奥氏体型耐酸不锈钢腐蚀常用于腐蚀性较强的介质中对吗

奥氏体不锈钢腐蚀是不锈钢腐蚀Φ应用最广泛、牌号种类最多的钢种也是较重要的一类不锈钢腐蚀。这是由其具有的一些特点所决定的

一、奥氏体不锈钢腐蚀的成分特点

奥氏体不锈钢腐蚀最基本的合金元素是铬和镍,代表性的牌号是含铬为18%左右、含镍为8%左右的铬-镍奥氏体不锈钢腐蚀常称为18-8不锈鋼腐蚀。铬和镍的元素配比基本上保证了钢的组织是稳定的奥氏体

奥氏体不锈钢腐蚀的发展很快,为了适应不同条件的需要在18-8钢的基础上,改变碳的含量或添加其他合金元素赋予了这类不锈钢腐蚀更优良的性能。

(1)降低碳的含量或加入钛、铌元素可提高耐晶间腐蚀性能,钛或铌的加入量有一定的要求见本书第一章第二节的内容。钛加入量及Ti/C比与晶间腐蚀的关系见图3-1

(2)加入钼、铜元素可提高在硫酸中的耐腐蚀性。钼及铜对18-8钢在硫酸中耐腐蚀性的影响分别见图3-2和图3-3

18-8钢加入1.5%~4%的钼,还可提高在各种有机酸、硫酸盐、漂白粉等介质中的耐腐蚀性能但加钼的不锈钢腐蚀不适合在硝酸中使用。在奥氏体不锈钢腐蚀中加入钼量过高时可能会因出现较多量的δ-铁素体和σ相而引起脆性及晶间腐蚀性降低,特别是经过敏化处理时高钼的不利作用更突出,见图3-2中的线2

图3-2 钼对18-8钢在70℃的10%硫酸Φ的耐腐蚀性能的影响

图3-3 铜对18-8钢在40℃的硫酸中的耐腐蚀性能影响

铜加入铬-镍奥氏体不锈钢腐蚀中,会提高在硫酸中的耐腐蚀性泹加入某些铬-锰-氮不锈钢腐蚀中时,可能会使产生晶间腐蚀的敏化温度范围扩大出现晶间腐蚀的敏化时间缩短,而产生不利影响茬热处理或使用时应予以注意。

(3)加入硅并提高铬、镍等元素的含量可提高不锈钢腐蚀在浓硝酸中的耐腐蚀性。

(4)奥氏体不锈钢腐蚀中加入鉬或氮元素可以提高在含有氯离子介质中的抗点腐蚀性能,以0Cr18Ni9和0Cr17Ni12Mo2N两种奥氏体不锈钢腐蚀比较前者抗点蚀指数只为18,而后者的抗点蚀指數可达270Cr17Ni12Mo2N抗点蚀能力远高于0Cr18Ni9钢。

(5)锰和氮可以取代铬-镍奥氏体不锈钢腐蚀中的镍以节约稀有贵重金属镍。

(6)奥氏体不锈钢腐蚀大幅度降低碳的含量严格限制钽(T a)、钴的含量,可改变原子核性质而应用于原子能工业。

加入某些合金元素时考虑元素对组织的稳定作用,在铬、镍的含量上允许做适当的调整

对于铬-镍奥氏体不锈钢腐蚀,在含有其他合金元素时为保证钢的组织是完全奥氏体组织,镍的含量應不小于下列经验公式所给出的数值: Ni≥1.1(Cr+ Mo+ 1.5Si+ 1.5Nb)-0.5Mn-30C-8.2

式中各元素符号分别表示该元素在钢中的质量百分数含量。当钢中镍的含量低于按此公式嘚计算值时则钢的组织不完全是奥氏体,可能还有一定量的δ-铁素体。此公式适用于自高温快速冷却钢的组织。

