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(xiu)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(hua)學腐(fu)蝕是(shi)指在介(jie)質中(zhong)直接(jie)發生的化(hua)學作(zuo)用,即(ji)金屬同介(jie)質中(zhong)的離子直接(jie)交換(huan)(huan)電荷。鈍化(hua)防護薄膜之(zhi)所以能阻止金屬再受腐(fu)蝕,其重(zhong)要的一個方(fang)面是(shi)阻礙其離子交換(huan)(huan)和(he)電荷交換(huan)(huan)的速度。
電化學(xue)腐(fu)(fu)(fu)(fu)蝕是金(jin)屬在電介質(zhi)中(zhong),由于電極(ji)反(fan)應而(er)發(fa)生的(de)腐(fu)(fu)(fu)(fu)蝕。在許(xu)多電化學(xue)腐(fu)(fu)(fu)(fu)蝕過程中(zhong),有一(yi)(yi)種(zhong)(zhong)金(jin)屬與另(ling)一(yi)(yi)種(zhong)(zhong)金(jin)屬共同參與,或者(zhe)金(jin)屬內(nei)部各不同相的(de)組成(cheng)(cheng)(cheng)物共同參與,即形成(cheng)(cheng)(cheng)所謂的(de)電偶腐(fu)(fu)(fu)(fu)蝕。此種(zhong)(zhong)情況下,一(yi)(yi)種(zhong)(zhong)金(jin)屬構成(cheng)(cheng)(cheng)陽極(ji)受腐(fu)(fu)(fu)(fu)蝕而(er)發(fa)生溶解;另(ling)一(yi)(yi)種(zhong)(zhong)金(jin)屬構成(cheng)(cheng)(cheng)陰極(ji)而(er)發(fa)生還原反(fan)應,工程中(zhong)的(de)金(jin)屬腐(fu)(fu)(fu)(fu)蝕,絕大(da)多數屬于電化學(xue)腐(fu)(fu)(fu)(fu)蝕。
不銹鋼的主要腐蝕形式有均勻腐蝕(表面腐蝕)和局部(bu)腐(fu)蝕,局部腐蝕又分為點(dian)腐蝕(shi)、縫(feng)隙腐蝕、晶間腐蝕和應力腐蝕等。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
均勻(yun)腐(fu)蝕(shi)是指接觸腐(fu)蝕(shi)介質的(de)金(jin)屬(shu)表(biao)面(mian)全部(bu)產(chan)生腐(fu)蝕(shi)的(de)現象。均勻(yun)腐(fu)蝕(shi)使(shi)金(jin)屬(shu)截面(mian)不斷(duan)(duan)減少,對于(yu)被腐(fu)蝕(shi)的(de)受力零(ling)件而言,會(hui)使(shi)其承(cheng)受的(de)真(zhen)實(shi)應力逐(zhu)漸增加,最終達(da)到材料的(de)斷(duan)(duan)裂強(qiang)度(du)而發生斷(duan)(duan)裂。
評定均勻腐(fu)蝕(shi)(shi)的(de)方(fang)法(fa)是(shi)在試驗條件下,測出單位面積上經一定時間腐(fu)蝕(shi)(shi)以后所(suo)損失的(de)質量[g/(㎡·年)],即腐(fu)蝕(shi)(shi)速率,若(ruo)以被腐(fu)蝕(shi)(shi)的(de)深度(mm/年)計,則更(geng)便于計算(suan)設(she)備的(de)耐(nai)蝕(shi)(shi)壽命。表1-12 為耐(nai)蝕(shi)(shi)性分級(ji)。
2. 點腐蝕
