耐蝕性是指給定的腐蝕體系內,環境引起金屬腐蝕的能力。不銹鋼的耐腐蝕性能一般隨鉻含量的增加而提高。其基本原理是,當鋼中有足夠的鉻時,在鋼的表面形成非常薄且致密的氧化膜,它可以防止進一步的氧化或腐蝕。氧化性的環境可以強化這種膜,而還原性環境則必然破壞這種膜,造成鋼的腐蝕。金屬腐蝕是金屬在介質作用下逐漸破壞的過程。在同一介質中,不同不銹鋼的銹蝕速度不同;而同一不銹鋼在不同腐蝕性介質中,銹蝕情況也不一樣。金屬的腐蝕,按腐蝕機理分為化學腐蝕與電化學腐蝕。
化學(xue)腐(fu)蝕是指(zhi)在介質(zhi)中直接發(fa)生的(de)化學(xue)作用,即金屬(shu)同介質(zhi)中的(de)離(li)(li)子(zi)直接交換電荷。鈍化防護薄膜之(zhi)所(suo)以能阻止金屬(shu)再受腐(fu)蝕,其重要的(de)一個方面是阻礙(ai)其離(li)(li)子(zi)交換和電荷交換的(de)速度。
電(dian)化學腐(fu)蝕(shi)(shi)是(shi)金(jin)(jin)屬(shu)(shu)在(zai)電(dian)介質中,由于電(dian)極反應而(er)(er)發生(sheng)的腐(fu)蝕(shi)(shi)。在(zai)許多電(dian)化學腐(fu)蝕(shi)(shi)過程(cheng)中,有一種(zhong)(zhong)(zhong)金(jin)(jin)屬(shu)(shu)與(yu)另一種(zhong)(zhong)(zhong)金(jin)(jin)屬(shu)(shu)共同(tong)(tong)參與(yu),或者金(jin)(jin)屬(shu)(shu)內部(bu)各(ge)不同(tong)(tong)相的組成物共同(tong)(tong)參與(yu),即(ji)形成所謂的電(dian)偶腐(fu)蝕(shi)(shi)。此種(zhong)(zhong)(zhong)情(qing)況下,一種(zhong)(zhong)(zhong)金(jin)(jin)屬(shu)(shu)構(gou)(gou)成陽極受腐(fu)蝕(shi)(shi)而(er)(er)發生(sheng)溶解;另一種(zhong)(zhong)(zhong)金(jin)(jin)屬(shu)(shu)構(gou)(gou)成陰極而(er)(er)發生(sheng)還原反應,工程(cheng)中的金(jin)(jin)屬(shu)(shu)腐(fu)蝕(shi)(shi),絕(jue)大多數屬(shu)(shu)于電(dian)化學腐(fu)蝕(shi)(shi)。
不銹鋼的主要腐蝕形式有均勻(yun)腐蝕(表面腐蝕)和局部腐蝕,局部腐蝕又分為點(dian)腐蝕、縫隙(xi)腐(fu)蝕(shi)、晶間(jian)腐蝕和應力腐(fu)蝕等。據分析不銹鋼的腐蝕破壞,90%以上為局部腐蝕造成的。
1. 均勻腐蝕
均(jun)勻(yun)腐蝕(shi)(shi)(shi)是指接觸(chu)腐蝕(shi)(shi)(shi)介質的(de)(de)金屬表面全部產生(sheng)腐蝕(shi)(shi)(shi)的(de)(de)現(xian)象(xiang)。均(jun)勻(yun)腐蝕(shi)(shi)(shi)使(shi)金屬截(jie)面不斷(duan)減少,對于被(bei)腐蝕(shi)(shi)(shi)的(de)(de)受(shou)力零件而言,會使(shi)其承受(shou)的(de)(de)真實應力逐漸增加,最終達到材料的(de)(de)斷(duan)裂(lie)強度而發(fa)生(sheng)斷(duan)裂(lie)。
評定(ding)均勻(yun)腐蝕的方(fang)法是在(zai)試驗(yan)條件下,測出單位面積上經一定(ding)時間腐蝕以(yi)(yi)后所損失的質量[g/(㎡·年(nian))],即腐蝕速率(lv),若以(yi)(yi)被腐蝕的深(shen)度(mm/年(nian))計,則更便于計算設備的耐蝕壽命。表1-12 為耐蝕性(xing)分級。
2. 點腐(fu)蝕
點(dian)(dian)腐(fu)(fu)蝕是指在金屬材料表(biao)(biao)面大(da)部分不腐(fu)(fu)蝕或腐(fu)(fu)蝕輕微,而分散發(fa)生高度(du)的(de)局部腐(fu)(fu)蝕,常(chang)見蝕點(dian)(dian)的(de)尺寸小(xiao)于1.0mm,深(shen)度(du)往往大(da)于表(biao)(biao)面孔(kong)徑(jing),輕者為較淺的(de)腐(fu)(fu)蝕坑,嚴重的(de)點(dian)(dian)腐(fu)(fu)蝕會形成穿孔(kong)。
