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,一種不銹鋼(gang)不可能對所有介質都耐腐蝕。
金屬(shu)(shu)(shu)(shu)的(de)(de)(de)(de)(de)腐(fu)(fu)蝕(shi)(shi)(shi)(shi),按機理可分(fen)為(wei)物(wu)理腐(fu)(fu)蝕(shi)(shi)(shi)(shi)、化(hua)(hua)(hua)(hua)學腐(fu)(fu)蝕(shi)(shi)(shi)(shi)與電(dian)(dian)(dian)化(hua)(hua)(hua)(hua)學腐(fu)(fu)蝕(shi)(shi)(shi)(shi)三種(zhong)。金屬(shu)(shu)(shu)(shu)的(de)(de)(de)(de)(de)物(wu)理溶解(jie)(jie)屬(shu)(shu)(shu)(shu)于物(wu)理腐(fu)(fu)蝕(shi)(shi)(shi)(shi)。化(hua)(hua)(hua)(hua)學腐(fu)(fu)蝕(shi)(shi)(shi)(shi)是指在介(jie)(jie)質中(zhong)(zhong)(zhong)直接(jie)發(fa)(fa)生(sheng)(sheng)的(de)(de)(de)(de)(de)化(hua)(hua)(hua)(hua)學作用,即金屬(shu)(shu)(shu)(shu)同(tong)介(jie)(jie)質中(zhong)(zhong)(zhong)離子直接(jie)交(jiao)換電(dian)(dian)(dian)荷(he)。早先認為(wei)金屬(shu)(shu)(shu)(shu)遭受高溫(wen)而引起氧化(hua)(hua)(hua)(hua)屬(shu)(shu)(shu)(shu)于純化(hua)(hua)(hua)(hua)學腐(fu)(fu)蝕(shi)(shi)(shi)(shi),其(qi)實(shi)多(duo)數(shu)的(de)(de)(de)(de)(de)高溫(wen)氧化(hua)(hua)(hua)(hua)屬(shu)(shu)(shu)(shu)于電(dian)(dian)(dian)化(hua)(hua)(hua)(hua)學腐(fu)(fu)蝕(shi)(shi)(shi)(shi)。鈍化(hua)(hua)(hua)(hua)防護薄膜之所以能阻(zu)止金屬(shu)(shu)(shu)(shu)再受腐(fu)(fu)蝕(shi)(shi)(shi)(shi),其(qi)重要(yao)的(de)(de)(de)(de)(de)一(yi)(yi)個方(fang)面即為(wei)阻(zu)礙其(qi)離子交(jiao)換和電(dian)(dian)(dian)荷(he)交(jiao)換的(de)(de)(de)(de)(de)速(su)度。電(dian)(dian)(dian)化(hua)(hua)(hua)(hua)學腐(fu)(fu)蝕(shi)(shi)(shi)(shi)是金屬(shu)(shu)(shu)(shu)在電(dian)(dian)(dian)介(jie)(jie)質中(zhong)(zhong)(zhong),由于電(dian)(dian)(dian)極反(fan)應而發(fa)(fa)生(sheng)(sheng)的(de)(de)(de)(de)(de)腐(fu)(fu)蝕(shi)(shi)(shi)(shi)。在許多(duo)電(dian)(dian)(dian)化(hua)(hua)(hua)(hua)學腐(fu)(fu)蝕(shi)(shi)(shi)(shi)過(guo)程(cheng)中(zhong)(zhong)(zhong),有一(yi)(yi)種(zhong)金屬(shu)(shu)(shu)(shu)與另(ling)一(yi)(yi)種(zhong)金屬(shu)(shu)(shu)(shu)共(gong)同(tong)參與,或(huo)者(zhe)金屬(shu)(shu)(shu)(shu)內部各(ge)不同(tong)相的(de)(de)(de)(de)(de)組(zu)成(cheng)物(wu)共(gong)同(tong)參與,即形成(cheng)所謂電(dian)(dian)(dian)偶腐(fu)(fu)蝕(shi)(shi)(shi)(shi)。