要提高不銹鋼的耐腐蝕性,首先要注意的是不銹鋼(gang)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。
鉻是不(bu)銹(xiu)鋼都含(han)(han)有(you)的(de)(de)(de)元(yuan)素,鉻是鐵(tie)素體形成(cheng)元(yuan)素。鉻的(de)(de)(de)主要(yao)作用是耐腐(fu)蝕(shi)(shi)。從圖1-3中(zhong)(zhong)可(ke)以(yi)看出在(zai)鋼中(zhong)(zhong)添(tian)加鉻對(dui)腐(fu)蝕(shi)(shi)性(xing)的(de)(de)(de)影響。當金屬中(zhong)(zhong)鉻含(han)(han)量達到(dao)12%時(shi),在(zai)大氣環境下或在(zai)氧化(hua)(hua)(hua)性(xing)介(jie)質(zhi)中(zhong)(zhong)鉻可(ke)以(yi)自發(fa)形成(cheng)一種穩定(ding)的(de)(de)(de)、透(tou)明的(de)(de)(de)、極薄的(de)(de)(de)鈍化(hua)(hua)(hua)膜(mo)來(lai)阻止腐(fu)蝕(shi)(shi),使金屬基本上不(bu)會生銹(xiu)。較(jiao)高的(de)(de)(de)合金含(han)(han)量可(ke)通(tong)過強化(hua)(hua)(hua)薄膜(mo)和快速(su)自我修復薄膜(mo)來(lai)提高抗(kang)腐(fu)蝕(shi)(shi)性(xing)。不(bu)銹(xiu)鋼的(de)(de)(de)鉻含(han)(han)量上限為30%.在(zai)氧化(hua)(hua)(hua)膜(mo)中(zhong)(zhong),鉻與鐵(tie)的(de)(de)(de)比例可(ke)以(yi)有(you)很大的(de)(de)(de)變動,鉻最(zui)高可(ke)達到(dao)鐵(tie)的(de)(de)(de)9倍。這種富鉻的(de)(de)(de)氧化(hua)(hua)(hua)膜(mo)具(ju)有(you)尖晶石點陣,在(zai)許多介(jie)質(zhi)中(zhong)(zhong)都有(you)很高的(de)(de)(de)穩定(ding)性(xing)。當鋼中(zhong)(zhong)鉻含(han)(han)量低于10%時(shi),鈍化(hua)(hua)(hua)膜(mo)中(zhong)(zhong)不(bu)存在(zai)鉻的(de)(de)(de)氧化(hua)(hua)(hua)物。
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(nie)是奧(ao)氏體(ti)(ti)(ti)(ti)的(de)(de)穩定(ding)元素,鎳(nie)可將(jiang)奧(ao)氏體(ti)(ti)(ti)(ti)使用范圍(wei)擴(kuo)大到低溫區從圖(tu)1-4可以(yi)看出鎳(nie)的(de)(de)作(zuo)用。在圖(tu)1-4中,斜線以(yi)上所示(shi)溫度下(xia)奧(ao)氏體(ti)(ti)(ti)(ti)是穩定(ding)的(de)(de);在這(zhe)條線以(yi)下(xia),鐵素體(ti)(ti)(ti)(ti)和馬氏體(ti)(ti)(ti)(ti)都具有穩定(ding)的(de)(de)晶體(ti)(ti)(ti)(ti)結構。鎳(nie)可提高(gao)韌性(xing)和延展(zhan)性(xing),使之更易于(yu)加工、制(zhi)造和焊接,增強抗酸的(de)(de)腐蝕能(neng)(neng)力(li),保持鈍化膜的(de)(de)能(neng)(neng)力(li)及在腐蝕介(jie)質(zhi)中的(de)(de)抗蝕能(neng)(neng)力(li)。
在不銹鋼中(zhong)加入鎳(nie)時,耐腐(fu)蝕性(xing)(xing)有所(suo)改(gai)善。鎳(nie)較難氧(yang)化(hua),故氧(yang)化(hua)膜中(zhong)鎳(nie)含(han)量(liang)較少;氧(yang)化(hua)膜下富集了鎳(nie),可增加氧(yang)化(hua)膜的(de)穩定性(xing)(xing),尤其(qi)(qi)是(shi)在非氧(yang)化(hua)性(xing)(xing)的(de)硫(liu)(liu)酸中(zhong)更為顯著。將鎳(nie)加入鉻不銹鋼中(zhong)就會提(ti)高其(qi)(qi)在硫(liu)(liu)酸、醋(cu)酸、草(cao)酸及中(zhong)性(xing)(xing)鹽(特別是(shi)硫(liu)(liu)酸鹽)中(zhong)的(de)耐腐(fu)蝕性(xing)(xing)。
