一種不銹鋼有可能在許多介質中具有良好的耐蝕性,但在另外某種介質中,卻可能但化學穩定性低而發生腐蝕。也就是說,一種不(bu)銹鋼不可能對所有介質都耐腐蝕。
金(jin)(jin)(jin)(jin)屬(shu)(shu)的(de)腐(fu)(fu)(fu)(fu)(fu)(fu)蝕(shi),按機理可分為(wei)物理腐(fu)(fu)(fu)(fu)(fu)(fu)蝕(shi)、化(hua)學(xue)(xue)腐(fu)(fu)(fu)(fu)(fu)(fu)蝕(shi)與電(dian)化(hua)學(xue)(xue)腐(fu)(fu)(fu)(fu)(fu)(fu)蝕(shi)三(san)種(zhong)。金(jin)(jin)(jin)(jin)屬(shu)(shu)的(de)物理溶(rong)解屬(shu)(shu)于(yu)物理腐(fu)(fu)(fu)(fu)(fu)(fu)蝕(shi)。化(hua)學(xue)(xue)腐(fu)(fu)(fu)(fu)(fu)(fu)蝕(shi)是(shi)指在介質(zhi)(zhi)中(zhong)直(zhi)接發生的(de)化(hua)學(xue)(xue)作用,即金(jin)(jin)(jin)(jin)屬(shu)(shu)同(tong)介質(zhi)(zhi)中(zhong)離子直(zhi)接交(jiao)(jiao)(jiao)換電(dian)荷。早先認為(wei)金(jin)(jin)(jin)(jin)屬(shu)(shu)遭(zao)受高溫而引(yin)起氧(yang)化(hua)屬(shu)(shu)于(yu)純化(hua)學(xue)(xue)腐(fu)(fu)(fu)(fu)(fu)(fu)蝕(shi),其(qi)實(shi)多(duo)(duo)數的(de)高溫氧(yang)化(hua)屬(shu)(shu)于(yu)電(dian)化(hua)學(xue)(xue)腐(fu)(fu)(fu)(fu)(fu)(fu)蝕(shi)。鈍化(hua)防護薄(bo)膜之所以(yi)能阻(zu)止金(jin)(jin)(jin)(jin)屬(shu)(shu)再受腐(fu)(fu)(fu)(fu)(fu)(fu)蝕(shi),其(qi)重要的(de)一(yi)個方面即為(wei)阻(zu)礙(ai)其(qi)離子交(jiao)(jiao)(jiao)換和電(dian)荷交(jiao)(jiao)(jiao)換的(de)速度。電(dian)化(hua)學(xue)(xue)腐(fu)(fu)(fu)(fu)(fu)(fu)蝕(shi)是(shi)金(jin)(jin)(jin)(jin)屬(shu)(shu)在電(dian)介質(zhi)(zhi)中(zhong),由于(yu)電(dian)極(ji)反應而發生的(de)腐(fu)(fu)(fu)(fu)(fu)(fu)蝕(shi)。在許多(duo)(duo)電(dian)化(hua)學(xue)(xue)腐(fu)(fu)(fu)(fu)(fu)(fu)蝕(shi)過程(cheng)中(zhong),有一(yi)種(zhong)金(jin)(jin)(jin)(jin)屬(shu)(shu)與另(ling)一(yi)種(zhong)金(jin)(jin)(jin)(jin)屬(shu)(shu)共同(tong)參(can)與,或者(zhe)金(jin)(jin)(jin)(jin)屬(shu)(shu)內部各不同(tong)相的(de)組成(cheng)物共同(tong)參(can)與,即形成(cheng)所謂電(dian)偶(ou)腐(fu)(fu)(fu)(fu)(fu)(fu)蝕(shi)。此種(zhong)情況(kuang)下,一(yi)種(zhong)金(jin)(jin)(jin)(jin)屬(shu)(shu)構成(cheng)陽極(ji)受腐(fu)(fu)(fu)(fu)(fu)(fu)蝕(shi)而發生溶(rong)解,另(ling)一(yi)種(zhong)金(jin)(jin)(jin)(jin)屬(shu)(shu)構成(cheng)陰極(ji)而發生還(huan)原反應,這是(shi)電(dian)化(hua)學(xue)(xue)腐(fu)(fu)(fu)(fu)(fu)(fu)蝕(shi)的(de)特點。在生活實(shi)際(ji)、工程(cheng)實(shi)際(ji)中(zhong)的(de)金(jin)(jin)(jin)(jin)屬(shu)(shu)腐(fu)(fu)(fu)(fu)(fu)(fu)蝕(shi),絕大多(duo)(duo)數都屬(shu)(shu)于(yu)電(dian)化(hua)學(xue)(xue)腐(fu)(fu)(fu)(fu)(fu)(fu)蝕(shi)。
