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為什么說沈陽不銹鋼棒不容易生銹?

發布時間: 2020-03-16 08:49:02

新聞來源: 沈陽實業有限公司

為什么說沈陽不銹鋼不容易生銹?

一,不銹鋼會不會生銹

1,不銹鋼不是不會生銹,也同樣會在表面生成一種氧化物。目前市面上所有的不銹鋼的不銹機理都是因為存在Cr元素。不銹鋼耐蝕的根本原因(機理)是鈍化膜理論。所謂鈍化膜就是在不銹鋼的表面有一層以Cr2O3為主的薄膜。由于這個薄膜的存在使不銹鋼基體在各種介質中的腐蝕受阻,這種現象稱為鈍化。這種鈍化膜的形成有兩種情況,一種是不銹鋼本身就有自鈍化的能力,這種自鈍化能力隨鉻含量的增加而加快,因此它才具有了抗銹性;另一種較廣泛的形成條件是不銹鋼在各種水溶液(電解質)中,在被腐蝕的過程中形成鈍化膜而使腐蝕受阻。當鈍化膜被損壞后,立即又可形成新的鈍化膜。

不銹鋼鈍化膜之所以具有抵抗腐蝕的能力,有三個特點:一是這個鈍化膜厚度薄,在鉻含量>10.5%的條件下,一般只有幾個微米;二是這個鈍化膜的比重大于基體的比重;這兩個特點說明這個鈍化膜既薄又致密,因此,這個鈍化膜很難被腐蝕介質擊穿去快速腐蝕基體;第三個特點是這個鈍化膜的鉻濃度比基體高三倍以上;因此鈍化膜有很高的耐腐蝕性。

2,不銹鋼一定條件下,也是會被腐蝕的。不銹鋼的應用環境其復雜,單純的氧化鉻鈍化膜還不能適應高耐蝕性的要求。因而根據使用條件的不同還需要在鋼中加入鉬(Mo)、銅(Cu)、氮(N)等元素,以改善鈍化膜的組成,進一步提高不銹鋼的耐蝕性。添加Mo,由于腐蝕的產品MoO2-靠近基體而強烈促進集體的鈍化,阻止了對基體的腐蝕;添加Cu使不銹鋼表面鈍化膜中含有了CuCl,因它與腐蝕介質不發生作用而提高了耐蝕性;添加N,由于鈍化膜富集了Cr2N,使鈍化膜中Cr濃度提高,因而提高了不銹鋼的耐蝕性。

不銹鋼的耐蝕性是有條件的,一個牌號的不銹鋼在某一種介質中是耐腐蝕的,但在另一種介質中可能遭到破壞。同時不銹鋼的耐蝕性也是相對的,到目前為止,還沒有一種不銹鋼在所有環境中都是不腐蝕的。

3,敏化現象。不銹鋼因含有Cr在表面形成氧化鉻薄膜,失去化學活性,稱為鈍化狀態,但奧氏體系若經過475~850℃溫度范圍時,C會與Cr結合生成碳化鉻(Cr23C6)析出在晶體邊界,因此晶界附近的Cr含量大減,成為貧Cr區。此時,其耐腐蝕性會降低,對腐蝕環境特別敏感,故稱為敏化現象。敏化現象在氧化酸的使用環境較容易腐蝕,此外還有焊接熱影響區和熱間彎曲加工區。其預防方法有:

a) 在475~850℃溫度范圍升降時,迅速通過,讓Cr沒有足夠的時間和C結合,無法析出碳化鉻。

b) 對已經發生敏化現象的不銹鋼施以高溫固溶化處理,加熱至足以使碳化鉻分解的溫度(1040~1150℃),然后急速冷卻,使碳化鉻來不及析出。

c) 選用低碳型不銹鋼加入304L、304LN、316L、316LN、316J1L、317L、317LN,使Cr無法與C結合。一般C含量在0.05%以下,焊接便不會產生晶界腐蝕,但須特別注意清潔,避免油污等含C物質的污染。在濃熱硝酸或含氫氧酸的混合酸中使用,C含量盡量在0.03%以下。

d) 選用含鈦(Ti)或鈮(Nb)的安定型不銹鋼,如316Ti、321、347、348,由于Ti、Nb與C的親和力都大于Cr,而且碳化鈦與碳化鈮的析出溫度比碳化鉻高,所以可避免碳化鉻析出。

