一種不銹鋼有可能在許多介質中具有良好的耐蝕性,但在另外某種介質中,卻可能但化學穩定性低而發生腐蝕。也就是說,一種不銹(xiu)鋼不可能對所有介質都耐腐蝕。
金(jin)(jin)屬(shu)(shu)(shu)(shu)(shu)的(de)(de)(de)腐(fu)(fu)(fu)蝕(shi)(shi),按機理(li)可分(fen)為物(wu)理(li)腐(fu)(fu)(fu)蝕(shi)(shi)、化(hua)(hua)(hua)(hua)學(xue)(xue)(xue)(xue)腐(fu)(fu)(fu)蝕(shi)(shi)與電(dian)(dian)化(hua)(hua)(hua)(hua)學(xue)(xue)(xue)(xue)腐(fu)(fu)(fu)蝕(shi)(shi)三種(zhong)。金(jin)(jin)屬(shu)(shu)(shu)(shu)(shu)的(de)(de)(de)物(wu)理(li)溶解屬(shu)(shu)(shu)(shu)(shu)于物(wu)理(li)腐(fu)(fu)(fu)蝕(shi)(shi)。化(hua)(hua)(hua)(hua)學(xue)(xue)(xue)(xue)腐(fu)(fu)(fu)蝕(shi)(shi)是(shi)指在(zai)介(jie)質中(zhong)直接(jie)發(fa)(fa)生(sheng)的(de)(de)(de)化(hua)(hua)(hua)(hua)學(xue)(xue)(xue)(xue)作(zuo)用,即金(jin)(jin)屬(shu)(shu)(shu)(shu)(shu)同介(jie)質中(zhong)離(li)(li)子直接(jie)交換(huan)(huan)電(dian)(dian)荷。早先(xian)認為金(jin)(jin)屬(shu)(shu)(shu)(shu)(shu)遭受高(gao)溫而引起氧化(hua)(hua)(hua)(hua)屬(shu)(shu)(shu)(shu)(shu)于純(chun)化(hua)(hua)(hua)(hua)學(xue)(xue)(xue)(xue)腐(fu)(fu)(fu)蝕(shi)(shi),其(qi)實多(duo)數(shu)的(de)(de)(de)高(gao)溫氧化(hua)(hua)(hua)(hua)屬(shu)(shu)(shu)(shu)(shu)于電(dian)(dian)化(hua)(hua)(hua)(hua)學(xue)(xue)(xue)(xue)腐(fu)(fu)(fu)蝕(shi)(shi)。鈍(dun)化(hua)(hua)(hua)(hua)防護(hu)薄膜之所以能阻(zu)止(zhi)金(jin)(jin)屬(shu)(shu)(shu)(shu)(shu)再受腐(fu)(fu)(fu)蝕(shi)(shi),其(qi)重(zhong)要的(de)(de)(de)一(yi)(yi)(yi)個方(fang)面(mian)即為阻(zu)礙其(qi)離(li)(li)子交換(huan)(huan)和電(dian)(dian)荷交換(huan)(huan)的(de)(de)(de)速度。電(dian)(dian)化(hua)(hua)(hua)(hua)學(xue)(xue)(xue)(xue)腐(fu)(fu)(fu)蝕(shi)(shi)是(shi)金(jin)(jin)屬(shu)(shu)(shu)(shu)(shu)在(zai)電(dian)(dian)介(jie)質中(zhong),由于電(dian)(dian)極反(fan)應而發(fa)(fa)生(sheng)的(de)(de)(de)腐(fu)(fu)(fu)蝕(shi)(shi)。