109、430、444的耐蝕性能
從某種程度上來講,所有鋼種都有發(fā)生腐蝕的傾向,不銹鋼之所以不生銹,是由于其含鉻。鉻(不是鎳,但人們常誤以為耐蝕的原因是鎳)是不銹鋼具有耐蝕性的主要因素。
不銹鋼在使用過程中通常不需要維護,但是,在某些情形下,為延長使用壽命,少量維護(例如,去掉沉積物)也是必要的。不銹鋼的耐蝕性更多地取決于化學(xué)成分而不是奧氏體或鐵素體的晶體結(jié)構(gòu)。從耐蝕性角度看,鐵素體與奧氏體甚至可以被看作是不銹鋼家族中兩個可互換的成員。
五類鐵素體不銹鋼與奧氏體 304 不銹鋼耐腐蝕性能的對比,清楚地表明了鉻的作用,同時也表明含鎳(奧氏體)不銹鋼與大多數(shù)鐵素體不銹鋼的耐蝕性相當(dāng)。
上圖表明,只有含鉬的鐵素體不銹鋼具有比304不銹鋼更好的耐局部腐蝕(點蝕)性能。而穩(wěn)定化的鐵素體不銹鋼,在圖中盡管位于 304 不銹鋼之下,但仍具有很好的耐點蝕性能。
第 1 類鐵素體不銹鋼 最適合于溫和的環(huán)境條件,例如室內(nèi)(使用過程中不銹鋼不與水接觸或可被定期擦干),或室外,但可接受不銹鋼表面有一些輕微的腐蝕。在這樣使用環(huán)境中鐵素體不銹鋼的壽命比碳鋼長。
第 2 類鐵素體不銹鋼 適合于與水有間歇接觸的溫和環(huán)境。
第 3 類鐵素體不銹鋼 適用環(huán)境與第2類鐵素體不銹鋼類似,但更容易進行焊接加工。
第 4 類鐵素體不銹鋼 比 304 不銹鋼耐蝕性好,其使用范圍更為廣泛。
第 5 類鐵素體不銹鋼 包含鉻含量高達約 29%左右,且含 4% 鉬的牌號,在海水中其耐蝕性與鈦金屬相當(dāng)。
PRE 指數(shù)
PRE 或耐點蝕當(dāng)量數(shù)是衡量不銹鋼在含氯離子環(huán)境中相對耐點蝕性能的指標,PRE 值越大,耐腐蝕性能越好。
由以上 PRE 對比可見,對于每一個奧氏體不銹鋼牌號,都有耐腐蝕性與之相當(dāng)?shù)蔫F素體不銹鋼牌號。
在常用的 PRE 簡化公式中,PRE=%Cr+3.3%Mo,由公式可知,就耐點蝕能力而言,鉬的作用是鉻的 3.3 倍。而鉻永遠是保證基本耐蝕性能必不可少的成分,鉬在不銹鋼中不可取代鉻,但可以提高不銹鋼的耐蝕性能。
由于在大多數(shù)應(yīng)用中鎳對抗點蝕作用不大,因此上述公式?jīng)]有列入鎳含量。
避免腐蝕
不銹鋼鈍化膜是依靠氧來維持的。而不銹鋼表面沉積物的聚積會使鋼表面缺氧,到一定程度會引發(fā)腐蝕,腐蝕的進展最終可導(dǎo)致部件的斷裂。
造成腐蝕的風(fēng)險因素:
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嵌入顆粒
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表面附著物
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表面缺陷
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組織缺陷
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鹽濃度(含鹽地區(qū)、海水等)
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高溫
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高度酸性環(huán)境(強酸)
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強還原性環(huán)境
防止腐蝕的因素:
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清潔的表面
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光滑的表面
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鈍化的表面
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時效后的表面
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清洗效果(例如:雨)
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較高的鉻含量
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氧化條件(O2 -- 不能太強)
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添加鉬
當(dāng)鋼處于潮濕空氣與大氣中污染物形成的薄液膜中,在鋼的表面可發(fā)生此類腐蝕。在工業(yè)環(huán)境中,它常常由氯離子或硫化物引發(fā),典型腐蝕環(huán)境如含有氯離子的潮濕海洋大氣。
不同的環(huán)境需要不同的不銹鋼牌號來抗大氣腐蝕,在工業(yè)、沿海、和海水環(huán)境中,對于一些應(yīng)用而言,某種程度的局部腐蝕(點蝕)也許是可被接受的
牌號的選擇
鐵素體不銹鋼可用于各種腐蝕程度的大氣環(huán)境中,在選擇適用牌號時,關(guān)于使用環(huán)境條件的所有參數(shù)都應(yīng)當(dāng)被考慮。
例如,如果在某個特定的環(huán)境或應(yīng)用中,材料表面局部生銹(發(fā)生了點蝕)并不重要,不影響其使用,那么較低成本的材料可能是正確的選擇。
經(jīng)驗法則
• 在腐蝕性環(huán)境中,應(yīng)選擇鉻含量和(或)鉬含量較高的牌號;
• 避免粗糙表面—選擇 Ra 值較低的精細拋光表面;
• 優(yōu)化設(shè)計,便于清洗(如上表面最小傾斜15°);
• 設(shè)計時,避免“類似于縫隙”的幾何形狀;
• 通過定期清洗,保持表面清潔,以防表面玷污和積攢灰塵。
高溫循環(huán)氧化與前面提到的兩種腐蝕不同,它是發(fā)生在高溫(>500°C)氧化環(huán)境中的“干腐蝕”(存在或不存在熱循環(huán))。
當(dāng)不銹鋼被加熱時,其中的鉻在鋼表面形成了保護性的鉻氧化皮,從而延遲了進一步氧化。氧化皮和基體金屬熱膨脹行為不同,這會影響氧化皮的穩(wěn)定性,尤其是存在周期性熱循環(huán)的條件下。氧化皮的熱膨脹系數(shù)很低,如果金屬基體的熱膨脹系數(shù)太高,就會形成過多的氧化皮,那么當(dāng)金屬冷卻和收縮時,氧化皮將會發(fā)生剝落或開裂。
鐵素體不銹鋼熱膨脹系數(shù)小,遠不如奧氏體不銹鋼那樣容易在高溫循環(huán)氧化條件下形成氧化皮。由于沒有氧化皮的剝落或開裂,也就沒有更進一步的氧化。這對于加熱系統(tǒng)、燃燒器或排氣系統(tǒng)包括歧管等應(yīng)用是一個特別的優(yōu)勢。
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