錳類似于鎳,當添加錳(meng)或用(yong)錳(meng)替代(dai)鎳時(shi),都會提高不銹鋼的(de)強度。在鉻(ge)不銹鋼(gang)中加(jia)入錳(在Cr≥17%的(de)情況下(xia)),對鋼(gang)的(de)耐(nai)蝕(shi)性沒(mei)有多大(da)的(de)影響。但錳可以大(da)大(da)提高鉻(ge)不銹鋼(gang)在有機酸(suan)(如醋酸(suan)、甲酸(suan)、乙醇酸(suan))中的(de)耐(nai)腐蝕(shi)性,促使鉻(ge)不銹鋼(gang)達到鈍(dun)化狀態,在這方面錳的(de)作用比鎳的(de)用更明顯。
鉬可提(ti)高(gao)鈍化膜的強(qiang)度,增強(qiang)耐局部腐(fu)蝕(shi)性(xing),如耐點蝕(shi)、縫(feng)隙腐(fu)蝕(shi),特別是在鹵鹽(yan)或海水中有氯離子的情(qing)況下。鉬也可提(ti)高(gao)對(dui)氯化物應力腐(fu)蝕(shi)斷裂的抵抗(kang)能(neng)(neng)力。利(li)用固溶強(qiang)化的方法,鉬可提(ti)高(gao)奧氏(shi)體不(bu)銹(xiu)鋼的高(gao)溫強(qiang)度和馬氏(shi)體不(bu)銹(xiu)鋼的抗(kang)回火能(neng)(neng)力。
鉬能(neng)提高不(bu)銹(xiu)鋼(gang)的(de)鈍化(hua)(hua)能(neng)力(li),擴大不(bu)銹(xiu)鋼(gang)的(de)鈍化(hua)(hua)介質范圍。如在熱硫酸(suan)、稀鹽酸(suan)、磷(lin)酸(suan)及有(you)機(ji)酸(suan)中(zhong)(zhong),含(han)鉬的(de)不(bu)銹(xiu)鋼(gang)都有(you)滿意(yi)的(de)使用效果。不(bu)銹(xiu)鋼(gang)中(zhong)(zhong)加入鉬,可(ke)以形(xing)成(cheng)含(han)鉬的(de)氧化(hua)(hua)膜(mo)(mo)。這種(zhong)含(han)鉬的(de)氧化(hua)(hua)膜(mo)(mo)具有(you)更高的(de)穩定(ding)性(xing),在許(xu)多強腐(fu)蝕介質中(zhong)(zhong)都不(bu)易溶解。它還(huan)可(ke)以防止(zhi)鹵族元(yuan)素(su)離(li)子(特(te)別是氯(lv)離(li)子)對氧化(hua)(hua)膜(mo)(mo)的(de)破壞(huai)。因為氯(lv)離(li)子半徑很小,可(ke)以穿(chuan)透不(bu)夠致密的(de)氧化(hua)(hua)膜(mo)(mo),與鋼(gang)起(qi)作用,生(sheng)成(cheng)可(ke)溶的(de)腐(fu)蝕產物,在局部區域形(xing)成(cheng)點腐(fu)蝕。含(han)鉬的(de)氧化(hua)(hua)膜(mo)(mo)對氯(lv)離(li)子有(you)足(zu)夠的(de)穩定(ding)性(xing)。
氮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)屬間相是指(zhi)由鋼中(zhong)(zhong)的兩種(zhong)或兩種(zhong)以上的金(jin)屬元素構成(cheng)的金(jin)屬間化合物,也簡稱(cheng)為中(zhong)(zhong)間相。廣義地講,凡(fan)以元素周期(qi)表中(zhong)(zhong)過渡族元素(錳(meng)、鐵、鈷和(he)鎳等)為基體,含有A副族元素(鈦、釩和(he)鉻等)的合金(jin)系(xi)在適合生成(cheng)的條(tiao)件下(xia)都(dou)能形成(cheng)一系(xi)列金(jin)屬間相。
鈦、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(tong)可提高對稀酸(suan)(suan)特別是對硫酸(suan)(suan)的(de)抗酸(suan)(suan)能力;加(jia)入3%~4%的(de)銅(tong)具有低(di)的(de)加(jia)工硬化率(lv),易于(yu)成形,析出的(de)銅(tong)離子還有滅菌作(zuo)用。
硫、硅和鉛可改善機械切削性能,但會降低耐腐蝕能力。
鈰、鐿、鑭可提高抗氧化(hua)性。