第5章不锈耐酸钢课件

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1、第五章 不锈耐酸钢,主要内容, 耐蚀性? 成分？合金化？ 组织？ 环境（介质）？ 不锈钢钢种如何选择？,5.1 钢的耐蚀性 1. 化学腐蚀 2. 电化学腐蚀,提高钢耐腐蚀性能的途径主要有：,（1）形成稳定保护膜，Cr、Al、Si有效。 （2）固溶体电极电位或形成稳定钝化区 Cr、Ni、Si：Ni贵而紧缺，Si易使钢脆化， Cr是理想的。 （3）获得单相组织 Ni、Mn 单相奥氏 体组织。 （4）机械保护措施或复盖层，如电镀、发 兰、涂漆等方法。,3. 阳极极化 引起阳极电位由负向正方向升高，这种现象称为阳极极化. 主要是由于阳极表面形成保护膜，阻碍阳极金属离子进入溶液，降低了阳极表面电荷密度。

2、 4. 钝化 钢表面由于形成保护膜, 从而引起腐蚀减轻或不腐蚀现象, 称为钝化现象.,5. 阴极极化 阴极电位由正向负方向降低称为阴极极化. 阴极极化是由于消耗电子的阴极过程的速度低于阳极流来的电子，造成阴极电子堆积，阴极表面电荷密度升高，导致阴极电位降低。,图 具有活化-钝化转变金属的阳极极化曲线,三个不同的电化学行为区： 1）活化区（A） 2）钝化区（P） 3）过钝化区（T） P 称为初始钝化电位 IP 称为临界电流 由于极化作用，阳极电位升高，当阳极达到最大电流IP时，阳极电位为P ，此时产生了阳极钝化，阳极过程受到了极大的阻滞，电流IP突然下降到最小值Imin。,在很宽的阳极电极范围内

3、保持Imin的腐蚀电流，此时阳极处于钝化区（P） 阳极电位升高超过T后，腐蚀电流又增加，这种现象称为过钝化， 称为过钝化电位 (击穿电位) 影响阳极和阴极极化曲线相对位置的主要因素有两方面： 1）合金的成分； 2）介质。,一个交点A：稳定的活化区，AP，有大的腐蚀电流和腐蚀速度； 三个交点B、C、D：C点是不稳定的，B、D是相对稳定的（可处在钝化和活化状态）。如不锈钢在含氧化剂的H2SO4 一个交点E：稳定钝化，具有很小的腐蚀速度（如不锈钢在HNO3中） 一个交点F：过钝化状态.有较高的腐蚀速度。（如Cr不锈钢在浓HNO3中）,所存在的相对位置有四种情况:,不锈耐蚀钢发生电化学腐蚀的主要形式

4、一般腐蚀、 晶间腐蚀、点腐蚀、应力腐蚀 疲劳腐蚀、磨损腐蚀等。 不锈耐蚀钢分类 不锈钢：指在大气及弱腐蚀介质中耐蚀的钢。 耐蚀钢：指在各种强腐蚀介质中耐蚀的钢。,5.2 成分及合金化 Cr 决定和提高耐蚀性的主要元素. 加入Cr可提高基体的电极电位，但不是均匀的增加，而是突变式的。当Cr的含量达到1/8，2/8，3/8，原子比时，Fe的电极电位就跳跃式显著提高，腐蚀也显著下降。这个定律叫做n/8规律。 折算成重量比： 12.552/56=11.7%， 这便是不锈钢的最低铬含量。由于钢中存在C，与Cr能形成Cr23C6，则Cr的含量一般不少于13%。 钢钝化时能形成富铬的氧化物，具有尖晶石结构，

5、在许多介质中具有稳定性。 有利于组织转变（单相F组织）。,Ni 可提高耐蚀性，也符合 n/8 规律。 与Cr配合，才能充分发挥； 可提高在硫酸（非氧化性酸），醋酸，草酸及中性盐（硫酸盐）中的耐蚀性。,图 铁铬合金在HNO3（90度50%） 中的腐蚀速度与铬的关系,C 扩大相区，稳定相（Ni 30倍）； C 提高，强度提高；但C与Cr形成碳化物，降低耐蚀性。 一般在不锈钢中C0.4%, 多在0.1-0.2%。如： 2Cr13 （0.2%C）; 0Cr17Ti （C0.08%）; 00Cr18Ni10（C0.03%） 只有滚动轴承、弹簧和刃具的不锈钢用高C： 如 9 Cr18,Mn，N 提高高铬不

