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)(ge)是不(bu)銹鋼(gang)都(dou)含(han)有的(de)元素,鉻(ge)(ge)(ge)是鐵素體形成元素。鉻(ge)(ge)(ge)的(de)主要作用是耐腐蝕(shi)。從(cong)圖1-3中(zhong)(zhong)(zhong)可(ke)以(yi)看出在鋼(gang)中(zhong)(zhong)(zhong)添加鉻(ge)(ge)(ge)對腐蝕(shi)性的(de)影響(xiang)。當金(jin)屬中(zhong)(zhong)(zhong)鉻(ge)(ge)(ge)含(han)量達到(dao)12%時,在大(da)氣環(huan)境(jing)下或(huo)在氧化(hua)性介質中(zhong)(zhong)(zhong)鉻(ge)(ge)(ge)可(ke)以(yi)自(zi)發(fa)形成一種穩定(ding)的(de)、透明的(de)、極薄(bo)的(de)鈍化(hua)膜(mo)(mo)來阻止(zhi)腐蝕(shi),使金(jin)屬基本上(shang)不(bu)會生銹。較高的(de)合金(jin)含(han)量可(ke)通過強化(hua)薄(bo)膜(mo)(mo)和快速自(zi)我(wo)修復(fu)薄(bo)膜(mo)(mo)來提高抗腐蝕(shi)性。不(bu)銹鋼(gang)的(de)鉻(ge)(ge)(ge)含(han)量上(shang)限為(wei)30%.在氧化(hua)膜(mo)(mo)中(zhong)(zhong)(zhong),鉻(ge)(ge)(ge)與(yu)鐵的(de)比例可(ke)以(yi)有很(hen)大(da)的(de)變動,鉻(ge)(ge)(ge)最高可(ke)達到(dao)鐵的(de)9倍。這種富鉻(ge)(ge)(ge)的(de)氧化(hua)膜(mo)(mo)具有尖晶(jing)石點陣(zhen),在許多介質中(zhong)(zhong)(zhong)都(dou)有很(hen)高的(de)穩定(ding)性。當鋼(gang)中(zhong)(zhong)(zhong)鉻(ge)(ge)(ge)含(han)量低于10%時,鈍化(hua)膜(mo)(mo)中(zhong)(zhong)(zhong)不(bu)存在鉻(ge)(ge)(ge)的(de)氧化(hua)物(wu)。
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(shi)奧氏(shi)(shi)(shi)體(ti)(ti)的穩(wen)(wen)定元素(su),鎳可將奧氏(shi)(shi)(shi)體(ti)(ti)使用(yong)范圍擴大到低(di)溫(wen)區從圖(tu)1-4可以(yi)看出(chu)鎳的作用(yong)。在圖(tu)1-4中,斜線以(yi)上所示溫(wen)度(du)下奧氏(shi)(shi)(shi)體(ti)(ti)是(shi)穩(wen)(wen)定的;在這(zhe)條線以(yi)下,鐵素(su)體(ti)(ti)和(he)(he)馬(ma)氏(shi)(shi)(shi)體(ti)(ti)都(dou)具有穩(wen)(wen)定的晶體(ti)(ti)結構。鎳可提(ti)高韌性(xing)(xing)和(he)(he)延展性(xing)(xing),使之更(geng)易于加工、制造(zao)和(he)(he)焊接,增強(qiang)抗酸的腐蝕(shi)能(neng)力,保(bao)持(chi)鈍化膜的能(neng)力及在腐蝕(shi)介(jie)質中的抗蝕(shi)能(neng)力。
在(zai)(zai)不銹鋼中(zhong)(zhong)加入(ru)鎳(nie)時,耐(nai)腐蝕性(xing)有(you)所改善。鎳(nie)較難氧化(hua),故氧化(hua)膜中(zhong)(zhong)鎳(nie)含量較少(shao);氧化(hua)膜下富集了鎳(nie),可增加氧化(hua)膜的(de)穩定性(xing),尤其是在(zai)(zai)非氧化(hua)性(xing)的(de)硫酸(suan)(suan)中(zhong)(zhong)更(geng)為顯著。將鎳(nie)加入(ru)鉻(ge)不銹鋼中(zhong)(zhong)就(jiu)會(hui)提高(gao)其在(zai)(zai)硫酸(suan)(suan)、醋(cu)酸(suan)(suan)、草(cao)酸(suan)(suan)及中(zhong)(zhong)性(xing)鹽(特別是硫酸(suan)(suan)鹽)中(zhong)(zhong)的(de)耐(nai)腐蝕性(xing)。