4,那么不銹鋼什么情況下會腐蝕呢?其實不銹鋼并不是一定不生銹,只是在同一環境下比其它鋼材的腐蝕速率低很多,有時甚至可以忽略不計。

腐蝕的條件包括:

(1). 材料的特性:材料的物理,化學性質

(2). 環境的條件:溫度,濕度,流體的速度,含氧量及PH值

(3). 造成腐蝕的媒體:酸,堿,鹽,氧化物,有機物及微生物

按照腐蝕形式分為八大類

(1).腐蝕、均勻腐蝕

為較單純的一種腐蝕,金屬表面出現一層均勻的腐蝕產物,一般鋼鐵在大氣中的生銹均屬這種類型。此形態的腐蝕使金屬表面均勻產生一層腐蝕生成物,腐蝕減薄的厚度是均勻一致,常發生于大氣的腐蝕或酸液的腐蝕。

(2).電流腐蝕(伽凡尼腐蝕)或異金屬接觸腐蝕

將兩種不同金屬組合之組織構造置于腐蝕環境(電解液)中,化學性質較活潑或電位較低的金屬側會加速腐蝕,惰性較大(正)或電位較高的金屬則會減慢腐蝕。舉例:鋼管和銅管相接,則屬低電位之鋼管會加速腐蝕,此種電位差稱為伽凡尼電池,所形成的腐蝕稱為異金屬腐蝕或伽凡尼腐蝕。

(3).間隙腐蝕

間隙腐蝕為發生在組織結構縫隙內部的腐蝕,縫隙處因對流不良,易產生附著物或沉積物,所溶存氧氣比外部稀薄而造成陽,外部富氧區為陰,形成了一種氧濃差電池,于是開始腐蝕。

(4).孔蝕

孔蝕只發生在具有鈍化膜之材料,如不銹鋼或鋁合金。初于材料表面凹處或表面缺陷處,因液體對流不暢,缺少氧氣區為陽,凹處外圍氧氣充足為陰,兩者成為濃差電池而開始腐蝕??孜g與間隙腐蝕有許多相似之處,但間隙腐蝕需要先有縫隙之存在,而孔蝕則會自行產生間隙(孔穴)。

(5).晶界腐蝕

當合金中的組成成份或雜質于晶界發生析雜時,則在材料的晶界間產生電位差,使電位較負的金屬,在金屬接觸處發生腐蝕,此種腐蝕是沿著晶界面進行,造成如裂縫般的腐蝕。如聚硫酸存在于 304 不銹鋼表面造成敏化,在應力存在下導致材料破裂。

(6).選擇腐蝕或分離腐蝕

合金中的某一種金屬元素被選擇性的侵蝕析出,合金成份隨即改變,失去原有的合金特性,此種破壞稱為選擇性侵蝕。被析出的金屬元素,通常都是其中化學性較活潑的成份或電化學電位較低的金屬元素。常見的例子為黃銅(30%Zn + 70%Cu)中的鋅,因腐蝕而失去鋅,失鋅部位的表面顯出銅的原有紅色,肉眼可以分辨出來紅色和黃色,所以也稱為失鋅作用。

(7).應力腐蝕

應力腐蝕破裂乃為金屬受到應力和特定腐蝕環境下與拉應力共存而起之破裂現象,其破裂形態首先自表面開始,腐蝕沿著金屬的結晶格子延伸而發生龜裂,但有時是穿越晶粒破裂,后導致嚴重的損壞。所受到的應力可能是冷作或加工時所留應力。