6、锈钢在有机酸中的耐蚀性。 Mo 提高不锈钢的钝化能力，扩大其钝化介质范围（浓硫酸、稀盐酸、磷酸和有机酸），且能阻止点腐蚀倾向。 含Mo的钝化膜：Fe2O3-Cr2O3-MoO3，致密，稳定性好，能防止Cl-穿透。 Cu 少量加入可有效地提高不锈钢在硫酸及有机酸中的耐蚀性。,Si 提高在盐酸、硫酸和高浓度硝酸中耐蚀性。 Mo, Cu, Ni, Si复合加入 如在Cr18Ni9中加入Mo,Cu,Ni后进一步扩大了在硫酸中的耐蚀性和使用温度范围 。 Ti, Nb 在Cr-Ni奥氏体不锈钢和高铬铁素体不锈钢中均有晶间腐蚀倾向，加入Ti或Nb（固C） ，可防止晶间腐蚀。,5.3 不锈钢的组织与分类 不锈

7、钢中的合金元素可分为两类: 扩大相区： C, N, Ni, Mn, Cu等; 缩小相区： Cr, Si, Ti, Nb, Mo等; 谁占优势，就易形成以或为基体的不锈钢组织；如果稳定元素其作用程度还不足以使钢的Ms点降到室温以下，则高温冷却时会发生M转变。,为了简便起见，表明不锈钢的实际成分和所得组织的关系，制成铬当量Cr-镍当量Ni图（适合于Ni-Cr系）。 钢中铁素体形成元素折合成铬的作用，奥氏体形成元素折合成镍的作用。 Ni =Ni+Co+0.5Mn+30C+25N+0.3Cu Cr =Cr+Mo+2.0Si+1.5Ti+1.75Nb+5.5Al+ 5V+0.75W 可以根据钢的实际化学

8、成分来估算钢的组织.,Cr与Ni状态图（焊后冷却）,不锈钢的分类 根据不锈钢的基本组织，可将它分为五类： M不锈钢 Cr13型 ，Cr17Ni2 ，9Cr18 F不锈钢 0Cr17Ti, Cr25Ti, Cr26Mo1 A不锈钢 1Cr18Ni9, 1Cr18Ni9Ti, A-F不锈钢 Cr21Ni5Ti, 00Cr22Ni5Mo3N 沉淀硬化不锈钢：在马氏体基体上析出金属间化合物，产生沉淀强化,5.4 不锈耐酸钢的腐蚀特性? 晶间腐蚀 应力腐蚀 点腐蚀,图示 各种腐蚀类型,（一）奥氏体不锈钢的晶间腐蚀 1. 现象 奥氏体不锈钢焊接后,焊缝及热影响区(550-800）在许多介质中产生晶间腐蚀。

9、 介质：热浓硝酸（50-65%）、含铜盐和氧化铁的硫酸溶液、热有机酸等 2. 形成原因 贫铬理论 奥氏体不锈钢晶间腐蚀主要是晶界上析出网状富铬的Cr23C6引起晶界周围基体产生贫铬区，贫铬区的宽度约10-5cm，Cr12%。在许多介质中没有钝化能力, 贫铬区成为微阳极而发生腐蚀。,3. 影响因素 C%：C800时K重溶；T500，扩散困难。 加热时间：时间很长或很短，都难以存在晶间腐蚀。,4. 改善与预防 超低C，如00Cr18Ni10, 00Cr18Ni12Mo2； 改变K类型：加Ti, Nb固C，并稳定化处理； 固溶处理：重新使K溶解于中; 获得+（10-50%）双相组织； 由于在500-