不銹鋼的主要腐(fu)(fu)蝕(shi)形態有均勻(yun)腐(fu)(fu)蝕(shi)(表面(mian)腐(fu)(fu)蝕(shi))、點(dian)腐(fu)(fu)蝕(shi)、縫隙(xi)腐(fu)(fu)蝕(shi)、晶(jing)間腐(fu)(fu)蝕(shi)和應力(li)腐(fu)(fu)蝕(shi)等。
1. 均勻腐蝕
均勻腐蝕是指接觸腐蝕介質的金屬表面全面產生腐蝕的現象。均勻腐蝕使金屬截面不斷減少,對于被腐蝕的受力零件而言,會使其承受的真實應力逐漸增加,最終達到材料的斷裂強度而發生斷裂。
評(ping)定均勻腐(fu)(fu)蝕(shi)(shi)(shi)的(de)(de)(de)(de)方(fang)(fang)法(fa)是(shi)在(zai)試(shi)驗條件(jian)下,測出(chu)單位面(mian)積(ji)上經一定時(shi)間腐(fu)(fu)蝕(shi)(shi)(shi)以(yi)后(hou)所損失的(de)(de)(de)(de)重量(g/㎡·年(nian)),即為(wei)腐(fu)(fu)蝕(shi)(shi)(shi)速(su)率(lv)(lv),若(ruo)以(yi)被腐(fu)(fu)蝕(shi)(shi)(shi)的(de)(de)(de)(de)深度(mm/年(nian))計,則(ze)更便(bian)于計算設備的(de)(de)(de)(de)耐蝕(shi)(shi)(shi)壽命(ming)。根據腐(fu)(fu)蝕(shi)(shi)(shi)速(su)率(lv)(lv)不同,可將金(jin)屬材料的(de)(de)(de)(de)耐蝕(shi)(shi)(shi)性(xing)分為(wei)10級,見表1-13。根據不同的(de)(de)(de)(de)使用情(qing)況對耐蝕(shi)(shi)(shi)性(xing)一般分為(wei)兩(liang)大等級:腐(fu)(fu)蝕(shi)(shi)(shi)速(su)率(lv)(lv)小(xiao)于0.01mm/年(nian)的(de)(de)(de)(de),認為(wei)是(shi)“完(wan)全(quan)耐蝕(shi)(shi)(shi)”;腐(fu)(fu)蝕(shi)(shi)(shi)速(su)率(lv)(lv)小(xiao)于0.1mm/年(nian)的(de)(de)(de)(de),認為(wei)是(shi)“耐蝕(shi)(shi)(shi)”。這(zhe)里顯(xian)然意味著,腐(fu)(fu)蝕(shi)(shi)(shi)速(su)率(lv)(lv)超過(guo)0.1mm/年(nian),屬于不耐蝕(shi)(shi)(shi)或不太耐蝕(shi)(shi)(shi)。此外,還有(you)別的(de)(de)(de)(de)分級方(fang)(fang)法(fa),在(zai)此僅舉此一種。
根據其耐蝕性優良程度,鋼材又有不銹(xiu)鋼和耐蝕鋼之(zhi)分(fen)。
a. 不銹鋼
指在(zai)大氣及弱腐蝕(shi)(shi)介質中耐(nai)蝕(shi)(shi)的鋼(gang)。
b. 耐蝕(shi)鋼(gang)
指在(zai)各種(zhong)強烈腐蝕介(jie)質中(zhong)能耐蝕的鋼。
不銹(xiu)鋼(gang)在某種(zhong)介質中除有(you)均勻腐蝕(shi)(shi)外(wai),還可能有(you)其(qi)他形式(shi)的(de)腐蝕(shi)(shi)。任何(he)形式(shi)的(de)腐蝕(shi)(shi)超標均認為該鋼(gang)在此介質中不耐(nai)腐蝕(shi)(shi)。工程實(shi)際中選材和耐(nai)蝕(shi)(shi)性的(de)評價,當然(ran)還要參(can)照設備的(de)設計壽命(ming)以及(ji)腐蝕(shi)(shi)產物可能對化工物料的(de)污染或對成品等級的(de)降低。
2. 點腐(fu)蝕
