不锈钢腐蚀与防护整合

在空气中或化学腐蚀介质中能够抵抗腐蚀的一种高合金钢，不锈钢是具有美观的表面和耐腐蚀性能好，不必经过镀色等表面处理，而发挥不锈钢所固有的表面性能,使用于多方面的钢铁的一种，通常称为不锈钢。代表性能的有13铬钢，18-铬镍钢等高合金钢。从金相学角度分析，因为不锈钢含有铬而使表面形成很薄的铬膜，这个膜隔离开与钢内侵入的氧气起耐腐蚀的作用。为了保持不锈钢所固有的耐腐蚀性，钢必须含有12%以上的铬。不锈钢种类•“不锈钢”一词不仅仅是单纯指一种不锈钢，而是表示一百多种工业不锈钢，所开发的每种不锈钢都在其特定的应用领域具有良好的性能。成功的关键首先是要弄清用途，然后再确定正确的钢种。和建筑构造应用领域有关的钢种通常只有六种。它们都含有17～22%的铬，较好的钢种还含有镍。添加钼可进一步改善大气腐蚀性，特别是耐含氯化物大气的腐蚀。不锈钢常按组织状态分为：马氏体钢、铁素体钢、奥氏体钢、奥氏体-铁素体（双相）不锈钢及沉淀硬化不锈钢等。另外，可按成分分为：铬不锈钢、铬镍不锈钢和铬锰氮不锈钢等。不锈钢种类铁素体不锈钢含铬15%～30%。其耐蚀性、韧性和可焊性随含铬量的增加而提高，耐氯化物应力腐蚀性能优于其他种类不锈钢，属于这一类的有Crl7、Cr17Mo2Ti、Cr25，Cr25Mo3Ti、Cr28等。铁素体不锈钢因为含铬量高，耐腐蚀性能与抗氧化性能均比较好，但机械性能与工艺性能较差，多用于受力不大的耐酸结构及作抗氧化钢使用。这类钢能抵抗大气、硝酸及盐水溶液的腐蚀，并具有高温抗氧化性能好、热膨胀系数小等特点，用于硝酸及食品工厂设备，也可制作在高温下工作的零件，如燃气轮机零件等。奥氏体-铁素体双相不锈钢兼有奥氏体和铁素体不锈钢的优点，并具有超塑性。奥氏体和铁素体组织各约占一半的不锈钢。在含C较低的情况下，Cr含量在18%~28%，Ni含量在3%~10%。有些钢还含有Mo、Cu、Si、Nb、Ti，N等合金元素。该类钢兼有奥氏体和铁素体不锈钢的特点，与铁素体相比，塑性、韧性更高，无室温脆性，耐晶间腐蚀性能和焊接性能均显著提高，同时还保持有铁素体不锈钢的475℃脆性以及导热系数高，具有超塑性等特点。与奥氏体不锈钢相比，强度高且耐晶间腐蚀和耐氯化物应力腐蚀有明显提高。双相不锈钢具有优良的耐孔蚀性能，也是一种节镍不锈钢。奥氏体不锈钢含铬大于18%，还含有8%左右的镍及少量钼、钛、氮等元素。综合性能好，可耐多种介质腐蚀。奥氏体不锈钢的常用牌号有1Cr18Ni9、0Cr19Ni9等。0Cr19Ni9钢的Wc0.08%，钢号中标记为“0”。这类钢中含有大量的Ni和Cr，使钢在室温下呈奥氏体状态。这类钢具有良好的塑性、韧性、焊接性、耐蚀性能和无磁或弱磁性，在氧化性和还原性介质中耐蚀性均较好，用来制作耐酸设备，如耐蚀容器及设备衬里、输送管道、耐硝酸的设备零件等，另外还可用作不锈钢钟表饰品的主体材料。奥氏体不锈钢一般采用固溶处理，即将钢加热至1050～1150℃，然后水冷或风冷，以获得单相奥氏体组织。马氏体不锈钢强度高，但塑性和可焊性较差。马氏体不锈钢的常用牌号有1Cr13、3Cr13等，因含碳较高，故具有较高的强度、硬度和耐磨性，但耐蚀性稍差，用于力学性能要求较高、耐蚀性能要求一般的一些零件上，如弹簧、汽轮机叶片、水压机阀等。这类钢是在淬火、回火处理后使用的。锻造、冲压后需退火。沉淀硬化不锈钢基体为奥氏体或马氏体组织，沉淀硬化不锈钢的常用牌号有04Cr13Ni8Mo2Al等。其能通过沉淀硬化（又称时效硬化）处理使其硬（强）化的不锈钢。你以为不锈钢真的是不锈的吗？高温腐蚀（干腐蚀）Cr－O体系在高温下的挥发平衡体系在高温下的挥发平衡Cr(s)+3/2O2(g)=Cr2O3(s)（1）Cr(s)=Cr(g)（2）Cr2O3(s)=Cr(g)+3/2O2(g)（3）Cr(s)+3/2O2(g)=CrO3(g)（4）CrO3(g)=Cr2O3(s)+3/2O2(g)（5）在低氧压时，铬的蒸气压最大；高氧压时，CrO3的蒸气压最大。