點腐(fu)(fu)蝕(shi)(shi)是(shi)指在金屬材料表(biao)面大部分(fen)不腐(fu)(fu)蝕(shi)(shi)或腐(fu)(fu)蝕(shi)(shi)輕微,而分(fen)散發生高(gao)度(du)的局部腐(fu)(fu)蝕(shi)(shi),常(chang)見(jian)蝕(shi)(shi)點的尺寸(cun)小(xiao)于1.0mm,深度(du)往往大于表(biao)面孔(kong)徑,輕者(zhe)為較淺的腐(fu)(fu)蝕(shi)(shi)坑,嚴重的點腐(fu)(fu)蝕(shi)(shi)會(hui)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(xiu)鋼(gang)中(zhong)加入鉬、錳、硅、釩或稀土合金元素,降低(di)鋼(gang)中(zhong)碳的(de)含量,提高(gao)(gao)(gao)(gao)(gao)鉻(ge)、鎳含量均能有(you)效地提高(gao)(gao)(gao)(gao)(gao)抗點蝕能力(li)。現有(you)的(de)超低(di)碳高(gao)(gao)(gao)(gao)(gao)鉻(ge)鎳含鉬的(de)奧氏體不銹(xiu)鋼(gang)和超高(gao)(gao)(gao)(gao)(gao)純低(di)碳低(di)氮含鉬的(de)高(gao)(gao)(gao)(gao)(gao)鉻(ge)鐵素體不銹(xiu)鋼(gang)均有(you)較高(gao)(gao)(gao)(gao)(gao)的(de)耐點腐蝕性(xing)能。
3. 縫(feng)隙(xi)腐蝕
縫(feng)(feng)隙腐(fu)蝕是指由(you)于金(jin)屬表(biao)面或非金(jin)屬表(biao)面形成狹(xia)縫(feng)(feng)或間隙,在狹(xia)縫(feng)(feng)內或近旁發生(sheng)的(de)局(ju)部腐(fu)蝕。縫(feng)(feng)隙腐(fu)蝕為(wei)斑點狀或潰瘍形狀的(de)宏觀腐(fu)蝕坑。縫(feng)(feng)隙腐(fu)蝕主要是介質(zhi)的(de)電化學(xue)不均勻性引起(qi)的(de)。
縫隙腐(fu)蝕常(chang)發生在墊圈、鉚接(jie)、螺釘連接(jie)的接(jie)縫處,搭接(jie)的焊接(jie)接(jie)頭(tou)、閥座、堆(dui)積的金屬(shu)片間(jian)等處。由于連接(jie)的縫隙處被腐(fu)蝕產物覆蓋以及(ji)介(jie)質(zhi)擴散(san)受到限制等原因,導致該處的介(jie)質(zhi)成分和濃度(du)與整體相比有(you)很大差別,形成“閉塞電(dian)池(chi)腐(fu)蝕”作用。
部(bu)分(fen)奧(ao)氏體(ti)型不銹(xiu)鋼(gang)、鐵素體(ti)型不銹(xiu)鋼(gang)和馬(ma)氏體(ti)型不銹(xiu)鋼(gang)在(zai)海水中均有不同程度的縫(feng)隙腐(fu)蝕(shi)傾(qing)向。在(zai)鋼(gang)中適當地增(zeng)加鉻、鉬含量,可以(yi)改善抗縫(feng)隙腐(fu)蝕(shi)能(neng)力。
4. 晶間腐蝕(shi)
沿著(zhu)或(huo)緊挨著(zhu)金屬(shu)晶界產生的腐(fu)蝕,稱之為晶間腐(fu)蝕。
晶間(jian)腐(fu)蝕(shi)(shi)(shi)(shi)是一(yi)種(zhong)有(you)選(xuan)擇(ze)性(xing)的(de)腐(fu)蝕(shi)(shi)(shi)(shi)破壞(huai)(huai),它與一(yi)般(ban)選(xuan)擇(ze)性(xing)腐(fu)蝕(shi)(shi)(shi)(shi)的(de)不同(tong)之處(chu)在于,腐(fu)蝕(shi)(shi)(shi)(shi)的(de)局(ju)部性(xing)是顯微尺度的(de),而宏觀(guan)上(shang)不一(yi)定是局(ju)部的(de)。這種(zhong)類型的(de)腐(fu)蝕(shi)(shi)(shi)(shi)發生以后,有(you)時從外觀(guan)上(shang)不易被察覺,但晶界區因(yin)腐(fu)蝕(shi)(shi)(shi)(shi)已(yi)遭(zao)到破壞(huai)(huai),晶粒間(jian)的(de)結合強度幾乎完(wan)全喪失(shi)。腐(fu)蝕(shi)(shi)(shi)(shi)深(shen)度較大者可失(shi)去金屬聲,構件有(you)效承載(zai)截面大減而導致過載(zai)斷裂。受(shou)腐(fu)蝕(shi)(shi)(shi)(shi)嚴重的(de)金屬甚至成(cheng)為(wei)粉末,從構件上(shang)脫(tuo)落(luo)下來。這是一(yi)種(zhong)危害性(xing)很大的(de)腐(fu)蝕(shi)(shi)(shi)(shi)破壞(huai)(huai)。