此種(zhong)情(qing)況下,一(yi)(yi)種(zhong)金屬(shu)(shu)(shu)(shu)構(gou)成(cheng)陽極受腐(fu)(fu)蝕(shi)(shi)(shi)(shi)而發(fa)(fa)生(sheng)(sheng)溶解(jie)(jie),另(ling)一(yi)(yi)種(zhong)金屬(shu)(shu)(shu)(shu)構(gou)成(cheng)陰極而發(fa)(fa)生(sheng)(sheng)還(huan)原反(fan)應,這(zhe)是電(dian)(dian)(dian)化(hua)(hua)(hua)(hua)學腐(fu)(fu)蝕(shi)(shi)(shi)(shi)的(de)(de)(de)(de)(de)特點。在生(sheng)(sheng)活實(shi)際(ji)、工程(cheng)實(shi)際(ji)中(zhong)(zhong)(zhong)的(de)(de)(de)(de)(de)金屬(shu)(shu)(shu)(shu)腐(fu)(fu)蝕(shi)(shi)(shi)(shi),絕大多(duo)數(shu)都屬(shu)(shu)(shu)(shu)于電(dian)(dian)(dian)化(hua)(hua)(hua)(hua)學腐(fu)(fu)蝕(shi)(shi)(shi)(shi)。
不銹鋼的主要(yao)腐(fu)(fu)蝕(shi)(shi)(shi)形態有均(jun)勻腐(fu)(fu)蝕(shi)(shi)(shi)(表面腐(fu)(fu)蝕(shi)(shi)(shi))、點腐(fu)(fu)蝕(shi)(shi)(shi)、縫隙(xi)腐(fu)(fu)蝕(shi)(shi)(shi)、晶間腐(fu)(fu)蝕(shi)(shi)(shi)和應力(li)腐(fu)(fu)蝕(shi)(shi)(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。
評定(ding)均勻(yun)腐(fu)(fu)蝕(shi)(shi)(shi)(shi)的(de)(de)(de)方法是在試驗條件下,測(ce)出單位面積(ji)上經一(yi)定(ding)時(shi)間腐(fu)(fu)蝕(shi)(shi)(shi)(shi)以(yi)后所損失的(de)(de)(de)重量(g/㎡·年(nian)),即為腐(fu)(fu)蝕(shi)(shi)(shi)(shi)速(su)(su)率(lv),若以(yi)被腐(fu)(fu)蝕(shi)(shi)(shi)(shi)的(de)(de)(de)深度(du)(mm/年(nian))計(ji),則更(geng)便于(yu)(yu)計(ji)算設(she)備的(de)(de)(de)耐蝕(shi)(shi)(shi)(shi)壽(shou)命。根(gen)據(ju)(ju)腐(fu)(fu)蝕(shi)(shi)(shi)(shi)速(su)(su)率(lv)不(bu)(bu)同,可將金屬(shu)材料的(de)(de)(de)耐蝕(shi)(shi)(shi)(shi)性分為10級(ji),見表1-13。根(gen)據(ju)(ju)不(bu)(bu)同的(de)(de)(de)使用(yong)情況(kuang)對耐蝕(shi)(shi)(shi)(shi)性一(yi)般分為兩大等級(ji):腐(fu)(fu)蝕(shi)(shi)(shi)(shi)速(su)(su)率(lv)小(xiao)于(yu)(yu)0.01mm/年(nian)的(de)(de)(de),認(ren)為是“完全(quan)耐蝕(shi)(shi)(shi)(shi)”;腐(fu)(fu)蝕(shi)(shi)(shi)(shi)速(su)(su)率(lv)小(xiao)于(yu)(yu)0.1mm/年(nian)的(de)(de)(de),認(ren)為是“耐蝕(shi)(shi)(shi)(shi)”。這里顯(xian)然意味(wei)著,腐(fu)(fu)蝕(shi)(shi)(shi)(shi)速(su)(su)率(lv)超(chao)過0.1mm/年(nian),屬(shu)于(yu)(yu)不(bu)(bu)耐蝕(shi)(shi)(shi)(shi)或不(bu)(bu)太(tai)耐蝕(shi)(shi)(shi)(shi)。此外,還有別的(de)(de)(de)分級(ji)方法,在此僅舉此一(yi)種。