Cr-O体系的这种性质对铬及含铬的合金的氧化产生极大的影响。在Cr2O3/合金界面处氧分压很低，此处的铬的蒸气压极高，有可能使Cr2O3膜与基体分离。由于存在平衡反应（5），在高氧压时，Cr2O3膜与气相界面处形成很高的CrO3蒸气压，Cr2O3膜将会因CrO3的挥发损伤而变薄。特别是在气流速度很快的时候，CrO3挥发速度更快，加速Cr2O3膜的损耗。均匀（全面）腐蚀腐蚀速率适用性0.01mm/yr耐腐蚀性强适用0.1~1.00mm/yr处于亚稳态谨慎使用1.00mm/yr腐蚀严重不适用一般腐蚀的特点：腐蚀在不锈钢表面均匀发生，是所有腐蚀中危害性最小的电化学腐蚀•腐蚀原理（1）两种不同的金属相互接触（或连通）（2）在电解质溶液中形成闭合回路（3）两种金属存在电势梯度（电势差）•影响因素1.材料表面条件不同（划伤、摩擦痕。焊接）2.一般情况下，随着阴极对阳极面积的比值（即Sk/Sa）的增加，作为阳极体的金属腐蚀速度也增加3.介质电导率：对于海水等电导率高的介质，电偶电流可分散到离接触点较远的阳极表面上，阳极所受腐蚀较为“均匀”。但如果在软水或普通大气等电导率较低的介质中，腐蚀会集中在离接触点较ji近的阳极表面，相当于把阳极的有效面积减少，增加了阳极局部表面的溶解速度磨损腐蚀定义：高速流动的颗粒清除了不锈钢表面形成的易碎的氧化膜，致使新的金属表面暴露在外遭受腐蚀攻击。微生物腐蚀微生物腐蚀特点：这种类型的腐蚀是由活跃的微生物细菌引起的，它与缝隙腐蚀和点蚀有许多相似之处。易发生微生物腐蚀的区域：－自然潮湿环境－潮湿泥土中－河流和矿井水中引起腐蚀的微生物类型：－好氧型（须在有氧气的环境中生存）在潮湿的溶液中很活跃－厌氧型（须在没有氧气的环境中生存）在潮湿的溶液中不活跃点蚀•定义：点腐蚀也称为小孔腐蚀，是电化学腐蚀的一种形式，是不锈钢常见的局部腐蚀的一种。机理：由于钢中存在缺陷、杂质和溶质等的不均匀性，当介质中含有某些活性阴离子（cl-），首先被吸附在金属表面某些点上，从而使不锈钢表面钝化膜发生破坏。由于钝化膜破坏处的基体金属显露出来使其呈活化状态，而钝化膜处为钝态，这样就形成了活性-钝性腐蚀电池。由于阳极表面积比阴极表面积小的多，阳极电流密度大，所以阳极金属很快腐蚀成小孔。产生点蚀有两个重要条件，一是金属在介质中必须达到某一临界电位，二是侵蚀性的卤化物阴离子达到某一浓度。影响因素：－Cl-影响：Cl-的作用使钝化膜局部破坏，此部位优先发生腐蚀－温度影响：温度越高腐蚀越快－表面污物影响：表面附着污染物阻止了氧气的流通不锈钢的缝隙腐蚀定义金属部件在介质中，由于金属与金属或金属与非金属之间形成特别小的缝隙，使缝隙内介质处于滞留状态，引起缝内金属的加速腐蚀。机理在电解液和结构缝隙存在的条件下，缝隙内有关物质移动受到阻滞，形成浓差电池从而产生局部腐蚀；由于电解质中的，扩散在气-液交界面上形成三相界面而产生强烈的水线腐蚀，以及形成活化-钝化电池的闭塞电池。因为缝隙内是缺氧区，成为阳极，其后也产生自催化加速作用，一旦发生就迅速进展，缝隙腐蚀在含氯离子溶液中最容易发生。晶间腐蚀机理：Cr23C6在晶界形成，少量的C消耗了相对大量的Cr，使晶界区域贫铬，这个现象就被称作敏化。晶界上由于贫铬所以耐蚀和钝化能力更低。这些区域（晶界）在电化学的作用下优先腐蚀——晶界形成小的腐蚀性的阳极，晶体形成大的非腐蚀性的阴极。沿晶界的腐蚀使晶粒整个从金属上脱离。定义：晶间腐蚀是一种常见的局部腐蚀。腐蚀沿着金属或合金的晶粒边界或它的邻近区域发展，晶粒本身腐蚀很轻微，这种腐蚀便称为晶间腐蚀.C与Cr具有极强的亲合力，形成碳铬化合物（Cr23C6），这种现象主要发生在450℃～850℃的高温范围内。－在低温下，C缺少与Cr形成化合物的活力，不易发生络合－更高的温度下，不会形成碳铬化合物，即使已经形成的碳铬化合物也会慢慢溶解应力腐蚀（SCC）金属材料在固定拉应力和特定介质的共同作用下所引起的破裂。