金屬與腐蝕介質發(fā)生反應而變質的現(xiàn)象稱為腐蝕。常見的金屬腐蝕有晶間腐蝕、點腐蝕、應力腐蝕、疲勞腐蝕和縫隙腐蝕等。
1. 晶間腐蝕
晶間腐蝕是不銹鋼在特定的腐蝕介質中沿著鋼的晶界發(fā)生的一種局部選擇性腐蝕。如果這種腐蝕發(fā)生在金屬表面,將形成微裂紋并深入內部,直至引起破斷。在某些特定腐蝕介質中(如硝酸、磷酸、硫酸、乳酸、甲酸、氫氟酸和硫酸銅等),就會沿著不銹鋼的晶界發(fā)生腐蝕。在有應力同時存在的情況下,晶間腐蝕有可能發(fā)展為晶間應力腐蝕開裂。為避免晶間腐蝕,一般可選用超低碳((w(C)≤0.03%)奧氏體不銹鋼、雙相不銹鋼和含Ti、Nb穩(wěn)定化的奧氏體不銹鋼。
2. 點腐蝕
點腐蝕又叫孔蝕,是最常見的局部腐蝕形式之一。它是因為金屬表面某個局部由于微電池作用,出現(xiàn)一些腐蝕小孔,并向深處發(fā)展。在不銹鋼表面存在雜質、污物以及缺陷部位鈍化膜損壞而生銹或在海水中使用的不銹鋼,即會出現(xiàn)點腐蝕(孔蝕)。
點腐蝕的破壞性和隱患性較大。發(fā)生點腐蝕時,雖然金屬的失重不大,但由于陽極面積非常小,陽極上流過的腐蝕電流密度很大,造成較高的金屬溶解速度,嚴重時可使金屬設備穿孔破壞。點腐蝕還會使晶間腐蝕、剝蝕、應力腐蝕開裂和腐蝕疲勞等加劇,在很多情況下是這些局部腐蝕的起源。
為防止不銹鋼發(fā)生點腐蝕(孔蝕),應選擇含高鉻、鎳、鉬、氮的不銹鋼,提高不銹鋼的純度并降低不銹鋼的不均勻性。選擇鈍化和鈍化能力強的材料是防止不銹鋼點腐蝕的有力措施。
3. 縫隙腐蝕
在腐蝕介質的作用下,不銹鋼縫隙出現(xiàn)腐蝕,即縫隙腐蝕。縫隙腐蝕一般根據(jù)縫隙形狀的不同而具有一定的外形。輕微時,縫隙內為一般腐蝕,嚴重時多為片狀點腐蝕或潰瘍狀。
所有能引起腐蝕的介質都能引起縫隙腐蝕。不銹鋼表面若存在金屬和非金屬夾雜物(金屬微粒、灰塵、臟物、砂粒、海生物),或者是結構上的原因,如螺栓聯(lián)接、鉚接、墊片與非金屬接觸等所形成的縫隙,在這些情況下不銹鋼零件若與腐蝕介質接觸,便會發(fā)生縫隙腐蝕。特別是在氯離子的環(huán)境中,縫隙腐蝕最為常見。
不銹鋼的縫隙腐蝕主要是因為縫隙內的溶液酸化、缺氧而引起的鈍化膜破壞。因此防止不銹鋼縫隙腐蝕的有力措施是:選擇含高鉻、鎳、鉬、氮的不銹鋼,提高不銹鋼鈍化膜的穩(wěn)定性和鈍化、再鈍化的能力,提高不銹鋼的純度,并降低不銹鋼的不均勻性。
4. 應力腐蝕
應力腐蝕是不銹鋼在持久拉應力(包括外加載荷、熱應力及冷加工、熱加工或焊接后的殘留應力等)和特定的腐蝕介質的共同作用下出現(xiàn)的脆性開裂。它是不銹鋼局部腐蝕破壞中最常見、危害最大的一種腐蝕形式。
不銹鋼應力腐蝕的特點是出現(xiàn)腐蝕裂縫甚至斷裂,裂縫的起源點往往是腐蝕小孔或腐蝕小坑的底部;裂縫擴散有沿晶界、穿晶型和混合型三種,主裂縫通常垂直于應力方向,多半有分枝;裂縫端部尖銳,裂縫內壁及金屬表面的腐蝕程度通常很輕微,裂縫端部的擴散速度很快,斷口有脆性斷裂的特征。導致各類不銹鋼應力腐蝕最常見的介質是含Cl-和氧的大氣和工業(yè)水、海水等,在超過臨界值的拉應力(含內應力)和高溫共同作用的結果。