在(zai)許多(duo)電(dian)(dian)化(hua)(hua)(hua)(hua)學(xue)(xue)(xue)(xue)腐(fu)(fu)(fu)蝕(shi)(shi)過程中(zhong),有一(yi)(yi)(yi)種(zhong)金(jin)(jin)屬(shu)(shu)(shu)(shu)(shu)與另(ling)一(yi)(yi)(yi)種(zhong)金(jin)(jin)屬(shu)(shu)(shu)(shu)(shu)共同參(can)與,或者金(jin)(jin)屬(shu)(shu)(shu)(shu)(shu)內部各(ge)不同相(xiang)的(de)(de)(de)組成(cheng)物(wu)共同參(can)與,即形成(cheng)所謂電(dian)(dian)偶腐(fu)(fu)(fu)蝕(shi)(shi)。此種(zhong)情(qing)況下(xia),一(yi)(yi)(yi)種(zhong)金(jin)(jin)屬(shu)(shu)(shu)(shu)(shu)構(gou)成(cheng)陽極受腐(fu)(fu)(fu)蝕(shi)(shi)而發(fa)(fa)生(sheng)溶解,另(ling)一(yi)(yi)(yi)種(zhong)金(jin)(jin)屬(shu)(shu)(shu)(shu)(shu)構(gou)成(cheng)陰極而發(fa)(fa)生(sheng)還(huan)原(yuan)反(fan)應,這是(shi)電(dian)(dian)化(hua)(hua)(hua)(hua)學(xue)(xue)(xue)(xue)腐(fu)(fu)(fu)蝕(shi)(shi)的(de)(de)(de)特點。在(zai)生(sheng)活實際(ji)、工(gong)程實際(ji)中(zhong)的(de)(de)(de)金(jin)(jin)屬(shu)(shu)(shu)(shu)(shu)腐(fu)(fu)(fu)蝕(shi)(shi),絕(jue)大多(duo)數(shu)都屬(shu)(shu)(shu)(shu)(shu)于電(dian)(dian)化(hua)(hua)(hua)(hua)學(xue)(xue)(xue)(xue)腐(fu)(fu)(fu)蝕(shi)(shi)。
不銹鋼的主要腐(fu)蝕(shi)(shi)(shi)形(xing)態(tai)有均(jun)勻(yun)腐(fu)蝕(shi)(shi)(shi)(表(biao)面腐(fu)蝕(shi)(shi)(shi))、點(dian)腐(fu)蝕(shi)(shi)(shi)、縫隙(xi)腐(fu)蝕(shi)(shi)(shi)、晶間腐(fu)蝕(shi)(shi)(shi)和應力腐(fu)蝕(shi)(shi)(shi)等。
1. 均勻腐蝕
均勻腐蝕是指接觸腐蝕介質的金屬表面全面產生腐蝕的現象。均勻腐蝕使金屬截面不斷減少,對于被腐蝕的受力零件而言,會使其承受的真實應力逐漸增加,最終達到材料的斷裂強度而發生斷裂。
評(ping)定均勻(yun)腐蝕(shi)(shi)(shi)的(de)(de)方法是在試驗條(tiao)件下,測(ce)出單位面積(ji)上經一定時間(jian)腐蝕(shi)(shi)(shi)以后所損失(shi)的(de)(de)重量(g/㎡·年(nian)(nian)(nian)),即為(wei)(wei)(wei)(wei)腐蝕(shi)(shi)(shi)速(su)(su)率,若以被腐蝕(shi)(shi)(shi)的(de)(de)深度(mm/年(nian)(nian)(nian))計,則(ze)更便(bian)于計算設備的(de)(de)耐(nai)(nai)蝕(shi)(shi)(shi)壽命。