不锈钢的腐蚀

1不锈钢的腐蚀一、不锈钢的腐蚀发生原因不锈钢的不锈特性是由于钢板表面特殊的钝化保护膜，首先简单介绍一下不锈钢的耐蚀机理，即钝化膜理论。所谓钝化膜就是在不锈钢表面有一层以Cr(铬)与氧结合的Cr2O3（三氧化二铬）为主的薄膜它是在金属表面形成厚度约100万分之数mm的不动态皮膜。由于这个薄膜的存在使不锈钢基体在各种介质中腐蚀受阻，这种现象称为钝化。这种钝化膜的形成有两种情况，一种是不锈钢本身就有自钝化的能力，这种自钝化能力随铬含量的提高而加快。另一种较广泛的形成条件是不锈钢在各种水溶液（电解质）中，在被腐蚀的过程中形成钝化膜而使腐蚀受阻。不锈钢对比炭钢或铝耐蚀性突出优秀.但不是象金或者铂金那样绝对不生锈的金属.但受到其他什么原因不动态皮膜受到破坏不能再生的话不锈钢也会生锈，就是腐蚀。一般不锈钢的腐蚀类型分为两类：均匀腐蚀、局部腐蚀，随着不锈钢在人们生活中的普及，派生出了新的腐蚀类型——“锈蚀”。有防止浮动体皮膜再生作用的物质有氯离子（Cl）(铅分,漂白剂,聚氯烧毁时的煤烟,盐酸),硫磺氧化剂(汽车,工厂等的燃烧排气Gas,温泉蒸汽,火山烟,火山灰)等.煤烟，粉尘等附着到不锈表面，可促进氯离子等的附着力或防碍对于表面的氧化供应.还有铁粉等的异种金属附着到表面，可使金属本身变成锈，也使不锈钢自身也生锈.二、腐蚀原因物质及作用原因物质作用环境▪HCl,SOx等的酸▪溶解于水生成这种酸的物质(sox)随着降低PH,让不动态皮膜趋于不稳定▪清洁药剂▪工厂排气Gas▪机动车排气Gas▪温泉地带▪降落火山灰的地带▪NaCl(盐分)等的盐化物▪HClO(次亚氯酸)溶解于水分,放射出的Cl-破坏不动态皮膜▪海岸地带(海盐粒子)▪蓄水槽(灭菌剂)▪垃圾烧毁场附近(烧毁Gas)▪吐丝,粉尘,污渍等追加，固着在不锈钢表面的物质防碍不锈钢表面的氧供给，让不动态皮膜不稳定,防止再生▪工厂排气GAS▪机动车排气GAS▪建筑公社现场旁边▪以铁分为主的异种金属附着于不锈钢表面个体自己「生锈」▪铁公所附近▪制铁所旁边▪建筑公社现场旁边三、腐蚀的种类及对策2区分防止对策①对于使用环境的评价②正确的表面状态和设计适用③选择适用的钢种④周期性的有机管理全面腐蚀-选择适用于环境的钢种.例)海水:316,316L,高温:321-各种表面处理(Mirror等)局部腐蚀晶间腐蚀-固溶化热处理:把在高温中稀出的炭化物完全再固溶后急冷-[C]含量的低减:0.03%以下-选择安定化的钢种:Ti,Nb添加钢孔蚀-纺织与氯环境的接触-表面处理:研磨加工(例;Mirror等)-焊接部实施热处理-使用在氯环境下不发生反映的材料:Mo添加钢(316,316L)-N的强化缝隙腐蚀应力腐蚀-加工后解除应力,必要解除应力集中部.-解除应力实施热处理-使用在应力腐蚀环境下不发生反映的材料-使用Ni更高层钢种Galvanic腐蚀-优先以电气化学性质类似材料的接触防止腐蚀干式腐蚀湿式腐蚀全面腐蚀均匀腐蚀局部腐蚀因环境引起的龟裂电位腐蚀孔蚀/点蚀缝隙腐蚀晶间腐蚀应力腐蚀龟裂腐蚀疲劳龟裂氢气脆性龟裂微生物腐蚀MicrobialogicallyInfluencedCorrosionPittingUniformCorrosionIntergranularCorrosionGalvanicCorrosionStressCorrosionCrackingStressFatigueCrackingHydrogenEmbrittlementCrackingWetCorrosionDryCorrosionCreviceCorrosion31、均匀腐蚀均匀腐蚀是指裸露在腐蚀环境的金属表面全部发生电化学或化学反应，均匀受到腐蚀。这种腐蚀也可以测量其进行速度，也可以预测以后的腐蚀程度，设定安全系数，设定材料的使用期，所以它是众多腐蚀种类中最不危险的腐蚀，通常均匀腐蚀的腐蚀程度按照重量、厚度减少的多少来衡量。除了特殊环境以外，不锈钢的均匀腐蚀的速度极低，使用寿命长，维护费用低。