根(gen)據其(qi)耐(nai)蝕性優良(liang)程度(du),鋼材又有不(bu)銹鋼和耐(nai)蝕鋼之分。
a. 不銹鋼
指在(zai)大氣(qi)及弱(ruo)腐(fu)蝕介質中耐蝕的鋼。
b. 耐蝕鋼
指(zhi)在各種強烈腐蝕介質中能耐蝕的鋼。
不銹鋼在某種介質中除(chu)有(you)均(jun)勻腐蝕(shi)外,還可能有(you)其他(ta)形式的腐蝕(shi)。任何形式的腐蝕(shi)超標均(jun)認為該鋼在此(ci)介質中不耐腐蝕(shi)。工程實際中選材和耐蝕(shi)性的評價,當然還要參照設(she)(she)備(bei)的設(she)(she)計(ji)壽命以及(ji)腐蝕(shi)產物可能對化工物料的污染或對成品等級的降低。
2. 點(dian)腐蝕(shi)
點(dian)腐(fu)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(lv)離子(zi)含(han)量(liang)(liang)和氧(yang)含(han)量(liang)(liang);加(jia)入緩蝕劑(如(ru)CNNO3、SO2等(deng));降低介質溫度等(deng)。
b. 在不銹鋼中加入鉬、錳、硅、釩或稀土元素增強合金化,能(neng)有效地增大(da)抗點蝕能(neng)力。
c. 盡量不進行冷加工(gong),以(yi)減少(shao)位(wei)錯露頭處發生(sheng)點(dian)蝕的可能。
d. 降低鋼中碳(tan)的含(han)(han)量,提高鉻、鎳含(han)(han)量,都(dou)能(neng)提高其(qi)抗點腐蝕能(neng)力(li)。現有(you)的超(chao)低碳(tan)高鉻鎳含(han)(han)鉬(mu)的奧氏體不(bu)(bu)銹鋼板和(he)超(chao)高純低碳(tan)低氮含(han)(han)鉬(mu)的高鉻鐵素體不(bu)(bu)銹鋼板均有(you)較高的耐點蝕性能(neng)。
3. 縫隙腐蝕
縫隙腐(fu)蝕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。
部分奧氏(shi)體(ti)型(xing)、鐵素體(ti)型(xing)和(he)馬氏(shi)體(ti)型(xing)不(bu)銹(xiu)鋼(gang)的(de)鋼(gang)板在海水中(zhong)均(jun)有程度不(bu)等(deng)的(de)縫隙(xi)腐(fu)蝕傾向。在鋼(gang)中(zhong)適(shi)當地增(zeng)大鉻、鉬含量(liang),可以改(gai)(gai)善抗縫隙(xi)腐(fu)蝕能(neng)力(li)。實(shi)際上在海水中(zhong)使用(yong)的(de)裝置,只有采用(yong)鈦、高鉬鎳基(ji)合金和(he)銅合金等(deng)材料,才能(neng)有效地防止縫隙(xi)腐(fu)蝕的(de)發生。改(gai)(gai)善運行條(tiao)件(jian)、改(gai)(gai)變介(jie)質成分和(he)結構形式都(dou)屬于防止縫隙(xi)腐(fu)蝕的(de)重要措施。
4. 晶(jing)間腐(fu)蝕
晶間腐(fu)蝕(shi)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
應力腐(fu)蝕(shi)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60年代(dai)以來,許多不(bu)銹(xiu)鋼焊接構件因(yin)應力腐蝕導(dao)致斷(duan)裂的(de)事(shi)(shi)故不(bu)斷(duan)發生,斷(duan)裂的(de)模式是完(wan)全脆性(xing)的(de)。在裂紋緩(huan)慢伸展(zhan)過程(cheng)中不(bu)出現任何(he)其他的(de)宏觀癥候,一(yi)旦達到瞬斷(duan)截面時,立即快速斷(duan)裂,往往造成(cheng)災(zai)難性(xing)事(shi)(shi)故,其危(wei)害性(xing)極大。因(yin)此,成(cheng)為當前十分(fen)重視的(de)問題(ti)。