要提高不銹鋼的耐腐蝕性,首先要注意的是不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)是不(bu)銹(xiu)鋼都(dou)(dou)含有的(de)元(yuan)素,鉻(ge)是鐵素體形(xing)(xing)成(cheng)元(yuan)素。鉻(ge)的(de)主要(yao)作用是耐腐(fu)蝕(shi)(shi)。從(cong)圖1-3中(zhong)(zhong)(zhong)(zhong)可(ke)以(yi)看(kan)出在鋼中(zhong)(zhong)(zhong)(zhong)添加鉻(ge)對腐(fu)蝕(shi)(shi)性的(de)影(ying)響。當金屬(shu)中(zhong)(zhong)(zhong)(zhong)鉻(ge)含量達到(dao)(dao)12%時(shi),在大氣環境下或在氧化(hua)(hua)性介質(zhi)中(zhong)(zhong)(zhong)(zhong)鉻(ge)可(ke)以(yi)自發形(xing)(xing)成(cheng)一種(zhong)(zhong)穩(wen)定的(de)、透明的(de)、極薄的(de)鈍化(hua)(hua)膜來(lai)阻止腐(fu)蝕(shi)(shi),使金屬(shu)基本(ben)上不(bu)會生銹(xiu)。較高(gao)(gao)的(de)合(he)金含量可(ke)通過強(qiang)化(hua)(hua)薄膜和快速自我修復薄膜來(lai)提高(gao)(gao)抗腐(fu)蝕(shi)(shi)性。不(bu)銹(xiu)鋼的(de)鉻(ge)含量上限(xian)為30%.在氧化(hua)(hua)膜中(zhong)(zhong)(zhong)(zhong),鉻(ge)與(yu)鐵的(de)比例可(ke)以(yi)有很大的(de)變動,鉻(ge)最高(gao)(gao)可(ke)達到(dao)(dao)鐵的(de)9倍。這種(zhong)(zhong)富鉻(ge)的(de)氧化(hua)(hua)膜具(ju)有尖晶(jing)石點陣,在許(xu)多介質(zhi)中(zhong)(zhong)(zhong)(zhong)都(dou)(dou)有很高(gao)(gao)的(de)穩(wen)定性。當鋼中(zhong)(zhong)(zhong)(zhong)鉻(ge)含量低于10%時(shi),鈍化(hua)(hua)膜中(zhong)(zhong)(zhong)(zhong)不(bu)存在鉻(ge)的(de)氧化(hua)(hua)物。
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。
鎳是奧氏(shi)體(ti)(ti)(ti)的(de)(de)穩(wen)定元素(su),鎳可(ke)將奧氏(shi)體(ti)(ti)(ti)使用(yong)范圍(wei)擴大到低溫區從圖1-4可(ke)以看出鎳的(de)(de)作用(yong)。在圖1-4中(zhong),斜線以上(shang)所示(shi)溫度下奧氏(shi)體(ti)(ti)(ti)是穩(wen)定的(de)(de);在這條(tiao)線以下,鐵素(su)體(ti)(ti)(ti)和(he)馬氏(shi)體(ti)(ti)(ti)都(dou)具有穩(wen)定的(de)(de)晶體(ti)(ti)(ti)結構(gou)。鎳可(ke)提高韌性和(he)延(yan)展(zhan)性,使之更易于(yu)加(jia)工(gong)、制造(zao)和(he)焊接,增(zeng)強(qiang)抗(kang)酸的(de)(de)腐(fu)(fu)蝕能(neng)力(li),保持鈍化膜的(de)(de)能(neng)力(li)及在腐(fu)(fu)蝕介(jie)質中(zhong)的(de)(de)抗(kang)蝕能(neng)力(li)。
在(zai)不(bu)(bu)銹(xiu)鋼(gang)中(zhong)(zhong)加(jia)入鎳(nie)時,耐腐蝕(shi)性(xing)(xing)有所(suo)改善(shan)。鎳(nie)較難氧化,故氧化膜中(zhong)(zhong)鎳(nie)含量較少;氧化膜下富集(ji)了鎳(nie),可增加(jia)氧化膜的穩定性(xing)(xing),尤其是(shi)(shi)在(zai)非氧化性(xing)(xing)的硫(liu)(liu)酸(suan)中(zhong)(zhong)更為顯(xian)著。將(jiang)鎳(nie)加(jia)入鉻不(bu)(bu)銹(xiu)鋼(gang)中(zhong)(zhong)就會提高(gao)其在(zai)硫(liu)(liu)酸(suan)、醋酸(suan)、草酸(suan)及(ji)中(zhong)(zhong)性(xing)(xing)鹽(特別是(shi)(shi)硫(liu)(liu)酸(suan)鹽)中(zhong)(zhong)的耐腐蝕(shi)性(xing)(xing)。
