即形(xing)成(cheng)所謂的(de)(de)電(dian)偶(ou)腐(fu)(fu)(fu)蝕(shi)(shi)。此種(zhong)情況(kuang)下,一(yi)種(zhong)金(jin)屬(shu)(shu)構成(cheng)陽極受(shou)腐(fu)(fu)(fu)蝕(shi)(shi)而發生(sheng)(sheng)溶(rong)解;另一(yi)種(zhong)金(jin)屬(shu)(shu)構成(cheng)陰極而發生(sheng)(sheng)還原反應,工程(cheng)(cheng)中(zhong)的(de)(de)金(jin)屬(shu)(shu)腐(fu)(fu)(fu)蝕(shi)(shi),絕(jue)大多數屬(shu)(shu)于(yu)電(dian)化(hua)學腐(fu)(fu)(fu)蝕(shi)(shi)。
不銹鋼的主要腐蝕形式有均勻腐(fu)蝕(表面腐蝕)和局部腐蝕,局部腐蝕又分為點腐蝕、縫(feng)隙腐蝕、晶(jing)間腐蝕和應力腐蝕(shi)等。據分析不銹鋼的腐蝕破壞,90%以上為局部腐蝕造成的。
1. 均勻(yun)腐蝕(shi)
均(jun)勻腐(fu)蝕(shi)是指接(jie)觸(chu)腐(fu)蝕(shi)介質的(de)金(jin)屬表(biao)面全部產生腐(fu)蝕(shi)的(de)現象。均(jun)勻腐(fu)蝕(shi)使金(jin)屬截面不(bu)斷減少,對于(yu)被腐(fu)蝕(shi)的(de)受力(li)零件而言(yan),會(hui)使其承受的(de)真(zhen)實應力(li)逐漸增(zeng)加,最終達(da)到材料的(de)斷裂強度而發生斷裂。
評(ping)定均勻腐(fu)蝕的方法是在試驗(yan)條件下(xia),測出(chu)單(dan)位面積上經一定時間腐(fu)蝕以后(hou)所(suo)損失(shi)的質量[g/(㎡·年)],即腐(fu)蝕速率,若以被腐(fu)蝕的深(shen)度(mm/年)計,則更便(bian)于計算設備的耐(nai)蝕壽(shou)命。表1-12 為耐(nai)蝕性分級。
2. 點腐蝕
點腐蝕(shi)是指在金(jin)屬材(cai)料表面大部分不腐蝕(shi)或腐蝕(shi)輕(qing)微,而分散發生高(gao)度的局部腐蝕(shi),常見(jian)蝕(shi)點的尺寸(cun)小于1.0mm,深度往(wang)往(wang)大于表面孔徑,輕(qing)者為較淺的腐蝕(shi)坑,嚴重的點腐蝕(shi)會形成(cheng)穿孔。
點腐蝕是不銹鋼常見的腐蝕破壞類型之一。它是在介質作用下,由于表面有一些缺欠,如夾雜物、貧鉻區、晶界、位錯在表面暴露出來,使鈍化膜在這些地方被破壞,接觸腐蝕介質后形成腐蝕坑,然后從外向內發展,從而遭到嚴重的陽極腐蝕。點腐蝕屬于局部腐蝕,不銹鋼在含有氯離子(Cl-)的介質中,最易引起點腐蝕。
在不(bu)銹鋼(gang)中(zhong)加入鉬(mu)(mu)、錳、硅、釩或稀土(tu)合金元(yuan)素(su),降低(di)鋼(gang)中(zhong)碳的(de)(de)含量,提高鉻、鎳(nie)(nie)含量均(jun)能有(you)效(xiao)地提高抗點蝕(shi)能力。現(xian)有(you)的(de)(de)超(chao)低(di)碳高鉻鎳(nie)(nie)含鉬(mu)(mu)的(de)(de)奧(ao)氏(shi)體(ti)(ti)不(bu)銹鋼(gang)和超(chao)高純低(di)碳低(di)氮含鉬(mu)(mu)的(de)(de)高鉻鐵素(su)體(ti)(ti)不(bu)銹鋼(gang)均(jun)有(you)較高的(de)(de)耐點腐蝕(shi)性能。
