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)(ge)是(shi)(shi)不銹(xiu)(xiu)鋼都含(han)(han)(han)有(you)(you)的(de)(de)(de)元(yuan)素(su),鉻(ge)(ge)是(shi)(shi)鐵(tie)素(su)體形成元(yuan)素(su)。鉻(ge)(ge)的(de)(de)(de)主(zhu)要作用是(shi)(shi)耐腐(fu)蝕。從圖1-3中可(ke)以(yi)看出在鋼中添(tian)加鉻(ge)(ge)對(dui)腐(fu)蝕性的(de)(de)(de)影(ying)響。當金屬(shu)中鉻(ge)(ge)含(han)(han)(han)量達到12%時(shi),在大氣環境下或(huo)在氧(yang)化(hua)(hua)(hua)性介質(zhi)中鉻(ge)(ge)可(ke)以(yi)自發形成一種穩(wen)(wen)定的(de)(de)(de)、透明(ming)的(de)(de)(de)、極薄(bo)(bo)的(de)(de)(de)鈍化(hua)(hua)(hua)膜(mo)來(lai)阻止腐(fu)蝕,使金屬(shu)基本上不會(hui)生銹(xiu)(xiu)。較(jiao)高(gao)(gao)的(de)(de)(de)合(he)金含(han)(han)(han)量可(ke)通(tong)過強化(hua)(hua)(hua)薄(bo)(bo)膜(mo)和快速自我修復薄(bo)(bo)膜(mo)來(lai)提(ti)高(gao)(gao)抗腐(fu)蝕性。不銹(xiu)(xiu)鋼的(de)(de)(de)鉻(ge)(ge)含(han)(han)(han)量上限為30%.在氧(yang)化(hua)(hua)(hua)膜(mo)中,鉻(ge)(ge)與鐵(tie)的(de)(de)(de)比例可(ke)以(yi)有(you)(you)很大的(de)(de)(de)變動,鉻(ge)(ge)最高(gao)(gao)可(ke)達到鐵(tie)的(de)(de)(de)9倍。這種富鉻(ge)(ge)的(de)(de)(de)氧(yang)化(hua)(hua)(hua)膜(mo)具有(you)(you)尖晶石點陣,在許(xu)多介質(zhi)中都有(you)(you)很高(gao)(gao)的(de)(de)(de)穩(wen)(wen)定性。當鋼中鉻(ge)(ge)含(han)(han)(han)量低(di)于10%時(shi),鈍化(hua)(hua)(hua)膜(mo)中不存在鉻(ge)(ge)的(de)(de)(de)氧(yang)化(hua)(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(nie)是奧氏(shi)(shi)體(ti)(ti)的(de)穩(wen)定(ding)元素(su),鎳(nie)可將(jiang)奧氏(shi)(shi)體(ti)(ti)使用范圍擴大到(dao)低(di)溫(wen)區從圖1-4可以(yi)(yi)看出(chu)鎳(nie)的(de)作用。在圖1-4中(zhong),斜線以(yi)(yi)上所示溫(wen)度下(xia)奧氏(shi)(shi)體(ti)(ti)是穩(wen)定(ding)的(de);在這(zhe)條線以(yi)(yi)下(xia),鐵素(su)體(ti)(ti)和(he)(he)馬氏(shi)(shi)體(ti)(ti)都具有穩(wen)定(ding)的(de)晶體(ti)(ti)結構。鎳(nie)可提(ti)高韌性(xing)和(he)(he)延展(zhan)性(xing),使之更易于(yu)加工、制(zhi)造和(he)(he)焊(han)接,增強抗酸(suan)的(de)腐蝕能力,保持(chi)鈍化膜的(de)能力及在腐蝕介質中(zhong)的(de)抗蝕能力。
在(zai)不銹鋼中(zhong)(zhong)加(jia)入鎳(nie)(nie)時,耐(nai)腐(fu)蝕性(xing)有所改善(shan)。鎳(nie)(nie)較難氧(yang)化(hua),故氧(yang)化(hua)膜中(zhong)(zhong)鎳(nie)(nie)含量較少(shao);氧(yang)化(hua)膜下富集了鎳(nie)(nie),可增加(jia)氧(yang)化(hua)膜的(de)穩定性(xing),尤其(qi)是在(zai)非氧(yang)化(hua)性(xing)的(de)硫酸(suan)中(zhong)(zhong)更為顯著(zhu)。將鎳(nie)(nie)加(jia)入鉻不銹鋼中(zhong)(zhong)就會提高其(qi)在(zai)硫酸(suan)、醋酸(suan)、草酸(suan)及(ji)中(zhong)(zhong)性(xing)鹽(特別是硫酸(suan)鹽)中(zhong)(zhong)的(de)耐(nai)腐(fu)蝕性(xing)。