(8).沖蝕

腐蝕是一種化學作用,但如果金屬和腐蝕環境有相對運動時,兩者之間必有機械磨擦或撞擊,則金屬受到腐蝕破壞速率必然加快,此種現象稱為沖蝕。此種腐蝕常發生于流體改變方向處,流體若含溶氧或 pH 值較低皆會加速腐蝕,其形狀大都是沖蝕腐蝕為溝槽狀。

二,下面再說說不銹鋼中各種元素的作用

1)鉻——是構成不銹鋼的基本元素

鉻是決定不銹鋼耐腐蝕性能的基本元素。在氧化性介質中,鉻能使鋼的表面很快形成一層實際為腐蝕介質不能透過和不溶解的富鉻的氧化膜,這層氧化膜很致密,并與金屬基本結合得很牢固,保護鋼免受外界介質進一步氧化浸蝕;鉻還能有效地提高鋼的電電位。當含鉻量不低于12.5%原子時,可使鋼的電電位發生突變,由負電位升到正的電電位。因而可顯著提高鋼的耐蝕性。鉻的含量越高,鋼的耐蝕性能越好。當含鉻量達到25%、37.5%原子時,會發生第二次第三次的突變,使鋼具有更高的耐腐蝕性能。

(2)鎳——單獨不能構成不銹鋼

鎳對不銹鋼耐腐蝕的影響,只有它與鉻配合時才能充分顯示出來。因為,低炭鎳鋼要獲得純奧氏體組織,含鎳量需達24%;要使鋼在某些介質中的耐腐蝕性能顯著改變,含鎳量需在27%以上。所以,鎳不能單獨構成不銹鋼。而在含鉻18%的鋼中加入9%的鎳,就能使鋼在常溫下獲得單一奧氏體組織,并可以提高鋼對非氧化性介質(如:稀、、磷酸等)的耐蝕性,并能改善鋼的焊接和冷彎等的工藝性能。

(3)錳和氮——可代替鉻鎳不銹鋼中的鎳

錳和氮在不銹鋼中有鎳相仿的作用。錳的穩定奧氏體作用為鎳的二分之一,而氮的作用比鎳大很多,約為鎳的40倍左右。因而錳和氮可代鎳獲得單一的奧氏體組織。但錳的加入會使含鉻低的不銹鋼耐蝕性降低。同時,高錳奧氏體鋼不易加工。因此,在不銹鋼中不單獨使用錳,只用部分代替鎳。

(4)鉬和銅——能提高某些不銹鋼對某些介質的耐腐蝕性能

鉬和銅能提高不銹鋼對、醋酸等腐蝕介質的耐蝕能力。鉬還能顯著提高對含氯離子的介質(如)以及有機酸中的耐蝕能力。但含鉬的不銹鋼不宜在硝酸中應用,含鉬的不銹鋼在沸騰的65%硝酸中的腐蝕速度比不含鉬的增加一倍;銅加入鉻錳氮不銹鋼中,會加速不銹鋼的晶間腐蝕。

鉬對鋼獲得單一奧氏體組織有不利影響,因此在含鉬鋼中,為了使鋼在熱處理后具有單一的奧氏體組織。鎳在錳等元素的含量要相應的提高。。

(7)鎢和釩

其加入鋼中主要起提高鋼的熱強性的作用。

(8)硼

高鉻鐵素體不銹鋼(Cr17MO2Ti)中加0.005%的硼,可使鋼在沸騰的65%醋酸中的耐腐蝕性能提高;奧氏體不銹鋼中加入微量(0.0006~0.0007%)的硼,可使鋼的熱態塑性改善;硼對提高鋼的熱強性有良好的作用,可使不銹鋼的熱強性顯著提高;含硼的鉻鎳奧氏體不銹鋼在原子能工業中有著特殊的用途。