表7-1不锈钢耐蚀性的十级标准因环境引起的龟裂缝隙腐蚀(CreviceCorrosion)孔蚀(PittingCorrosion)应力腐蚀(StressCorrosionCracking)电位腐蚀(GalvanicCorrosion)晶间腐蚀(IntergranularCorrosion)局部腐蚀全面腐蚀BaseMetalCathod(Noble)Anode(Active)4耐蚀性评价腐蚀率（mm/年）等级完全耐蚀＜0.0011很耐蚀0.001-0.0050.005-0.01023耐蚀0.010-0.050.05-0.1045尚耐蚀0.10-0.500.50-1.0067欠耐蚀1.00-5.005.00-10.089不耐蚀10.010如果在使用过程中要求保持镜面或尺寸精密的设备应选用1-3级的不锈钢；要求长期不漏或要求使用年限的设备，应选用2-5级；对于检修方便或寿命不需很长的设备可选用4-7级的不锈钢。对于年腐蚀率超过1mm的一般不选用。2、局部腐蚀局部腐蚀是指在腐蚀介质的作用下，钢的基体在特定的部位被快速腐蚀的一种腐蚀形式。这种腐蚀对设备的威胁极大，因此必须根据介质条件正确地选用不锈钢。局部腐蚀主要类型有：晶间腐蚀、点蚀、应力腐蚀、锈蚀等。1）应力腐蚀龟裂(StressCorrosionCracking)SCC：是指在一定的腐蚀介质中，在张应力的作用下发生的以裂纹扩展方式与腐蚀有关的断裂。是局部腐蚀中最常见，危害最大的一种。裂纹特征：起源于表面，分布具有明显的局部性；断口形貌呈脆性断口。影响SCC因素：腐蚀介质（CL-）；应力（敏感度取决于实际应力/屈服强度）；温度；组织和成分（高Cr铁素体不锈钢不敏感；低Ni敏感，高Ni不敏感）应力腐蚀的外貌是沿设备厚度的垂直方向呈树枝状的腐蚀，使设备开裂。产生应力腐蚀的条件除介质条件外，与设备在制造过程产生拉伸应力有直接关系。发生这种腐蚀的主要设备有热交换器、冷却器、蒸汽发生器、送风机、干燥机和锅炉等。提高不锈钢耐应力腐蚀的措施：一是提高耐应力腐蚀指标△Ni；二是对设备进行消除残余应力的热处理。给腐蚀环境里的有腐蚀性的金属施加应力时应力和腐蚀的协同作用下发生脆性龟裂,这腐蚀是奥氏体钢特有现象，主要在抗拉应力的90°方向发生，龟裂的传播速度非常快，部件的破坏在2~3日内或数小时内发生，所以结构物采用奥氏体系Wire来支撑的环境里氯的浓度高时非常危险，有必要注意。A、腐蚀发生方法5以下图片是温水槽SCC（应力腐蚀）腐蚀开始点Crack传播温水槽外部温水槽内部6B、对策SCC的必要因素Susceptiblematerials（原料）,Corrosiveenvironment（环境）,Tensilestress（拉伸的力）的3作用同时存在时发生，所以3个因素中去除一种因素就可以防止腐蚀发生①调低氯离子浓度、使用温度②去除氧、氧化物质③去除表面附着物(随时清扫)④结构上回避应力集中的模样或缝隙⑤焊接或加工后实施去除应力的热处理(主要在焊接部附近发生)⑥赋予根据投射凹凸的压缩应力⑦选择适当的材质(Duplex钢:强度,SCC性,耐腐蚀性同时改善)2）点蚀（SCC）点蚀是一种很危险的局部腐蚀，多发生在含有氯、溴、碘等水溶液中，产生小孔然后急剧进行腐蚀的现象，严重时会穿透钢板，一般不能以重量减少多少来评价其腐蚀程度。提高耐点蚀能力的措施主要有两方面，一是提高局部的耐点蚀能力，减少钢中的夹杂物，特别是硫含量；二是钢的基体抗点蚀能力，影响基体耐蚀性的合金元素主要是铬、钼、氮三个元素。MaterialsCCoorrrroossiioonnEnvironmentCompositionTemperatureElectrodePotentialFlowrateFFaattiigguueeCCoorrrroossiioonn--FFaattiigguueeSCCStress,StrainServiceStressFit-upStressResidualStressStrainRateStress（压力）Strain（应力）SCCNoSCC7PREN：抗点蚀当量（PREN）是评价耐点蚀性的参考，不能绝对化。