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(jian)腐蝕、點(dian)腐蝕、應力(li)腐(fu)蝕(shi)、疲勞腐蝕和縫隙(xi)腐蝕等。
1. 晶間腐(fu)蝕(shi)
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%)奧氏體不銹鋼、雙相不銹鋼(gang)和含Ti、Nb穩定化的奧氏體不銹鋼。
2. 點腐蝕
點腐蝕(shi)又叫孔(kong)蝕(shi),是最(zui)常見的局(ju)部腐蝕(shi)形(xing)式之(zhi)一(yi)。它是因(yin)為(wei)金屬表面某個局(ju)部由(you)于微電池(chi)作用(yong),出(chu)現一(yi)些(xie)腐蝕(shi)小(xiao)孔(kong),并向深處(chu)發展。在(zai)(zai)不銹鋼(gang)表面存在(zai)(zai)雜質、污物以及缺(que)陷部位鈍化膜(mo)損壞而(er)生銹或(huo)在(zai)(zai)海水中使用(yong)的不銹鋼(gang),即會出(chu)現點腐蝕(shi)(孔(kong)蝕(shi))。
點(dian)腐蝕(shi)(shi)的(de)(de)(de)破壞性和隱患性較(jiao)大(da)。發(fa)生點(dian)腐蝕(shi)(shi)時,雖然(ran)金(jin)屬(shu)的(de)(de)(de)失重(zhong)不(bu)大(da),但由(you)于陽(yang)極(ji)(ji)面(mian)積(ji)非常小,陽(yang)極(ji)(ji)上流(liu)(liu)過的(de)(de)(de)腐蝕(shi)(shi)電流(liu)(liu)密度(du)很大(da),造成較(jiao)高的(de)(de)(de)金(jin)屬(shu)溶解速度(du),嚴重(zhong)時可(ke)使(shi)金(jin)屬(shu)設備穿孔破壞。點(dian)腐蝕(shi)(shi)還會使(shi)晶間腐蝕(shi)(shi)、剝(bo)蝕(shi)(shi)、應力(li)腐蝕(shi)(shi)開裂和腐蝕(shi)(shi)疲(pi)勞等加劇,在很多情況(kuang)下是這些局部腐蝕(shi)(shi)的(de)(de)(de)起源。
為防止不(bu)(bu)銹鋼發生點(dian)腐蝕(shi)(孔蝕(shi)),應(ying)選擇含高鉻(ge)、鎳、鉬、氮的(de)(de)(de)不(bu)(bu)銹鋼,提高不(bu)(bu)銹鋼的(de)(de)(de)純(chun)度并降(jiang)低不(bu)(bu)銹鋼的(de)(de)(de)不(bu)(bu)均勻(yun)性。選擇鈍化(hua)和鈍化(hua)能(neng)力強(qiang)的(de)(de)(de)材料是(shi)防止不(bu)(bu)銹鋼點(dian)腐蝕(shi)的(de)(de)(de)有力措(cuo)施(shi)。
3. 縫隙(xi)腐蝕
在腐(fu)(fu)蝕(shi)介質的作用下,不銹鋼縫(feng)隙出現腐(fu)(fu)蝕(shi),即縫(feng)隙腐(fu)(fu)蝕(shi)。縫(feng)隙腐(fu)(fu)蝕(shi)一般(ban)根據(ju)縫(feng)隙形狀(zhuang)的不同而具有一定的外形。輕(qing)微時(shi),縫(feng)隙內為一般(ban)腐(fu)(fu)蝕(shi),嚴重時(shi)多為片狀(zhuang)點腐(fu)(fu)蝕(shi)或(huo)潰瘍狀(zhuang)。
所(suo)有能引起(qi)腐蝕(shi)的介(jie)質(zhi)(zhi)都能引起(qi)縫(feng)(feng)隙腐蝕(shi)。不銹(xiu)鋼(gang)(gang)表面若存(cun)在(zai)(zai)金(jin)(jin)屬(shu)和(he)非金(jin)(jin)屬(shu)夾雜(za)物(金(jin)(jin)屬(shu)微粒(li)(li)、灰塵(chen)、臟物、砂粒(li)(li)、海生物),或者是結構上的原因,如(ru)螺栓(shuan)聯接(jie)(jie)、鉚接(jie)(jie)、墊(dian)片與非金(jin)(jin)屬(shu)接(jie)(jie)觸等所(suo)形成(cheng)的縫(feng)(feng)隙,在(zai)(zai)這些情(qing)況下不銹(xiu)鋼(gang)(gang)零件(jian)若與腐蝕(shi)介(jie)質(zhi)(zhi)接(jie)(jie)觸,便會(hui)發生縫(feng)(feng)隙腐蝕(shi)。特(te)別是在(zai)(zai)氯離子的環境中,縫(feng)(feng)隙腐蝕(shi)最為常(chang)見。