錳(meng)類似于(yu)鎳,當添加(jia)錳或(huo)用錳替代鎳時,都會提(ti)高不銹鋼的強(qiang)度(du)。在(zai)鉻(ge)不銹鋼中加入錳(meng)(在(zai)Cr≥17%的情況下),對鋼的耐蝕性沒有多(duo)大(da)的影響。但錳(meng)可以大(da)大(da)提高鉻(ge)不銹鋼在(zai)有機(ji)酸(suan)(如醋酸(suan)、甲酸(suan)、乙醇酸(suan))中的耐腐蝕性,促使(shi)鉻(ge)不銹鋼達到鈍(dun)化狀態,在(zai)這(zhe)方(fang)面錳(meng)的作用比鎳的用更(geng)明(ming)顯。
鉬(mu)可提(ti)高鈍化(hua)膜的強度,增強耐局部腐蝕性(xing),如耐點蝕、縫隙腐蝕,特別是(shi)在鹵(lu)鹽或(huo)海水中有氯離子的情況下。鉬(mu)也可提(ti)高對氯化(hua)物應力腐蝕斷裂的抵抗能(neng)力。利(li)用固(gu)溶強化(hua)的方(fang)法,鉬(mu)可提(ti)高奧氏(shi)體(ti)不銹鋼的高溫強度和馬(ma)氏(shi)體(ti)不銹鋼的抗回火能(neng)力。
鉬(mu)(mu)(mu)(mu)能提高不銹(xiu)鋼的(de)(de)(de)鈍化(hua)能力,擴大不銹(xiu)鋼的(de)(de)(de)鈍化(hua)介質范(fan)圍。如在(zai)熱硫酸、稀(xi)鹽(yan)酸、磷酸及有(you)機酸中(zhong),含(han)(han)鉬(mu)(mu)(mu)(mu)的(de)(de)(de)不銹(xiu)鋼都有(you)滿意的(de)(de)(de)使用效果。不銹(xiu)鋼中(zhong)加入鉬(mu)(mu)(mu)(mu),可(ke)(ke)以(yi)形成含(han)(han)鉬(mu)(mu)(mu)(mu)的(de)(de)(de)氧(yang)(yang)(yang)化(hua)膜。這種含(han)(han)鉬(mu)(mu)(mu)(mu)的(de)(de)(de)氧(yang)(yang)(yang)化(hua)膜具(ju)有(you)更高的(de)(de)(de)穩(wen)定性(xing),在(zai)許多強腐蝕介質中(zhong)都不易(yi)溶解(jie)。它(ta)還可(ke)(ke)以(yi)防止鹵族元(yuan)素離子(zi)(特別是氯(lv)離子(zi))對(dui)氧(yang)(yang)(yang)化(hua)膜的(de)(de)(de)破壞(huai)。因為氯(lv)離子(zi)半徑很(hen)小(xiao),可(ke)(ke)以(yi)穿透(tou)不夠(gou)(gou)致密的(de)(de)(de)氧(yang)(yang)(yang)化(hua)膜,與(yu)鋼起作(zuo)用,生(sheng)成可(ke)(ke)溶的(de)(de)(de)腐蝕產物,在(zai)局部(bu)區(qu)域形成點腐蝕。含(han)(han)鉬(mu)(mu)(mu)(mu)的(de)(de)(de)氧(yang)(yang)(yang)化(hua)膜對(dui)氯(lv)離子(zi)有(you)足夠(gou)(gou)的(de)(de)(de)穩(wen)定性(xing)。
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。
金屬間(jian)(jian)相是(shi)指由鋼中的(de)(de)兩種(zhong)或(huo)兩種(zhong)以上(shang)的(de)(de)金屬元素構成(cheng)的(de)(de)金屬間(jian)(jian)化合(he)物(wu),也簡稱為(wei)中間(jian)(jian)相。廣義地(di)講,凡以元素周期表中過渡族(zu)元素(錳、鐵(tie)、鈷(gu)和(he)鎳等)為(wei)基體,含有A副族(zu)元素(鈦、釩和(he)鉻(ge)等)的(de)(de)合(he)金系在適合(he)生成(cheng)的(de)(de)條件下都能(neng)形成(cheng)一系列金屬間(jian)(jian)相。
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(gui)、鋁可改善抗氧化性能,硅還可以改善鑄造特性。
銅可(ke)提高對稀酸(suan)特別(bie)是對硫(liu)酸(suan)的(de)抗酸(suan)能力;加入3%~4%的(de)銅具有低的(de)加工硬化率(lv),易(yi)于(yu)成形,析出(chu)的(de)銅離子(zi)還有滅菌作用。
硫、硅和鉛可改善機械切削性能,但會降低耐腐蝕能力。
鈰、鐿、鑭可提高抗(kang)氧化性。