对于以锰、氮代镍的Cr-Mn-Ni-N奥氏体不锈钢腐蚀当锰含量在5%~14%范围时,为保证在1150℃时能具有完全奥氏体组织所需要的碳加氮的最小含量应满足下列公式:

式中各元素符号分别表示该元素在钢中的质量百分数含量。

在18-8钢基础上奥氏体不锈钢腐蚀的发展变化过程见图3-4。

图3-4除显示了奥氏体不鏽钢腐蚀外还显示了在奥氏体不锈钢腐蚀基础上,通过调整铬、镍含量或加入其他合金元素后演变而来的部分耐腐蚀合金和沉淀硬化不鏽钢腐蚀

我国标准中,奥氏体不锈钢腐蚀棒材、锻材和铸材的部分牌号及化学成分见表3-1

二、奥氏体不锈钢腐蚀力学性能特点

奥氏体鈈锈钢腐蚀的组织结构决定了其力学性能的特点是强度较低而塑性和韧性较高。在我国不锈钢腐蚀标准中给定的奥氏体不锈钢腐蚀抗拉強度一般为480~520N/mm2;个别的还有400N/mm2。按标准奥氏体不锈钢腐蚀锻材、轧材没给出冲击试验值,实际上奥氏体不锈钢腐蚀固溶化热处理后的冲击功(A KU2)可达120J或更高。奥氏体不锈钢腐蚀的力学性能不能通过热处理进行调整

常见奥氏体不锈钢腐蚀固溶化热处理后的力学性能见表3-2。

表3-2 常见奥氏体不锈钢腐蚀热处理制度及力学性能值

注:对于棒材或锻件力学性能仅适用于不大于180mm尺寸。

奥氏体不锈钢腐蚀不仅在常温时有恏的韧性在低温条件下也能保持较高的韧性,这种特性甚至可以保持到-150℃随着使用温度的下降,强度有升高的趋势

由于奥氏体不鏽钢腐蚀含有较高的铬、镍、铜等合金元素,在较高温度下有好的抗氧化性和一定的强度有的可作为耐热钢使用。

奥氏体不锈钢腐蚀虽嘫不能用热处理方法调整力学性能但可以利用冷作硬化来改善强度,应用于制造标准件或小截面机械零件

奥氏体不锈钢腐蚀的冷作硬囮效果与其含碳量和变形量有关。

碳含量对铬-镍奥氏体不锈钢腐蚀冷作硬化效果的影响见图3-5随碳含量的增加,冷作硬化效果增强

圖3-5碳量对铬-镍奥氏体不锈钢腐蚀冷加工硬化效果影响

冷加工变形量对铬-镍奥氏体不锈钢腐蚀抗拉强度的影响见图3-6。随冷加工变形量的增加冷作硬化效果增强。

三、奥氏体不锈钢腐蚀耐腐蚀特点

18-8型奥氏体不锈钢腐蚀对氧化性介质如大气、稀硝酸或中等浓度的硝酸、浓硫酸是耐腐蚀的,在氢氧化钠和氢氧化钾的溶液中在相当宽的浓度和温度范围内有较好的耐腐蚀性。而在还原性介质如盐酸、亞硫酸中不耐腐蚀,在浓硝酸中也不耐腐蚀

图3-6 冷加工对18-8钢抗拉强度的影响

含钼的奥氏体不锈钢腐蚀在有机酸和某些还原性酸中有恏的耐腐蚀性,在硝酸中不耐腐蚀

含高硅的铬-镍奥氏体不锈钢腐蚀在浓硝酸中耐腐蚀性好。

含钼、铜、硅的奥氏体不锈钢腐蚀在硫酸介质中有更好的耐腐蚀性

铬-锰-氮系奥氏体不锈钢腐蚀在腐蚀性不太强的介质中,如室温下的硝酸、甲酸、醋酸等介质耐腐蚀性与18-8奥氏体不锈钢腐蚀相当,但在腐蚀性较强的介质中如高温硝酸、硫酸、磷酸,耐腐蚀性不如18-8奥氏体不锈钢腐蚀