但不銹鋼中含硼會使鋼的塑性和沖擊韌性降低。

(9)除以上元素外,有些不銹鋼中還分別加入稀有金屬元素和稀土元素以改善鋼的性能。

以上談到了構成不銹鋼的基本元素——鉻,和影響不銹鋼組織、性能的重要元素——碳,以及改善不銹鋼性能和組織的添加元素——鎳、錳、氮、鈦、鈮、鉬、銅、硅、鋁、鎢、釩、硼等十多個元素。在工業上實際應用的不銹鋼,很多鋼種同時存在著幾種至十幾種合金元素,當幾種元素共存于不銹鋼這一統一體中時,決定不銹鋼組織的是各種元素影響的總和。

各種元素對不銹鋼組織的影響,根據其共同性,概括起來,基本上分屬于兩大類:一類是形成或穩定奧氏體的元素,它們是碳、鎳、錳、氮、銅、以碳和氮的作用程度大;另一類是形成鐵素體的元素,它們是鉻、鎢、鉬、鈮、硅、鈦、釩、鋁等,這一類元素形成鐵素體的作用,如以鉻為1來加以比較,其他元素的作用都比鉻大。

這兩類元素共存于不銹鋼中時,不銹鋼的組織就取決于他們互相影響的結果。如果穩定奧氏體的元素的作用居于主要方面的話,不銹鋼的組織就以奧氏體為主,很少以至沒有鐵素體;如果他們的作用程度還不能使鋼的奧氏體保持至室溫的話,這種不穩定的奧氏體在冷卻時即發生馬氏體轉變,鋼的組織則為馬氏體;如果形成鐵素體的元素的作用成為主要方面的話,鋼的組織則以鐵素體為主。

不銹鋼的性能除工藝因素外,主要取決于其內部組織的構成,而構成不銹鋼組織的是各種合金元素在鋼中的總和。因此說,不銹鋼的性能,歸根到底主要是由合金元素決定的。只含有鉻元素的不銹鋼,人們通常稱它為“不銹鐵”,工業上稱它為“鉻不銹鋼”。這類鋼都具有磁性,他們的金相組織為鐵素體、馬氏體或鐵素體、馬氏體為主體的復相組織。這類鋼具有抵抗大氣及弱腐蝕介質的能力,或有更高的耐腐蝕性能與性能,或可淬火使用。但他們的機械性能或工藝性能較差,幾乎沒有焊接性能等等的不足之處。這類鋼遠不能滿足工業用鋼的特殊要求。

在鉻級不銹鋼的基體中,加入適量的鎳元素。如在含鉻18%的低炭(0.12%以下的炭)的鐵素體鋼中加入8%的鎳后,在常溫下可獲得理想的純奧氏體組織,這種鋼就是人們通常所稱的無磁性的不銹鋼。這類鉻鎳不銹鋼與相同含鉻量的鐵素體或馬氏體耐酸不銹鋼比較,不僅具有更高的耐腐蝕性能,重要提他們具有良好的冷變形使之硬化的性能和焊接性能,在常溫或低溫下均具有很高的塑性和沖擊韌性,不具磁性等等的優良性能。這類不銹鋼的缺點是機械性能比較低,對晶間腐蝕及應力腐蝕比較敏感,但通過適量的合金添加劑或工藝措施,就能改善或消除。

在鉻級不銹鋼的基本中,添加以錳為主要合金元素的不銹鋼。就是人們通常所講的“鉻錳氮”不銹鋼。這類不銹鋼除強度比鉻鎳鋼為高外,其他如耐腐蝕性和工藝性能等都不如鉻鎳奧氏體不銹鋼好。生產這類不銹鋼除個別情況下,主要是為了節約昂貴的鎳元素(1t純鎳15K刀啊親,公司對純鎳的庫存管理也是相當嚴格,不過純鎳價格越貴,公司利潤就越高,為什么呢?大家自己想想吧),所以這類鋼又叫節鎳不銹鋼。

沈陽不銹鋼棒




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