3. 縫隙腐蝕(shi)
縫(feng)(feng)隙(xi)腐蝕(shi)是指由于金(jin)屬(shu)表(biao)面或(huo)非金(jin)屬(shu)表(biao)面形成狹(xia)縫(feng)(feng)或(huo)間隙(xi),在狹(xia)縫(feng)(feng)內或(huo)近旁發生的局部腐蝕(shi)。縫(feng)(feng)隙(xi)腐蝕(shi)為斑點(dian)狀或(huo)潰瘍(yang)形狀的宏觀(guan)腐蝕(shi)坑。縫(feng)(feng)隙(xi)腐蝕(shi)主要是介質的電化學不均勻性引(yin)起的。
縫(feng)(feng)隙腐(fu)蝕(shi)(shi)常發生(sheng)在墊圈、鉚接(jie)(jie)、螺釘連接(jie)(jie)的(de)接(jie)(jie)縫(feng)(feng)處,搭接(jie)(jie)的(de)焊接(jie)(jie)接(jie)(jie)頭、閥(fa)座(zuo)、堆積的(de)金(jin)屬(shu)片間等處。由(you)于連接(jie)(jie)的(de)縫(feng)(feng)隙處被腐(fu)蝕(shi)(shi)產物覆蓋以及介(jie)質擴散受到限(xian)制等原因,導(dao)致該處的(de)介(jie)質成分(fen)和濃(nong)度與整體(ti)相比有很大差(cha)別(bie),形成“閉塞電池腐(fu)蝕(shi)(shi)”作用(yong)。
部分奧氏(shi)體型不銹(xiu)鋼、鐵素體型不銹(xiu)鋼和馬氏(shi)體型不銹(xiu)鋼在海(hai)水(shui)中均有不同程度(du)的縫隙(xi)腐蝕(shi)傾向。在鋼中適當地增(zeng)加(jia)鉻、鉬含量(liang),可(ke)以改(gai)善抗縫隙(xi)腐蝕(shi)能力。
4. 晶(jing)間腐蝕
沿著或緊挨著金屬晶(jing)界(jie)產生的腐(fu)蝕,稱之為晶(jing)間腐(fu)蝕。
晶間腐蝕(shi)是(shi)(shi)一種(zhong)有選(xuan)擇(ze)性的(de)(de)腐蝕(shi)破壞(huai)(huai),它與一般(ban)選(xuan)擇(ze)性腐蝕(shi)的(de)(de)不(bu)同之處在于,腐蝕(shi)的(de)(de)局部性是(shi)(shi)顯(xian)微(wei)尺度的(de)(de),而宏觀上不(bu)一定是(shi)(shi)局部的(de)(de)。這種(zhong)類型的(de)(de)腐蝕(shi)發生以后(hou),有時從(cong)外觀上不(bu)易被察覺(jue),但晶界(jie)區因腐蝕(shi)已遭到破壞(huai)(huai),晶粒間的(de)(de)結(jie)合(he)強度幾乎完全(quan)喪失。腐蝕(shi)深(shen)度較大者可失去金屬(shu)聲,構件(jian)有效承載(zai)截面大減而導致過(guo)載(zai)斷裂。受腐蝕(shi)嚴重的(de)(de)金屬(shu)甚至(zhi)成為(wei)粉末,從(cong)構件(jian)上脫落下來(lai)。這是(shi)(shi)一種(zhong)危害(hai)性很(hen)大的(de)(de)腐蝕(shi)破壞(huai)(huai)。