奧(ao)氏體(ti)型不(bu)銹鋼會發(fa)生晶(jing)間(jian)(jian)腐(fu)蝕(shi)(shi)是(shi)由(you)于這類(lei)鋼加熱到600~800℃溫度(du)區(qu)(qu)間(jian)(jian)會發(fa)生敏化,其機理是(shi)過飽(bao)和固溶的(de)碳(tan)(tan)向(xiang)晶(jing)粒邊界(jie)(jie)(jie)擴(kuo)散,與晶(jing)界(jie)(jie)(jie)附近的(de)鉻結合形成(cheng)鉻的(de)碳(tan)(tan)化物(CrFe)23C6并(bing)在(zai)晶(jing)界(jie)(jie)(jie)沉淀析(xi)出;由(you)于碳(tan)(tan)比鉻的(de)擴(kuo)散快(kuai)得多,鉻來(lai)不(bu)及從晶(jing)內補充到晶(jing)界(jie)(jie)(jie)附近,因而(er)晶(jing)界(jie)(jie)(jie)區(qu)(qu)貧(pin)鉻而(er)形成(cheng)晶(jing)間(jian)(jian)腐(fu)蝕(shi)(shi)。在(zai)某些超低碳(tan)(tan)含鉬奧(ao)氏體(ti)型不(bu)銹鋼中,在(zai)敏化溫度(du)區(qu)(qu)間(jian)(jian)的(de)晶(jing)界(jie)(jie)(jie)析(xi)出鉻含量很高的(de)σ相(xiang),其鄰近區(qu)(qu)也會貧(pin)鉻,貧(pin)鉻的(de)金屬(shu)在(zai)腐(fu)蝕(shi)(shi)介質作用下,首先(xian)被(bei)腐(fu)蝕(shi)(shi)溶解。這些都是(shi)金屬(shu)出現晶(jing)間(jian)(jian)腐(fu)蝕(shi)(shi)的(de)原因。鐵(tie)素體(ti)型不(bu)銹鋼也有形成(cheng)晶(jing)間(jian)(jian)腐(fu)蝕(shi)(shi)的(de)傾(qing)向(xiang)。
5. 應力腐(fu)蝕(shi)
應(ying)(ying)(ying)力(li)腐蝕是指金(jin)屬(shu)在某(mou)種(zhong)特(te)定(ding)(ding)(ding)環境(jing)(jing)與相應(ying)(ying)(ying)水(shui)平(ping)應(ying)(ying)(ying)力(li)(拉應(ying)(ying)(ying)力(li))的(de)共同(tong)作用下(xia),以裂紋(wen)擴(kuo)展(zhan)方式發生的(de)與腐蝕有(you)關(guan)的(de)斷裂。特(te)定(ding)(ding)(ding)環境(jing)(jing)下(xia)無應(ying)(ying)(ying)力(li)或應(ying)(ying)(ying)力(li)水(shui)平(ping)太(tai)低,不會引起應(ying)(ying)(ying)力(li)腐蝕。同(tong)樣的(de),有(you)相當水(shui)平(ping)應(ying)(ying)(ying)力(li)而無特(te)定(ding)(ding)(ding)環境(jing)(jing)也不會發生應(ying)(ying)(ying)力(li)腐蝕。所謂特(te)定(ding)(ding)(ding)環境(jing)(jing),是指只有(you)當介(jie)質的(de)成分和濃(nong)度范圍適當時,才能(neng)導致某(mou)種(zhong)相應(ying)(ying)(ying)金(jin)屬(shu)的(de)應(ying)(ying)(ying)力(li)腐蝕。
不(bu)銹(xiu)(xiu)鋼焊接(jie)構(gou)件應力(li)腐蝕斷裂,斷口呈脆性(xing)斷裂特征。常在未發現的情(qing)況下(xia)發生斷裂,而且(qie)是瞬間斷裂,往往造(zao)成災難(nan)性(xing)事(shi)故,其危害性(xing)極(ji)大,因此(ci),不(bu)銹(xiu)(xiu)鋼焊接(jie)構(gou)件應力(li)腐蝕問(wen)題(ti)應當引起高度重視。