錳類似于鎳(nie),當添加(jia)錳或用錳替代鎳(nie)時(shi),都會提高不銹鋼的強度(du)。在(zai)鉻(ge)不銹鋼(gang)中(zhong)加入錳(meng)(meng)(在(zai)Cr≥17%的(de)(de)(de)情況下),對鋼(gang)的(de)(de)(de)耐蝕性沒有多大(da)的(de)(de)(de)影響。但錳(meng)(meng)可以大(da)大(da)提(ti)高(gao)鉻(ge)不銹鋼(gang)在(zai)有機酸(如醋酸、甲(jia)酸、乙醇酸)中(zhong)的(de)(de)(de)耐腐蝕性,促使鉻(ge)不銹鋼(gang)達到鈍(dun)化(hua)狀態,在(zai)這方面錳(meng)(meng)的(de)(de)(de)作(zuo)用比鎳的(de)(de)(de)用更明(ming)顯。
鉬可提高(gao)鈍化(hua)(hua)膜的(de)(de)(de)強(qiang)度,增強(qiang)耐(nai)局部腐(fu)蝕性,如耐(nai)點蝕、縫隙(xi)腐(fu)蝕,特別是(shi)在(zai)鹵(lu)鹽或海水中有氯離子的(de)(de)(de)情況(kuang)下。鉬(mu)也可提高(gao)對氯化(hua)(hua)物應力腐(fu)蝕斷裂(lie)的(de)(de)(de)抵抗能(neng)力。利用(yong)固溶強(qiang)化(hua)(hua)的(de)(de)(de)方法(fa),鉬(mu)可提高(gao)奧氏(shi)體不銹(xiu)鋼的(de)(de)(de)高(gao)溫強(qiang)度和馬氏(shi)體不銹(xiu)鋼的(de)(de)(de)抗回火能(neng)力。
鉬(mu)(mu)(mu)(mu)能提高不(bu)(bu)銹(xiu)鋼(gang)的(de)(de)(de)鈍化(hua)能力,擴大不(bu)(bu)銹(xiu)鋼(gang)的(de)(de)(de)鈍化(hua)介(jie)質范圍。如在熱硫酸(suan)、稀鹽酸(suan)、磷(lin)酸(suan)及有(you)機酸(suan)中,含(han)鉬(mu)(mu)(mu)(mu)的(de)(de)(de)不(bu)(bu)銹(xiu)鋼(gang)都(dou)(dou)有(you)滿意的(de)(de)(de)使用(yong)效果。不(bu)(bu)銹(xiu)鋼(gang)中加入鉬(mu)(mu)(mu)(mu),可(ke)以(yi)形成含(han)鉬(mu)(mu)(mu)(mu)的(de)(de)(de)氧(yang)化(hua)膜。這(zhe)種含(han)鉬(mu)(mu)(mu)(mu)的(de)(de)(de)氧(yang)化(hua)膜具(ju)有(you)更(geng)高的(de)(de)(de)穩定性,在許多強(qiang)腐蝕(shi)介(jie)質中都(dou)(dou)不(bu)(bu)易(yi)溶解(jie)。它還可(ke)以(yi)防止鹵族元素離(li)(li)子(特別是氯離(li)(li)子)對氧(yang)化(hua)膜的(de)(de)(de)破(po)壞。因為氯離(li)(li)子半(ban)徑很小,可(ke)以(yi)穿透(tou)不(bu)(bu)夠致密的(de)(de)(de)氧(yang)化(hua)膜,與鋼(gang)起作(zuo)用(yong),生成可(ke)溶的(de)(de)(de)腐蝕(shi)產物(wu),在局部區域(yu)形成點腐蝕(shi)。含(han)鉬(mu)(mu)(mu)(mu)的(de)(de)(de)氧(yang)化(hua)膜對氯離(li)(li)子有(you)足夠的(de)(de)(de)穩定性。
氮(dan)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(jin)(jin)屬(shu)間相是指由鋼中的(de)(de)兩(liang)種或兩(liang)種以(yi)上的(de)(de)金(jin)(jin)屬(shu)元(yuan)素(su)構成的(de)(de)金(jin)(jin)屬(shu)間化(hua)合物,也(ye)簡稱為(wei)中間相。廣義地講,凡(fan)以(yi)元(yuan)素(su)周期(qi)表中過渡族元(yuan)素(su)(錳、鐵、鈷(gu)和鎳等)為(wei)基體,含(han)有A副(fu)族元(yuan)素(su)(鈦(tai)、釩和鉻等)的(de)(de)合金(jin)(jin)系(xi)在適合生(sheng)成的(de)(de)條件下都能形成一系(xi)列金(jin)(jin)屬(shu)間相。
鈦、鈮(ni)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(tong)可提高(gao)對(dui)稀酸特別是對(dui)硫酸的(de)(de)抗酸能力;加(jia)入(ru)3%~4%的(de)(de)銅(tong)具有低的(de)(de)加(jia)工硬(ying)化率,易于(yu)成形,析出的(de)(de)銅(tong)離子還(huan)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(ti)高(gao)抗氧化性。