引起Cr-Ni奧氏體不銹鋼應力腐蝕常見的介質有:
a. 各種氯化物或含氯化物的溶液。
b. 海水、鹽水、河水、井水、水蒸氣和海洋性大氣。
c. 氫氧化物,例如NaOH、KOH的水溶液。
d. 硝酸和硝酸鹽;HNO3 +HF和HNO3+HCl+HF的酸洗液。
e. 氫氟酸、氟硅酸和含F(xiàn)-的水溶液。
f. 硫酸和亞硫酸鹽;連多硫酸;硫化氫水溶液。
表2-1列出了引起Cr-Ni奧氏體不銹鋼腐蝕的介質和條件。
對于應力腐蝕斷裂,通常通過正確選材可以予以控制。
a. 在高濃度氯化物中,通常選擇鎳含量高的不銹鋼、高硅Cr-N不銹鋼和鐵素體不銹鋼。
b. 在產生晶間氯化物應力腐蝕的環(huán)境中,可選擇含Ti、Nb的奧氏體不銹鋼(經(jīng)穩(wěn)定化處理)、超低碳或控氮奧氏體不銹鋼。
c. 在含氯離子的水溶液中,當在低于60℃的低濃度氯離子介質中,無濃縮或富集可選用18-8型、18-12-2型奧氏體不銹鋼、Cr18Mo2鐵素體不銹鋼和18-5-Mo雙相不銹鋼;在低于60℃的低濃度氯離子介質中(濃縮、富集),可選用Cr18Mo2鐵素體不銹鋼和18-5-Mo雙相不銹鋼;在低于60℃高濃度氯離子介質中(有濃縮、富集),可選用Cr27Mo、Cr18Mo2鐵素體不銹鋼,以及w(Cr)22%~25%并含Mo的雙相不銹鋼;在60~200℃低濃度氯離子介質中(濃縮、富集),可選用18-5型、22-5型、25-5型雙相含Mo不銹鋼和高Cr、Mo、Ni不銹鋼(Cr20Ni25Mo4.5Cu);在200~350℃低濃度氯離子(濃縮、富集)介質中,可選用Cr20Ni32Fe鐵-鎳合金、Cr30Ni60Fe10鎳基合金。
d. 在含NaOH的水溶液中,當w(NaOH)≤20%,無氯子,沸騰溫度≤120可選18-8或18-12-2型奧氏體不銹鋼;當w(NaOH)=50%、w(NaCl)=2.5%在85℃的NaOH水溶液中,可選用超低碳18-8型奧氏體不銹鋼、Cr26Mo1 鐵素體不銹鋼等。
e. 雙相不銹鋼尤其適用于由點腐蝕(孔蝕)引起的應力腐蝕破裂的場合,如022Cr21Ni5Ti、022Cr23Ni5Mo3N等具有優(yōu)良耐應力腐蝕特性的雙相不銹鋼。
5. 疲勞腐蝕
疲勞腐蝕是不銹鋼零件在腐蝕介質與交變應力的共同作用下發(fā)生腐蝕進而引起零件的破損現(xiàn)象。疲勞腐蝕的特點是產生腐蝕坑和大量裂縫,以致金屬的機械疲勞極限不復存在;裂縫多半穿晶粒,一般不分枝;裂縫端部較鈍;斷口大部為腐蝕產物所覆蓋,小部呈脆性裂縫破壞。
導致疲勞腐蝕的活性介質有酸性介質、氯化物、含H2S、SO2和O2的氣體以及其他能產生腐蝕的介質。
為了防止疲勞腐蝕的產生,不銹鋼應具備良好的耐點蝕性能和高強度,因此應選擇含Cr、Mo較高的馬氏體不銹鋼,超級奧氏體不銹鋼,以及高鉻、鉬、氮含量的雙相不銹鋼,典型的鋼號有:015Cr20Ni18Mo6CuN、015Cr24Ni22M7CuN、022Cr25Ni6Mo2N、022Cr25NiMo4N等。
當然在選擇不銹鋼耐蝕性的過程中,要根據(jù)實際情況,分析產生腐蝕的原因,并根據(jù)腐蝕特點進行試驗,總結出最佳方案再選擇耐蝕性好的、經(jīng)濟上合理的、市場上有的不銹鋼材料。