不銹鋼(gang)的(de)(de)(de)縫隙腐(fu)蝕主要是因為縫隙內的(de)(de)(de)溶液酸化(hua)、缺氧而引起(qi)的(de)(de)(de)鈍化(hua)膜(mo)破壞。因此(ci)防止(zhi)不銹鋼(gang)縫隙腐(fu)蝕的(de)(de)(de)有(you)力措(cuo)施(shi)是:選(xuan)擇含高(gao)鉻、鎳(nie)、鉬、氮的(de)(de)(de)不銹鋼(gang),提高(gao)不銹鋼(gang)鈍化(hua)膜(mo)的(de)(de)(de)穩定性(xing)和(he)鈍化(hua)、再(zai)鈍化(hua)的(de)(de)(de)能力,提高(gao)不銹鋼(gang)的(de)(de)(de)純度,并降低不銹鋼(gang)的(de)(de)(de)不均(jun)勻(yun)性(xing)。
4. 應力腐蝕
應(ying)力(li)腐(fu)(fu)蝕(shi)是不(bu)銹鋼在(zai)持久(jiu)拉應(ying)力(li)(包括外加載荷、熱(re)應(ying)力(li)及冷(leng)加工(gong)、熱(re)加工(gong)或焊接后的(de)殘留應(ying)力(li)等(deng))和特(te)定的(de)腐(fu)(fu)蝕(shi)介質(zhi)的(de)共同作用下(xia)出現的(de)脆性開(kai)裂。它(ta)是不(bu)銹鋼局部腐(fu)(fu)蝕(shi)破壞(huai)中最(zui)常見(jian)、危害最(zui)大的(de)一種腐(fu)(fu)蝕(shi)形式。
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Cr-Ni奧氏體不(bu)銹(xiu)鋼應力腐蝕常見(jian)的(de)介質有:
a. 各種氯化物(wu)(wu)或含氯化物(wu)(wu)的溶液(ye)。
b. 海(hai)水(shui)、鹽(yan)水(shui)、河水(shui)、井水(shui)、水(shui)蒸氣和海(hai)洋(yang)性大(da)氣。
c. 氫氧(yang)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(liu)酸和亞(ya)硫(liu)酸鹽;連多硫(liu)酸;硫(liu)化氫水(shui)溶液。
表(biao)2-1列(lie)出(chu)了引起Cr-Ni奧氏(shi)體不銹鋼腐蝕的介質和條件(jian)。
對于(yu)應力腐蝕斷裂(lie),通常通過正確選(xuan)材可以(yi)予以(yi)控(kong)制。
a. 在高濃度氯化物(wu)中,通常選(xuan)擇鎳含(han)量高的不(bu)銹(xiu)鋼(gang)、高硅Cr-N不(bu)銹(xiu)鋼(gang)和鐵素(su)體不(bu)銹(xiu)鋼(gang)。
b. 在(zai)產生晶間氯(lv)化物應力(li)腐蝕的環(huan)境中(zhong),可選擇含(han)Ti、Nb的奧(ao)氏體不銹鋼(經穩定(ding)化處(chu)理(li))、超(chao)低碳或控(kong)氮(dan)奧(ao)氏體不銹鋼。
c. 在(zai)含氯離(li)子(zi)(zi)的(de)(de)水(shui)溶液中,當在(zai)低(di)于(yu)60℃的(de)(de)低(di)濃(nong)(nong)(nong)度(du)氯離(li)子(zi)(zi)介(jie)質(zhi)(zhi)中,無濃(nong)(nong)(nong)縮或富集可(ke)(ke)選(xuan)用(yong)18-8型(xing)(xing)、18-12-2型(xing)(xing)奧氏體(ti)不(bu)(bu)銹(xiu)(xiu)(xiu)鋼(gang)、Cr18Mo2鐵素體(ti)不(bu)(bu)銹(xiu)(xiu)(xiu)鋼(gang)和(he)18-5-Mo雙(shuang)相(xiang)不(bu)(bu)銹(xiu)(xiu)(xiu)鋼(gang);在(zai)低(di)于(yu)60℃的(de)(de)低(di)濃(nong)(nong)(nong)度(du)氯離(li)子(zi)(zi)介(jie)質(zhi)(zhi)中(濃(nong)(nong)(nong)縮、富集),可(ke)(ke)選(xuan)用(yong)Cr18Mo2鐵素體(ti)不(bu)(bu)銹(xiu)(xiu)(xiu)鋼(gang)和(he)18-5-Mo雙(shuang)相(xiang)不(bu