因为热处理更为关键（固熔）。抗点蚀当量（PREN）=Cr%+3.3（MO+0.5W）%+16N%PREW：抗点蚀性当量(PREW)由满足40≤PREW≤67的下式来限定：PREW＝wt％Cr+3.3(wt％Mo+0.5wt％W)+30wt％N铬、钼和氮对抵抗局部腐蚀能力的综合影响，经常用经验公式WS（Wirksumme）来表示。WS(PRE)=铬％＋3.3×钼％＋16×氮％式中的WS值一般被称之为“耐点腐蚀能力指数(PRE)”。所以也常常用PRE来表示。公式所给出的氮的系数16是最经常使用的。但据文献报道也有采用其它系数的，比如Mannesmann研究院的Herbsleb博士就建议使用30。诸如钨等其它成分对防腐性能也有积极影响。按重量百分比的算法计算，其效果约为钼的一半。为了进行比较，同时用16和30作为PRE公式中氮的系数为下表中的一些钢种计算PRE值。结果在下表中给出。下表：PRE值及一些高合金不锈钢的临界点蚀温度和临界缝隙腐蚀温度合金ASTMEN*PRE(16)PRE(30)CPT℃**CCT℃**2205S318031.446234365335317LMN317LMN1.4439333553-904LNO89041.453936376115Sanicro28-1.45633940--AL-6X--4141--254SMOS312541.454743469060654SM0S326541.46525663100100*欧洲统一标准，**在1摩尔的NaCl溶液中，***在3.5％的NaCl溶液中，腐蚀电位为700mVSCE8可以看出，PRE(16)和PRE(30)对许多钢种来说差别并不是很大。最重要的是两个系数对排列不同不锈钢并无任何影响。上表同时也给出了一些不锈钢的临界点蚀温度(CPT)和临界缝隙腐蚀温度(CCT)。这两个临界温度常常被用来衡量不锈钢耐局部腐蚀的能力。大量的研究工作和实用经验表明，PRE值与不锈钢耐局部腐蚀的能力，如CPT和CCT值，是成比例关系的。317LMN，904L两种奥氏体不锈钢和2205型双相不锈钢的PRE值大致相同，其抗点蚀和缝隙腐蚀的能力也应该是相同的。所记录的使用数据显示，904L不锈钢的抗点蚀能力略优于其它钢种，而2205的抗缝隙腐蚀能力则较强，这种现象与实际使用情况相符。一些牌号的PREN及PREW值类别牌号化学成分CCrNiMoNCuWPRENPREW低合金型S323040.03234-0.12--24.92-S321010.03211.5-0.22--25-S320030.03203.51.70.16--28-中合金型S31803/S322050.0322530.18--34.3-3Re60（18-5）0.0318530.05--29.02-高合金型S325500.0525630.181.8-37-S31250（DP3）0.0325730.160.50.33738超级DSSS327400.0325730.27-2.03942.5S327500.0325740.28--41-S32760（Zeron100）0.0325740.240.70.74040.5S327070.03276.550.40--50-S329060.03296.520.350.8-41-3040.08188-0.03--18.48316L0.03171020.03--24.08317L0.031911.530.03--29.38250725540.30--43.00904L20254.50.03--34.85NO8926206.50.20--44.65254SMO2060.2--43.00下图：临界点蚀温度(CPT)和临界缝隙腐蚀温度(CCT)93）晶间腐蚀A、晶间腐蚀的定义晶间腐蚀是产生在晶粒之间的一种腐蚀形