根(gen)據(ju)腐蝕(shi)(shi)(shi)速(su)(su)率不(bu)同(tong),可將金(jin)屬材料的(de)(de)耐(nai)(nai)蝕(shi)(shi)(shi)性分為(wei)(wei)(wei)(wei)10級(ji),見表1-13。根(gen)據(ju)不(bu)同(tong)的(de)(de)使用情(qing)況對耐(nai)(nai)蝕(shi)(shi)(shi)性一般分為(wei)(wei)(wei)(wei)兩(liang)大等級(ji):腐蝕(shi)(shi)(shi)速(su)(su)率小于0.01mm/年(nian)(nian)(nian)的(de)(de),認為(wei)(wei)(wei)(wei)是“完全耐(nai)(nai)蝕(shi)(shi)(shi)”;腐蝕(shi)(shi)(shi)速(su)(su)率小于0.1mm/年(nian)(nian)(nian)的(de)(de),認為(wei)(wei)(wei)(wei)是“耐(nai)(nai)蝕(shi)(shi)(shi)”。這里顯(xian)然(ran)意味(wei)著,腐蝕(shi)(shi)(shi)速(su)(su)率超過(guo)0.1mm/年(nian)(nian)(nian),屬于不(bu)耐(nai)(nai)蝕(shi)(shi)(shi)或不(bu)太耐(nai)(nai)蝕(shi)(shi)(shi)。此外(wai),還(huan)有(you)別的(de)(de)分級(ji)方法,在此僅(jin)舉此一種(zhong)。
根據其耐(nai)蝕性優(you)良程度,鋼(gang)材(cai)又有不銹(xiu)鋼(gang)和耐(nai)蝕鋼(gang)之(zhi)分。
a. 不銹鋼(gang)
指在大氣及弱腐蝕介質(zhi)中耐蝕的鋼(gang)。
b. 耐(nai)蝕鋼(gang)
指在各種強(qiang)烈腐蝕介質中能耐蝕的(de)鋼。
不(bu)銹鋼(gang)在(zai)某種介質中(zhong)除有均(jun)勻腐(fu)蝕(shi)外,還可能(neng)有其他形式(shi)的腐(fu)蝕(shi)。任(ren)何形式(shi)的腐(fu)蝕(shi)超標均(jun)認(ren)為該(gai)鋼(gang)在(zai)此介質中(zhong)不(bu)耐腐(fu)蝕(shi)。工(gong)程實際中(zhong)選材和(he)耐蝕(shi)性(xing)的評價,當然還要(yao)參照設備的設計(ji)壽命以及腐(fu)蝕(shi)產物(wu)(wu)可能(neng)對(dui)化工(gong)物(wu)(wu)料的污(wu)染或對(dui)成品(pin)等級的降(jiang)低。
2. 點(dian)腐蝕
點腐蝕是指在金屬材料表面大部分不腐蝕或腐蝕輕微,而分散發生高度的局部腐蝕,常見蝕點的尺寸小于1.0mm,深度往往大于表面孔徑,輕者有較深的蝕坑,嚴重的甚至形成穿孔。點腐蝕是金屬表面局部鈍化膜被腐蝕破壞所致。首先形成腐蝕坑,然后從外向內深入發展,屬于局部腐蝕。點腐蝕是不銹鋼常見的腐蝕破壞類型之一。在含有氯離子(Cl-)的介質中,最易引起不銹鋼的點腐蝕。目前,防止不銹鋼點腐蝕破壞的途徑有幾種:
a. 減少介質中氯離子含(han)量(liang)和(he)氧含(han)量(liang);加入(ru)緩(huan)蝕劑(如CNNO3、SO2等);降低介質溫度等。
b. 在(zai)不銹鋼中(zhong)加入鉬、錳、硅、釩或稀土(tu)元素增(zeng)強合金化,能有效地(di)增(zeng)大(da)抗(kang)點蝕能力。