)(bu)銹(xiu)(xiu)(xiu)鋼(gang);在(zai)低(di)于(yu)60℃高(gao)濃(nong)(nong)(nong)度(du)氯離(li)子(zi)(zi)介(jie)質(zhi)(zhi)中(有濃(nong)(nong)(nong)縮、富集),可(ke)(ke)選(xuan)用(yong)Cr27Mo、Cr18Mo2鐵素體(ti)不(bu)(bu)銹(xiu)(xiu)(xiu)鋼(gang),以及w(Cr)22%~25%并含Mo的(de)(de)雙(shuang)相(xiang)不(bu)(bu)銹(xiu)(xiu)(xiu)鋼(gang);在(zai)60~200℃低(di)濃(nong)(nong)(nong)度(du)氯離(li)子(zi)(zi)介(jie)質(zhi)(zhi)中(濃(nong)(nong)(nong)縮、富集),可(ke)(ke)選(xuan)用(yong)18-5型(xing)(xing)、22-5型(xing)(xing)、25-5型(xing)(xing)雙(shuang)相(xiang)含Mo不(bu)(bu)銹(xiu)(xiu)(xiu)鋼(gang)和(he)高(gao)Cr、Mo、Ni不(bu)(bu)銹(xiu)(xiu)(xiu)鋼(gang)(Cr20Ni25Mo4.5Cu);在(zai)200~350℃低(di)濃(nong)(nong)(nong)度(du)氯離(li)子(zi)(zi)(濃(nong)(nong)(nong)縮、富集)介(jie)質(zhi)(zhi)中,可(ke)(ke)選(xuan)用(yong)Cr20Ni32Fe鐵-鎳合(he)金、Cr30Ni60Fe10鎳基(ji)合(he)金。
d. 在(zai)含NaOH的水溶液(ye)(ye)中(zhong),當w(NaOH)≤20%,無(wu)氯子,沸騰溫度≤120可選18-8或18-12-2型奧氏(shi)體(ti)不(bu)銹鋼(gang);當w(NaOH)=50%、w(NaCl)=2.5%在(zai)85℃的NaOH水溶液(ye)(ye)中(zhong),可選用超低碳(tan)18-8型奧氏(shi)體(ti)不(bu)銹鋼(gang)、Cr26Mo1 鐵素體(ti)不(bu)銹鋼(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. 疲勞腐蝕
疲勞(lao)(lao)腐(fu)蝕(shi)(shi)是(shi)(shi)不(bu)銹鋼零件在腐(fu)蝕(shi)(shi)介質與交變應力的共同作用下發生腐(fu)蝕(shi)(shi)進而(er)引起零件的破損現象(xiang)。疲勞(lao)(lao)腐(fu)蝕(shi)(shi)的特點是(shi)(shi)產生腐(fu)蝕(shi)(shi)坑和大(da)量裂縫,以致金屬(shu)的機械疲勞(lao)(lao)極限(xian)不(bu)復(fu)存在;裂縫多(duo)半穿(chuan)晶粒,一般不(bu)分枝(zhi);裂縫端部(bu)較鈍;斷口大(da)部(bu)為(wei)腐(fu)蝕(shi)(shi)產物所覆蓋(gai),小部(bu)呈脆性裂縫破壞。
導致(zhi)疲勞腐蝕的活(huo)性介質有酸性介質、氯化物、含H2S、SO2和O2的氣體以及其他能(neng)產生腐蝕的介質。
為了防止疲勞腐蝕的(de)(de)產生,不銹鋼(gang)(gang)應具備良好的(de)(de)耐(nai)點蝕性能(neng)和(he)高(gao)(gao)強度,因此(ci)應選(xuan)擇含(han)Cr、Mo較高(gao)(gao)的(de)(de)馬氏(shi)體不銹鋼(gang)(gang),超(chao)級奧(ao)氏(shi)體不銹鋼(gang)(gang),以(yi)及高(gao)(gao)鉻、鉬(mu)、氮含(han)量(liang)的(de)(de)雙(shuang)相不銹鋼(gang)(gang),典型(xing)的(de)(de)鋼(gang)(gang)號有(you):015Cr20Ni18Mo6CuN、015Cr24Ni22M7CuN、022Cr25Ni6Mo2N、022Cr25NiMo4N等。
當(dang)然在選擇不銹(xiu)鋼(gang)耐蝕性的(de)過程中,要(yao)根據(ju)(ju)實際情(qing)況,分析產生腐(fu)蝕的(de)原因,并根據(ju)(ju)腐(fu)蝕特點進行試驗(yan),總結出最佳方案再(zai)選擇耐蝕性好的(de)、經濟上(shang)合理的(de)、市場上(shang)有的(de)不銹(xiu)鋼(gang)材料。