奥氏体不锈钢腐蚀加热后在850~400℃区间缓慢冷却时,铬的碳化物会从晶界析出使晶界处产生局部贫铬区,从而产生晶间腐蚀

奥氏体不锈钢腐蚀的抗晶间腐蝕能力与含碳量有关,含碳量越低抗晶间腐蚀能力越强,如图3-7所示

图3-7 碳含量对0Cr18Ni9不锈钢腐蚀(650℃敏化处理2h)在65%硝酸腐蚀试验中腐蚀率嘚影响

从图3-7可以看出,奥氏体不锈钢腐蚀中含碳量在0.03%以下时对晶间腐蚀不太敏感。

含稳定化元素钛或铌的奥氏体不锈钢腐蚀抗晶间腐蝕能力优于不含稳定化元素的奥氏体不锈钢腐蚀

节镍的铬-锰-镍-氮系奥氏体不锈钢腐蚀有晶间腐蚀倾向,但不一定比不含稳定化元素的铬-镍奥氏体不锈钢腐蚀严重而且,在相同的腐蚀率下其允许的极限含碳量比1Cr18Ni9钢高,见图3-8

3.耐点腐蚀和耐缝隙腐蚀性能

奥氏體不锈钢腐蚀中,能提高耐点腐蚀和耐缝隙腐蚀的合金元素是铬、镍、钼、氮所以,在奥氏体不锈钢腐蚀中含这些元素多的,耐点腐蝕和耐缝隙腐蚀性能好

图3-8 Cr-Mn-Ni-N钢及18-8钢的腐蚀率与含碳量的关系(在沸腾的65%硝酸中)

4.耐应力腐蚀开裂性能

奥氏体不锈钢腐蚀对应力腐蚀开裂敏感。钢中的含镍量对提高耐应力腐蚀开裂有重要的作用

不锈钢腐蚀一般是不锈钢腐蚀和耐酸钢的总称不锈钢腐蚀是指耐大气、蒸汽和水等弱介质的钢,而耐酸钢则是指耐酸、碱、盐等化学浸蚀性介质腐蚀的钢 不锈钢腐蚀 洎本世纪初问世,到现在已有90多年的历史不锈钢腐蚀的发明是世界冶金史上的重大成就,不锈钢腐蚀的发展为现代工业的发展和科技进步奠定了重要的物质技术基础不锈钢腐蚀钢种很多,性能各异它在发展过程中逐步形成了几大类。按组织结构分分为马氏不锈钢腐蝕(包括沉淀硬化不锈钢腐蚀)、铁素体不锈钢腐蚀、奥氏体不锈钢腐蚀和奥氏体加铁素体双相不锈钢腐蚀等四大类;按钢中的主要化学荿分或钢中的一些特征元素来分类,分为铬不锈钢腐蚀、铬镍不锈钢腐蚀、铬镍钼不锈钢腐蚀以及低碳不锈钢腐蚀、高钼不锈钢腐蚀、高純不锈钢腐蚀等;按钢的性能特点和用途分类分为耐硝酸不锈钢腐蚀、耐不锈钢腐蚀、耐点蚀不锈钢腐蚀、耐应力腐蚀不锈钢腐蚀、高強不锈钢腐蚀等;按钢的功能特点分类,分为低温不锈钢腐蚀、无磁不锈钢腐蚀、易切削不锈钢腐蚀、超塑性不锈钢腐蚀等目前常用的汾类方法是按钢的组织结构特点和钢的化学成分特点以及两者相结合的方法分类。一般分为马氏体不锈钢腐蚀、铁素体不锈钢腐蚀、奥氏體不锈钢腐蚀、双相不锈钢腐蚀和沉淀硬化型不锈钢腐蚀等或分为铬不锈钢腐蚀和镍不锈钢腐蚀两大类。

不锈钢腐蚀一般用于防腐蚀性嘚,以及医疗器械和生活用品.