點腐蝕是不銹鋼常見的腐蝕破壞類型之一。它是在介質作用下,由于表面有一些缺欠,如夾雜物、貧鉻區、晶界、位錯在表面暴露出來,使鈍化膜在這些地方被破壞,接觸腐蝕介質后形成腐蝕坑,然后從外向內發展,從而遭到嚴重的陽極腐蝕。點腐蝕屬于局部腐蝕,不銹鋼在含有氯離子(Cl-)的介質中,最易引起點腐蝕。
在不銹鋼(gang)(gang)中加入鉬(mu)、錳(meng)、硅、釩或稀土合金元素(su),降低(di)(di)鋼(gang)(gang)中碳的含量,提(ti)高(gao)鉻(ge)、鎳含量均(jun)能有(you)效地提(ti)高(gao)抗點蝕能力(li)。現有(you)的超低(di)(di)碳高(gao)鉻(ge)鎳含鉬(mu)的奧氏(shi)體(ti)不銹鋼(gang)(gang)和超高(gao)純(chun)低(di)(di)碳低(di)(di)氮含鉬(mu)的高(gao)鉻(ge)鐵素(su)體(ti)不銹鋼(gang)(gang)均(jun)有(you)較(jiao)高(gao)的耐點腐蝕性能。
3. 縫隙(xi)腐蝕
縫(feng)隙(xi)腐蝕(shi)(shi)是指由于(yu)金(jin)屬表(biao)面或(huo)(huo)非金(jin)屬表(biao)面形成狹縫(feng)或(huo)(huo)間隙(xi),在狹縫(feng)內(nei)或(huo)(huo)近旁發生的局部腐蝕(shi)(shi)。縫(feng)隙(xi)腐蝕(shi)(shi)為斑點狀(zhuang)(zhuang)或(huo)(huo)潰瘍(yang)形狀(zhuang)(zhuang)的宏觀腐蝕(shi)(shi)坑(keng)。縫(feng)隙(xi)腐蝕(shi)(shi)主要(yao)是介質(zhi)的電(dian)化學不(bu)均勻性(xing)引起的。
縫隙(xi)腐蝕常發(fa)生在墊圈、鉚接(jie)、螺釘連接(jie)的接(jie)縫處(chu),搭接(jie)的焊接(jie)接(jie)頭、閥座、堆積的金屬片間等(deng)(deng)處(chu)。由于連接(jie)的縫隙(xi)處(chu)被腐蝕產(chan)物覆(fu)蓋以及介(jie)質擴(kuo)散受到限制(zhi)等(deng)(deng)原因,導致(zhi)該(gai)處(chu)的介(jie)質成分和濃度與整(zheng)體相比(bi)有很大差別,形成“閉(bi)塞(sai)電池腐蝕”作用。
部(bu)分奧氏體(ti)型不銹(xiu)鋼、鐵素體(ti)型不銹(xiu)鋼和馬氏體(ti)型不銹(xiu)鋼在(zai)海(hai)水中均有不同程度的縫隙腐蝕傾向。在(zai)鋼中適當地增加鉻、鉬含量,可以(yi)改善(shan)抗縫隙腐蝕能力。
4. 晶間腐蝕(shi)
沿著或(huo)緊挨(ai)著金屬晶界產生的腐蝕(shi),稱之為晶間腐蝕(shi)。
晶(jing)(jing)間(jian)腐(fu)(fu)蝕是一(yi)(yi)(yi)種(zhong)有(you)(you)選擇性的(de)腐(fu)(fu)蝕破壞,它與一(yi)(yi)(yi)般(ban)選擇性腐(fu)(fu)蝕的(de)不同(tong)之(zhi)處在(zai)于(yu),腐(fu)(fu)蝕的(de)局部性是顯微尺度(du)(du)的(de),而宏觀(guan)上(shang)不一(yi)(yi)(yi)定是局部的(de)。這(zhe)種(zhong)類型的(de)腐(fu)(fu)蝕發生以后,有(you)(you)時從外觀(guan)上(shang)不易被察覺,但晶(jing)(jing)界區(qu)因腐(fu)(fu)蝕已遭(zao)到破壞,晶(jing)(jing)粒間(jian)的(de)結合強度(du)(du)幾乎完全喪失。腐(fu)(fu)蝕深度(du)(du)較(jiao)大(da)(da)者(zhe)可失去(qu)金屬(shu)聲,構(gou)件有(you)(you)效承載(zai)截面大(da)(da)減(jian)而導致過載(zai)斷裂。受腐(fu)(fu)蝕嚴重的(de)金屬(shu)甚至成(cheng)為粉末,從構(gou)件上(shang)脫落下來。這(zhe)是一(yi)(yi)(yi)種(zhong)危害性很大(da)(da)的(de)腐(fu)(fu)蝕破壞。