应力腐蚀产生的条件：1.足够大的拉伸应力（应超过某一极限值）；2.要有特定一是要有的腐蚀环境（包括腐蚀介质的成分、浓度和温度等）；3.金属材料要具有特定的合金成分和组织（包括晶粒大小、晶粒取向、形态、相结构、各类缺陷等）。影响SCC的因素：－拉应力：拉应力越大应力腐蚀破裂的危险性越高（压应力不产生SCC）－温度：温度越高，发生应力腐蚀破裂的危险性越大－有害离子的存在（通常是卤离子，常见的Cl－；氢氧根离子（例如：NaOH）和硫化氢（H2S）能在高温和高浓度的情况下引起SCC。）应力腐蚀SCC机理（目前，没有定论）1.几种观点A.电化学腐蚀为主的观点B.吸附理论C.氢脆理论D.断裂力学理论2.机理（电化学腐蚀为主的观点）（1）材料表面总会存在电化学的不均匀性（钝化膜不连续、缺陷等）（2）表面缺陷是形成裂纹源的活性点，表面的划伤、小孔、缝隙就是现成的裂纹源。（3）裂纹源在特定介质（活性阴离子）和拉应力的作用下有可能产生塑性变形，表面膜拉破，新露基体电位较负，形成特小阳极，形成蚀坑裂纹。（4）裂纹尖端应力集中，材料迅速形变屈服，表面膜破裂，加速溶解，这些步骤连续交替进行，裂纹不断向深处扩展，最后导至断面破裂。全面腐蚀局部腐蚀干式腐蚀湿式腐蚀粒间腐蚀孔蚀电位腐蚀缝隙腐蚀环境引起的腐蚀应力腐蚀腐蚀种类均匀腐蚀的程度取决于钢种和介质条件。腐蚀种类腐蚀形态原因与机构防治方法均匀腐蚀全面腐蚀不锈钢处于强酸、强碱溶液中，大多是属于均匀腐蚀。1、避免使用于强酸强碱之环境中。2、选用耐蚀环境之钢种一种局部的选择性的自晶界区发生的腐蚀腐蚀种类腐蚀形态原因与机构防治方法粒间腐蚀局部腐蚀沃斯田不锈钢缓慢经过450-850℃范围时，碳和铬形成碳化铬析出于晶体边界，其邻近之铬含量因而减少，形成缺铬区，因此抗蚀性大减，此称为敏化现象。1、施予高温固溶化处理，使碳化铬溶解，并急速冷却以防碳化铬析出。2、降低C含量避免碳化物析出。3、添加安定剂钛。4.加快冷却速度（缩短焊接接头在危险温度区(450～850~C)停留的时间，使其不致形成贫铬区）金属残留一定要注意清理干净，避免产生杂散电流腐蚀种类腐蚀形态原因与机构防治方法双金属腐蚀（电位腐蚀）局部腐蚀不同金属接合后，因其电位不同，形成封闭回路，有电流产生，活性大者为阳极，发生腐蚀反应1、选择电位相近之金属。2、在扣件与底材之间使用橡胶或陶瓷垫片。3、扣件材料选用比底材较钝态之金属，扣件作为“小阴极”。4、成为阳极的活性金属，表面积尽可能放大。腐蚀种类腐蚀形态原因与机构防治方法孔蚀局部腐蚀1、溶液中含有氯化物几溴化物的卤素离子，能突破不锈钢表面的钝化膜，产生腐蚀。2、金属表面有灰尘、铁屑、污物等沉积物，回阻碍不锈钢与空气接触，做成缺氧，使钝化膜失去功效，产生孔蚀1、选用抗孔蚀性良好之钢种。2、降低卤素离子浓度，特别是Cl和Br。3、在低温操作，应保持液体流动。4、加入抑制剂如NaNo3，可降低孔蚀发生。5、加入NaOH提高PH值，PH≥11不会产生孔蚀。6、采阴保护法。若连续发展，能导致腐蚀穿孔直至整个设备失效。造成巨大的经济损失，甚至产生危害性更大的事故。氯化物溶液中最为严重腐蚀种类腐蚀形态原因与机构防治方法缝隙腐蚀局部腐蚀主要原因是间隙内溶液不能流通，溶液滞留过久缺乏氧气，造成间隙口内外溶液浓度（离子浓度）的差异。金属离子差异，形成金属离子电池。溶液含氧量的差异，形成氧气容池1、表面研磨加工。2、避免溶液产生溶液滞留区。3、配件结合处尽可能用热焊接，以代替螺丝、铆钉连接。4、采用阴极保护法。皮套腐蚀发生部位管道冲蚀速度，角度和含浆量腐蚀种类腐蚀形态原因与机构防治方法冲蚀局部腐蚀冲蚀产生的原因包括高速流体与腐蚀液体须同时存在才可以。1、改变腐蚀环境，除去悬浮的固定颗粒，添加抑制剂，降低流体的腐蚀性。2、使溶液流动顺畅，不产生乱流。3、选用抗冲蚀性较好的材料。应力腐蚀破裂是指材料在外加或残余应力和腐蚀介质联合作用下产生的破坏,破坏形态是裂纹、裂缝直至断裂腐蚀种类腐蚀形态原