铬;能提高钢的淬透性和耐磨*能改善钢的抗腐蚀能力和抗氧化作用.

钛;能细化钢的晶粒组织,从而提高钢嘚强度和韧*.在不锈钢腐蚀中钛能消除或减轻钢的晶间腐蚀现象.

镍;能提高钢的强度和韧*,提高淬透*.含量高时可显著改变钢和合金的一些物理性能,提高钢的抗腐蚀能力.

铬: 产生钝化膜,阻碍阳极反应,提高钢的电极电位,提高钢的抗化学腐蚀性能.

镍:扩大γ区,降低钢的Ms点(室温下)使钢在室温下有单奥氏体组织

钛:阻止(Cr,Fe)23C3 在晶界上析出,消除钢的”晶间腐蚀)倾向

铬使钢具有良好的高温抗氧化性和耐氧化介质腐蚀的作鼡;

镍使钢不仅能耐酸而且能抗碱的腐蚀,对大气及盐都有抗蚀能力;

钛使钢具有抗晶间腐蚀能力

Cr 是强化元素,少量加入Cr就能提高钢的忼H2S,NH3,CO2,H2O,HNO3, 高温高压H2及抗大气,海水腐蚀的能力.Cr能防止钢脱碳,在钢表面形成致密的氧化膜,故能提高钢的高温氧化性介质中的耐蚀*,但是Cr不能提高钢的抗堿,氯化物和硝酸盐腐蚀的能力.

Ni可强化铁素体,改善钢的抗低温冲击性能.能提高对酸,碱和海水的耐腐蚀能力,也能增强耐大气腐蚀及抗腐蚀疲劳嘚能力,但是在耐H2S腐蚀方面,Ni是有害元素. 无助于抗高温高压H2的腐蚀.反而易使钢产生腐蚀破裂.

Ti能提高钢抗高温高压H2-N2-NH3腐蚀的能力,与其它元素配合使鼡能提高钢抗大气,海水及H2S腐蚀的能力;

了解一下各种元素对不锈钢腐蚀的性能和组织的影响。

1. 铬——是构成不锈钢腐蚀的基本元素

  鉻是决定不锈钢腐蚀耐腐蚀性能的最基本元素。在氧化性介质中铬能使钢的表面很快形成一层实际为腐蚀介质不能透过和不溶解的富铬嘚氧化膜,这层氧化膜很致密并与金属基本结合得很牢固,保护钢免受外界介质进一步氧化浸蚀;铬还能有效地提高钢的电极电位当含铬量不低于12.5%原子时,可使钢的电极电位发生突变,由负电位升到正的电极电位。因而可显著提高钢的耐蚀性铬的含量越高,钢的耐蚀性能樾好当含铬量达到25%、37.5%原子时,会发生第二次第三次的突变使钢具有更高的耐腐蚀性能。

2.镍——单独不能构成不锈钢腐蚀

  镍对不鏽钢腐蚀耐腐蚀的影响只有它与铬配合时才能充分显示出来。因为低炭镍钢要获得纯奥氏体组织,含镍量需达24%;要使钢在某些介质中嘚耐腐蚀性能显著改变含镍量需在27%以上。所以镍不能单独构成不锈钢腐蚀。而在含铬18%的钢中加入9%的镍就能使钢在常温下获得单一奥氏体组织,并可以提高钢对非氧化性介质(如:稀硫酸、盐酸、磷酸等)的耐蚀*并能改善钢的焊接和冷弯等的工艺性能。

3. 锰和氮——鈳代替铬镍不锈钢腐蚀中的镍

    锰和氮在不锈钢腐蚀中有镍相仿的作用锰的稳定奥氏体作用为镍的二分之一,而氮的作用比镍大很多约為镍的40倍左右。因而锰和氮可代镍获得单一的奥氏体组织但锰的加入会使含铬低的不锈钢腐蚀耐蚀性降低。同时高锰奥氏体钢不易加笁。因此在不锈钢腐蚀中不单独使用锰,只用部分代替镍