c. 盡量不進行冷加工,以減(jian)少位錯露(lu)頭(tou)處發生點蝕的可能。
d. 降(jiang)低鋼中碳(tan)(tan)(tan)的(de)含量(liang),提高鉻(ge)、鎳(nie)(nie)含量(liang),都(dou)能(neng)提高其抗點腐蝕能(neng)力。現有的(de)超低碳(tan)(tan)(tan)高鉻(ge)鎳(nie)(nie)含鉬(mu)的(de)奧氏體不銹(xiu)(xiu)鋼板(ban)和超高純(chun)低碳(tan)(tan)(tan)低氮含鉬(mu)的(de)高鉻(ge)鐵素體不銹(xiu)(xiu)鋼板(ban)均有較高的(de)耐點蝕性能(neng)。
3. 縫隙腐蝕
縫隙(xi)腐(fu)蝕(shi)是指在金屬構件縫隙處發生斑點狀或潰瘍形的宏觀蝕坑,是局部腐蝕的一種。常發生在墊圈、鉚接、螺釘聯接的接縫處,搭接的焊接接頭、閥座、堆積的金屬片間等處。由于連接的縫隙處被腐蝕產物覆蓋以及介質擴散受限制等原因,導致該處的介質成分和濃度與整體相比有很大差別,形成“閉塞電池腐蝕”作用。這與點腐蝕形成機制的差異之處在于,縫隙腐蝕主要是介質的電化學不均勻性而引起的。
部(bu)分(fen)奧氏(shi)體型、鐵素體型和(he)馬(ma)氏(shi)體型不銹鋼(gang)(gang)的(de)鋼(gang)(gang)板(ban)在海水中均(jun)有程度不等(deng)(deng)的(de)縫(feng)隙(xi)腐(fu)蝕傾向。在鋼(gang)(gang)中適當地(di)(di)增(zeng)大鉻、鉬含量,可以改(gai)善抗(kang)縫(feng)隙(xi)腐(fu)蝕能力。實際上在海水中使用(yong)的(de)裝置,只有采用(yong)鈦、高鉬鎳基合金和(he)銅合金等(deng)(deng)材料,才能有效地(di)(di)防(fang)止縫(feng)隙(xi)腐(fu)蝕的(de)發(fa)生。改(gai)善運(yun)行條件、改(gai)變介質(zhi)成分(fen)和(he)結構形式都屬于防(fang)止縫(feng)隙(xi)腐(fu)蝕的(de)重要措施。
4. 晶間腐蝕
晶(jing)間腐蝕是一種有選擇性的腐蝕破壞,它與一般選擇性腐蝕的不同之處在于,腐蝕的局部性是顯微尺度的,而宏觀上不一定是局部的。此腐蝕集中發生在金屬顯微組織晶界并向金屬內部深人,稱之為晶間腐蝕。這種類型腐蝕發生以后,有時從外觀上不易被察覺,但由于晶界區因腐蝕已遭到破壞,晶粒間的結合強度幾乎完全喪失。腐蝕深度較大者可失去金屬聲,構件有效承載截面大大減少而導致過載斷裂。受腐蝕嚴重的金屬甚至成為粉末,從構件上脫落下來。這是一種危害性很大的腐蝕破壞。
5. 應(ying)力(li)腐蝕(shi)
應力腐(fu)蝕是指金屬在某種特定環境與相應水平應力的共同作用下,以裂紋擴展方式發生的與腐蝕有關的斷裂。特定環境下無應力或應力水平太低,不會引起應力腐蝕。同樣,有相當水平應力而無特定環境也不會發生應力腐蝕。所謂特定環境,是指只有當介質的成分和濃度范圍適當時,才能導致某種相應金屬的應力腐蝕。
20世紀60年代(dai)以來,許多不銹鋼焊接構件因應(ying)力腐(fu)蝕導(dao)致斷(duan)裂(lie)的(de)事故(gu)不斷(duan)發生(sheng),斷(duan)裂(lie)的(de)模式是完全脆性的(de)。在裂(lie)紋(wen)緩慢伸展(zhan)過程中不出現任何(he)其(qi)他的(de)宏觀癥候,一旦(dan)達到瞬斷(duan)截面時,立即快速斷(duan)裂(lie),往往造成災難性事故(gu),其(qi)危害性極大。因此(ci),成為當前(qian)十分重視(shi)的(de)問題。