錳類似于(yu)鎳,當添加錳或(huo)用(yong)錳替代鎳時,都(dou)會提高(gao)不(bu)銹鋼的強(qiang)度。在鉻不銹鋼中(zhong)加入錳(meng)(在Cr≥17%的情況下),對鋼的耐蝕性沒有多大(da)的影響。但錳(meng)可以大(da)大(da)提高鉻不銹鋼在有機酸(suan)(如醋酸(suan)、甲酸(suan)、乙醇酸(suan))中(zhong)的耐腐蝕性,促使鉻不銹鋼達到鈍化狀態(tai),在這方面錳(meng)的作用比鎳的用更(geng)明(ming)顯。
鉬可(ke)(ke)提(ti)高鈍化膜的強度,增強耐(nai)局部腐(fu)蝕性,如耐(nai)點蝕、縫(feng)隙腐(fu)蝕,特別是在鹵(lu)鹽(yan)或海水中有(you)氯(lv)(lv)離子的情況下(xia)。鉬也可(ke)(ke)提(ti)高對氯(lv)(lv)化物應力腐(fu)蝕斷裂(lie)的抵(di)抗(kang)(kang)能力。利用(yong)固溶(rong)強化的方法,鉬可(ke)(ke)提(ti)高奧(ao)氏體(ti)(ti)不銹鋼(gang)的高溫強度和馬氏體(ti)(ti)不銹鋼(gang)的抗(kang)(kang)回火能力。
鉬(mu)能提高不(bu)(bu)銹鋼的(de)(de)(de)(de)鈍(dun)化(hua)能力,擴(kuo)大不(bu)(bu)銹鋼的(de)(de)(de)(de)鈍(dun)化(hua)介質(zhi)范圍。如在熱硫酸、稀(xi)鹽酸、磷酸及有機酸中,含鉬(mu)的(de)(de)(de)(de)不(bu)(bu)銹鋼都(dou)有滿意(yi)的(de)(de)(de)(de)使用效果。不(bu)(bu)銹鋼中加(jia)入鉬(mu),可(ke)以形成含鉬(mu)的(de)(de)(de)(de)氧(yang)化(hua)膜(mo)。這(zhe)種含鉬(mu)的(de)(de)(de)(de)氧(yang)化(hua)膜(mo)具有更高的(de)(de)(de)(de)穩(wen)定性(xing),在許多強腐蝕介質(zhi)中都(dou)不(bu)(bu)易(yi)溶(rong)解。它還可(ke)以防(fang)止鹵族元素離子(特別是氯離子)對氧(yang)化(hua)膜(mo)的(de)(de)(de)(de)破壞。因為氯離子半徑很小,可(ke)以穿透不(bu)(bu)夠(gou)致密的(de)(de)(de)(de)氧(yang)化(hua)膜(mo),與鋼起作用,生(sheng)成可(ke)溶(rong)的(de)(de)(de)(de)腐蝕產物,在局部區域(yu)形成點(dian)腐蝕。含鉬(mu)的(de)(de)(de)(de)氧(yang)化(hua)膜(mo)對氯離子有足夠(gou)的(de)(de)(de)(de)穩(wen)定性(xing)。
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)屬(shu)間(jian)(jian)(jian)相是指由鋼(gang)中的兩種或兩種以(yi)(yi)上(shang)的金(jin)屬(shu)元(yuan)素(su)構成(cheng)的金(jin)屬(shu)間(jian)(jian)(jian)化合(he)物,也簡稱為中間(jian)(jian)(jian)相。廣義地講,凡以(yi)(yi)元(yuan)素(su)周期表中過渡族元(yuan)素(su)(錳、鐵、鈷(gu)和鎳等(deng))為基體,含有A副族元(yuan)素(su)(鈦、釩和鉻等(deng))的合(he)金(jin)系在適合(he)生成(cheng)的條件(jian)下(xia)都能(neng)形成(cheng)一系列金(jin)屬(shu)間(jian)(jian)(jian)相。
鈦(tai)、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、鋁(lv)可改善抗氧化性能,硅還可以改善鑄造特性。
銅可(ke)提高對稀酸特別是對硫(liu)酸的(de)(de)抗酸能力;加入3%~4%的(de)(de)銅具有(you)(you)低的(de)(de)加工硬化率,易于成形(xing),析出的(de)(de)銅離子(zi)還有(you)(you)滅菌作(zuo)用。
硫(liu)、硅和鉛可改善機械切削性能,但會降低耐腐蝕能力。
鈰、鐿、鑭(lan)可提高抗氧化性。