奧氏(shi)體型不(bu)(bu)銹(xiu)鋼會發生晶(jing)間(jian)(jian)腐(fu)蝕(shi)(shi)是由(you)(you)于這類鋼加熱(re)到600~800℃溫(wen)度區間(jian)(jian)會發生敏化,其(qi)機(ji)理(li)是過(guo)飽和固溶(rong)的(de)(de)(de)碳(tan)向(xiang)晶(jing)粒邊(bian)界擴(kuo)散,與晶(jing)界附(fu)近的(de)(de)(de)鉻(ge)(ge)結合形成(cheng)鉻(ge)(ge)的(de)(de)(de)碳(tan)化物(CrFe)23C6并在晶(jing)界沉(chen)淀(dian)析出;由(you)(you)于碳(tan)比鉻(ge)(ge)的(de)(de)(de)擴(kuo)散快得多,鉻(ge)(ge)來不(bu)(bu)及從晶(jing)內補充到晶(jing)界附(fu)近,因而晶(jing)界區貧(pin)鉻(ge)(ge)而形成(cheng)晶(jing)間(jian)(jian)腐(fu)蝕(shi)(shi)。在某些超低(di)碳(tan)含鉬奧氏(shi)體型不(bu)(bu)銹(xiu)鋼中(zhong),在敏化溫(wen)度區間(jian)(jian)的(de)(de)(de)晶(jing)界析出鉻(ge)(ge)含量很高(gao)的(de)(de)(de)σ相,其(qi)鄰近區也會貧(pin)鉻(ge)(ge),貧(pin)鉻(ge)(ge)的(de)(de)(de)金屬在腐(fu)蝕(shi)(shi)介質作用下,首(shou)先被腐(fu)蝕(shi)(shi)溶(rong)解。這些都是金屬出現(xian)晶(jing)間(jian)(jian)腐(fu)蝕(shi)(shi)的(de)(de)(de)原因。鐵(tie)素體型不(bu)(bu)銹(xiu)鋼也有形成(cheng)晶(jing)間(jian)(jian)腐(fu)蝕(shi)(shi)的(de)(de)(de)傾向(xiang)。
5. 應(ying)力腐蝕
應(ying)力(li)(li)(li)(li)腐蝕(shi)是(shi)指(zhi)金屬在某(mou)種特(te)(te)定(ding)(ding)環(huan)(huan)(huan)境與相應(ying)水(shui)(shui)平(ping)應(ying)力(li)(li)(li)(li)(拉(la)應(ying)力(li)(li)(li)(li))的共同作用下,以裂紋擴展方式發生的與腐蝕(shi)有關的斷裂。特(te)(te)定(ding)(ding)環(huan)(huan)(huan)境下無應(ying)力(li)(li)(li)(li)或(huo)應(ying)力(li)(li)(li)(li)水(shui)(shui)平(ping)太低,不會(hui)引起應(ying)力(li)(li)(li)(li)腐蝕(shi)。同樣的,有相當水(shui)(shui)平(ping)應(ying)力(li)(li)(li)(li)而無特(te)(te)定(ding)(ding)環(huan)(huan)(huan)境也不會(hui)發生應(ying)力(li)(li)(li)(li)腐蝕(shi)。所謂特(te)(te)定(ding)(ding)環(huan)(huan)(huan)境,是(shi)指(zhi)只有當介質(zhi)的成分(fen)和濃度范圍適當時,才(cai)能導(dao)致(zhi)某(mou)種相應(ying)金屬的應(ying)力(li)(li)(li)(li)腐蝕(shi)。
不銹鋼焊(han)接構件(jian)應力(li)腐蝕斷裂(lie),斷口呈脆(cui)性(xing)(xing)斷裂(lie)特征。常在未發現的情況下發生斷裂(lie),而且是瞬間斷裂(lie),往往造成(cheng)災難性(xing)(xing)事故,其危害性(xing)(xing)極大,因此,不銹鋼焊(han)接構件(jian)應力(li)腐蝕問(wen)題應當引起(qi)高度(du)重(zhong)視。