點(dian)腐蝕是指在金屬材料表面大部分不腐蝕或腐蝕輕微,而分散發生高度的局部腐蝕,常見蝕點的尺寸小于1.0mm,深度往往大于表面孔徑,輕者有較深的蝕坑,嚴重的甚至形成穿孔。點腐蝕是金屬表面局部鈍化膜被腐蝕破壞所致。首先形成腐蝕坑,然后從外向內深入發展,屬于局部腐蝕。點腐蝕是不銹鋼常見的腐蝕破壞類型之一。在含有氯離子(Cl-)的介質中,最易引起不銹鋼的點腐蝕。目前,防止不銹鋼點腐蝕破壞的途徑有幾種:
a. 減少(shao)介質中氯離子含量(liang)和氧含量(liang);加(jia)入(ru)緩(huan)蝕劑(如CNNO3、SO2等);降低介質溫度等。
b. 在不銹鋼中加入鉬、錳(meng)、硅、釩(fan)或(huo)稀土元素增(zeng)強合(he)金化,能(neng)(neng)有(you)效地增(zeng)大抗點蝕能(neng)(neng)力。
c. 盡量不(bu)進行冷(leng)加工(gong),以減少(shao)位錯露頭(tou)處發生點蝕的可能。
d. 降低(di)鋼中碳(tan)的(de)(de)含(han)量,提高(gao)鉻(ge)、鎳含(han)量,都能提高(gao)其(qi)抗點(dian)腐(fu)蝕(shi)能力。現有的(de)(de)超低(di)碳(tan)高(gao)鉻(ge)鎳含(han)鉬(mu)的(de)(de)奧氏體(ti)不(bu)銹鋼板和超高(gao)純(chun)低(di)碳(tan)低(di)氮(dan)含(han)鉬(mu)的(de)(de)高(gao)鉻(ge)鐵素體(ti)不(bu)銹鋼板均有較(jiao)高(gao)的(de)(de)耐點(dian)蝕(shi)性能。
3. 縫隙腐蝕
縫隙腐蝕(shi)是指在金屬構件縫隙處發生斑點狀或潰瘍形的宏觀蝕坑,是局部腐蝕的一種。常發生在墊圈、鉚接、螺釘聯接的接縫處,搭接的焊接接頭、閥座、堆積的金屬片間等處。由于連接的縫隙處被腐蝕產物覆蓋以及介質擴散受限制等原因,導致該處的介質成分和濃度與整體相比有很大差別,形成“閉塞電池腐蝕”作用。這與點腐蝕形成機制的差異之處在于,縫隙腐蝕主要是介質的電化學不均勻性而引起的。
部分(fen)奧氏體型、鐵素體型和馬(ma)氏體型不銹鋼的(de)(de)鋼板(ban)在(zai)海(hai)水(shui)中均有程度不等的(de)(de)縫(feng)隙腐(fu)蝕傾向。在(zai)鋼中適(shi)當地增大鉻、鉬含(han)量,可以改(gai)善抗(kang)縫(feng)隙腐(fu)蝕能(neng)力。實際(ji)上(shang)在(zai)海(hai)水(shui)中使用(yong)(yong)的(de)(de)裝置,只有采(cai)用(yong)(yong)鈦、高鉬鎳(nie)基合金和銅(tong)合金等材料,才能(neng)有效地防止縫(feng)隙腐(fu)蝕的(de)(de)發(fa)生(sheng)。改(gai)善運行條件、改(gai)變介質成分(fen)和結構(gou)形(xing)式都屬于防止縫(feng)隙腐(fu)蝕的(de)(de)重要措施。
4. 晶(jing)間腐蝕
晶間腐蝕是一種有選擇性的腐蝕破壞,它與一般選擇性腐蝕的不同之處在于,腐蝕的局部性是顯微尺度的,而宏觀上不一定是局部的。此腐蝕集中發生在金屬顯微組織晶界并向金屬內部深人,稱之為晶間腐蝕。這種類型腐蝕發生以后,有時從外觀上不易被察覺,但由于晶界區因腐蝕已遭到破壞,晶粒間的結合強度幾乎完全喪失。腐蝕深度較大者可失去金屬聲,構件有效承載截面大大減少而導致過載斷裂。受腐蝕嚴重的金屬甚至成為粉末,從構件上脫落下來。這是一種危害性很大的腐蝕破壞。
5. 應力腐蝕
應力(li)腐蝕是指金屬在某種特定環境與相應水平應力的共同作用下,以裂紋擴展方式發生的與腐蝕有關的斷裂。特定環境下無應力或應力水平太低,不會引起應力腐蝕。同樣,有相當水平應力而無特定環境也不會發生應力腐蝕。所謂特定環境,是指只有當介質的成分和濃度范圍適當時,才能導致某種相應金屬的應力腐蝕。
20世紀(ji)60年代以來,許多不銹鋼焊(han)接構件因應力腐蝕導致斷裂的事故(gu)不斷發生(sheng),斷裂的模(mo)式是完全脆性(xing)(xing)的。在裂紋緩慢(man)伸(shen)展過程中(zhong)不出現任何其(qi)他的宏觀(guan)癥候,一(yi)旦達(da)到(dao)瞬斷截面時,立即快速斷裂,往往造成災難性(xing)(xing)事故(gu),其(qi)危害性(xing)(xing)極大。因此,成為當前(qian)十(shi)分重視的問題。