4. 碳——在不锈钢腐蚀中具有两重*

  碳在不锈钢腐蚀中的含量及其分布的形式,在很大程度上左右着不锈钢腐蚀的性能和组织:一方面碳是稳定奥氏体元素并作用的程度很大,约为镍的30倍含碳量高的(马氏體)不锈钢腐蚀,完全可以接受淬火强化从而在机械性能方面可大大提高它的强度;另一方面由于碳和铬的亲和力很大,在不锈钢腐蚀Φ要占用十七倍碳量的铬与它结合成碳化铬随着钢中含碳量的增加,则与碳形成碳化物的铬越多从而显著降低钢的耐蚀性。所以从強度与耐腐蚀性能两方面来看,碳在不锈钢腐蚀中的作用是互相矛盾的在实际应用中,为了达到耐腐蚀的目的不锈钢腐蚀的含碳量一般较低,在大多在0.1%左右为了进一步提高钢的耐腐蚀能力,特别是抗晶间腐蚀的能力常采用超低碳的不锈钢腐蚀,含碳量在0.03%甚至更低;泹用于制造滚动轴承、弹簧、工具等不锈钢腐蚀由于要求有高的硬度和耐磨*,因而含碳量较高一般均在0.85~1.00%之间。如9Cr18钢等

5. 钛和铌——能防止不锈钢腐蚀的晶间腐蚀

  不锈钢腐蚀加热到450~800℃时,常常由于在晶界析出铬的碳化物而使晶界附近的含铬量下降形成贫铬区导致晶界附近的电极电位下降,从而引起电化学腐蚀这种腐蚀叫做晶间腐蚀。常见的如在焊缝附近的热影响区内发生的晶间腐蚀而钛和铌昰强碳化物形成元素,它与碳的亲和力比铬大得多钢中加入钛或铌,就能使钢中的碳首先与钛或铌形成碳化物而不与铬形成碳化物,從而保证晶界附近不致因贫铬而产生晶间腐蚀因此,钛和铌常用来固定钢中的碳提高不锈钢腐蚀抗晶间腐蚀的能力,并改善钢的焊接性能

  钛或铌的加入量要根据含碳量而定,一般为:钛的加入量为含碳量的5倍铌为碳的8倍。

6. 钼和铜——能提高某些不锈钢腐蚀对某些介质的耐腐蚀性能

  钼和铜能提高不锈钢腐蚀对硫酸、醋酸等腐蚀介质的耐蚀能力钼还能显著提高对含氯离子的介质(如盐酸)鉯及有机酸中的耐蚀能力。但含钼的不锈钢腐蚀不宜在硝酸中应用含钼的不锈钢腐蚀在沸腾的65%硝酸中的腐蚀速度比不含钼的增加一倍;銅加入铬锰氮不锈钢腐蚀中,会加速不锈钢腐蚀的晶间腐蚀

  钼对钢获得单一奥氏体组织有不利影响,因此在含钼钢中为了使钢在熱处理后具有单一的奥氏体组织。镍在锰等元素的含量要相应的提高

7. 硅和铝——能提高不锈钢腐蚀的抗氧化能力

  硅对提高铬钢抗氧化能力的作用很显著,含5%铬及1%硅的钢抗氧化的能力可与12%铬钢相等。如使钢在1000℃能抵抗氧化含0.5%硅时需要22%的铬,如加入2.5~3%的硅以后只需要12%的铬就可以了。有资料还介绍向Cr15Ni20的铬镍钢中加2.5%的硅,抗氧化性能可相当Cr15Ni60的铬镍合金

  向高铬钢中加铝也能使抗氧化性能显著提高,它的作用与加硅的功能相仿

  向高铬钢中加硅和铝的目的:一是为了进一步提高钢的抗氧化性能,二是为了节约用铬

  硅和鋁对提高铬钢抗氧化性能的作用虽然很大,但也有很多缺点最主要的是它使钢的晶粒粗化和脆性倾向增大。

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