奧(ao)氏(shi)體(ti)型不銹鋼(gang)會發生晶(jing)間(jian)(jian)腐(fu)(fu)蝕(shi)是由于這類鋼(gang)加熱到600~800℃溫(wen)度區(qu)(qu)間(jian)(jian)會發生敏化,其(qi)機理是過(guo)飽和(he)固溶(rong)的(de)(de)(de)(de)碳向晶(jing)粒邊(bian)界(jie)(jie)(jie)擴散,與晶(jing)界(jie)(jie)(jie)附(fu)(fu)近的(de)(de)(de)(de)鉻(ge)結(jie)合形(xing)成(cheng)(cheng)鉻(ge)的(de)(de)(de)(de)碳化物(CrFe)23C6并在晶(jing)界(jie)(jie)(jie)沉淀析出(chu);由于碳比(bi)鉻(ge)的(de)(de)(de)(de)擴散快得多,鉻(ge)來不及從晶(jing)內(nei)補充到晶(jing)界(jie)(jie)(jie)附(fu)(fu)近,因(yin)而晶(jing)界(jie)(jie)(jie)區(qu)(qu)貧鉻(ge)而形(xing)成(cheng)(cheng)晶(jing)間(jian)(jian)腐(fu)(fu)蝕(shi)。在某些(xie)超(chao)低碳含鉬奧(ao)氏(shi)體(ti)型不銹鋼(gang)中,在敏化溫(wen)度區(qu)(qu)間(jian)(jian)的(de)(de)(de)(de)晶(jing)界(jie)(jie)(jie)析出(chu)鉻(ge)含量很高的(de)(de)(de)(de)σ相,其(qi)鄰近區(qu)(qu)也會貧鉻(ge),貧鉻(ge)的(de)(de)(de)(de)金(jin)屬(shu)在腐(fu)(fu)蝕(shi)介(jie)質作用(yong)下,首先被腐(fu)(fu)蝕(shi)溶(rong)解。這些(xie)都是金(jin)屬(shu)出(chu)現晶(jing)間(jian)(jian)腐(fu)(fu)蝕(shi)的(de)(de)(de)(de)原因(yin)。鐵(tie)素體(ti)型不銹鋼(gang)也有形(xing)成(cheng)(cheng)晶(jing)間(jian)(jian)腐(fu)(fu)蝕(shi)的(de)(de)(de)(de)傾向。
5. 應力(li)腐蝕
應(ying)(ying)(ying)力(li)腐(fu)蝕(shi)(shi)(shi)是指金(jin)屬在(zai)某(mou)種(zhong)特(te)定環(huan)(huan)境與相應(ying)(ying)(ying)水(shui)平應(ying)(ying)(ying)力(li)(拉(la)應(ying)(ying)(ying)力(li))的共同作用下,以裂紋擴展方式發生(sheng)的與腐(fu)蝕(shi)(shi)(shi)有關的斷裂。特(te)定環(huan)(huan)境下無應(ying)(ying)(ying)力(li)或應(ying)(ying)(ying)力(li)水(shui)平太低,不(bu)會引起(qi)應(ying)(ying)(ying)力(li)腐(fu)蝕(shi)(shi)(shi)。同樣的,有相當(dang)水(shui)平應(ying)(ying)(ying)力(li)而無特(te)定環(huan)(huan)境也不(bu)會發生(sheng)應(ying)(ying)(ying)力(li)腐(fu)蝕(shi)(shi)(shi)。所(suo)謂特(te)定環(huan)(huan)境,是指只有當(dang)介質的成(cheng)分和濃度范圍適當(dang)時,才能導致某(mou)種(zhong)相應(ying)(ying)(ying)金(jin)屬的應(ying)(ying)(ying)力(li)腐(fu)蝕(shi)(shi)(shi)。
不(bu)銹鋼(gang)焊接構件應(ying)力腐蝕斷裂(lie),斷口呈脆性斷裂(lie)特征(zheng)。常在未發(fa)現的情況下(xia)發(fa)生斷裂(lie),而且(qie)是瞬間(jian)斷裂(lie),往(wang)往(wang)造成(cheng)災(zai)難性事故(gu),其危害性極(ji)大,因此,不(bu)銹鋼(gang)焊接構件應(ying)力腐蝕問題(ti)應(ying)當引起高度重視(shi)。