10、800间发生相间沉淀，Cr23C6在/相界相一侧析出呈点状，排除了在晶界析出Cr23C6，且相内铬的扩散系数比相内高103倍，不致产生贫铬区。,（二）奥氏体不锈钢的应力腐蚀 1. 现象 奥氏体或M不锈钢受张应力时，在某些介质中经过一段不长时间就会发生破坏，且随应力增大，发生破裂的时间也越短；当取消张应力时，腐蚀较小或不发生腐蚀。这种腐蚀现象称为“应力腐蚀（破裂）”。,2. 影响因素 影响应力腐蚀的因素是介质特点，附加应力和钢的化学成分。 1）介质：含有Cl-和OH-腐蚀介质中特别敏感； 2）应力：应力越大，越严重； 3）介质温度：温度越高，越严重； 4）不锈钢组织与成分: 对应力腐蚀的影响。,

11、15-28%Cr的F不锈钢对Cl-引起的应力腐蚀不敏感； 含F的复相不锈钢有低的应力腐蚀敏感度； H、N 促进应力腐蚀裂缝的诱发和扩张； P, Bi, As, Sb, Al，S 有害； C 可降低不锈钢的应力腐蚀敏感性； Si（2-4%（有利；Cu（+2%）有改善； Mo 缩短应力腐蚀破裂的诱发期； 在不稳定的奥氏体不锈钢中，形变引起的马氏体对应力腐蚀有害。,3. 防止措施 1）提高纯度（降低N, H以及杂质元素含量）； 2）加入2-4%Si或2%Cu 或提高Ni%（35%）； 3）采用高纯度15-25%F不锈钢； 4）采用奥氏体和铁素体（50-70%）双相钢。,（三）不锈钢的点腐蚀 1. 现

12、象 不锈钢在含Cl-离子介质中表面会出现点状凹坑腐蚀，称为点腐蚀。 2. 主要原因 主要是表面钝化膜的稳定性受到破坏所致。 3. 影响因素 1）含有Cl-、Br 等，易于产生点腐蚀; 去极化作用的阳离子Fe3+、Cu2+等，有加速点腐蚀作用 2）夹杂物（MnS）、晶界析出相（相）、晶界等容易发生点腐蚀-易破坏钝化膜的均匀性 。,4. 预防措施 1）尽可能降低介质中的Cl-浓度; 2）选用高Cr和含Mo钢种，钝化膜稳定性提高, 如 Cr22Ni26Mo5Ti; Cr26Mo1; Cr26Mo4 有时用Cr%+Mo%量来衡量抗点蚀指标 3）加入（提高）Ni，也可提高抗点蚀能力。 4）含N不锈钢的击

13、穿电位B值较正，当钢中N0.3%，不 发生点腐蚀。如 00Cr18Ni12Mo2.5N。,5.5 不锈钢种类,一、铁素体不锈钢 1. 主要有三种类型： （1）Cr13型 如0Cr13、0Cr13Al、0Cr11Ti等； （2）Cr17型 如1Cr17、0Cr17Ti、1Cr17Mo等； （3）Cr25-30型 如1Cr28、1Cr25Ti、00Cr30Mo2等。,基 本 特 点,含碳量0.25%，为提高某些性能， 可加入Mo、Ti、Al、Si等元素；,在硝酸、氨水等介质中有较好的耐 蚀性和抗氧化性；,力学性能和工艺性较差，脆性大， TK在室温左右。,无同素异构转变，多在退火软化态 下使用。,2

14、、铁素体不锈钢的脆性 高铬铁素体不锈钢的缺点是脆性大，主要有几个方面：,（1）粗大的原始晶粒 由于原子扩散快，晶粒粗化温度低和晶粒粗 化速率高。在600以上晶粒就开始长大，而A 不锈钢相应为900,思考:为什么不能象一般钢那样经过重新加热重 结晶而细化晶粒?,（2） F不锈钢存在475脆性 当15Cr时，随Cr其脆化倾向也。在400 525长时间加热或缓慢冷却时，钢就变得很脆, 以 475加热为最甚原因:在脆化T范围内长期停留时， 铬有序化相，与母相共格大内应力。 AK,（3）金属间化合物相的形成 相具有高硬度，有大的体积效应，且常沿晶界 分布，所以使钢产生了很大的脆性,二、马氏体不锈钢,这类

15、钢主要含1218%Cr，淬火冷却能产生M。 （一）马氏体不锈钢的成分和组织特点 马氏体不锈钢可分为三类： （1）Cr13型，有1Cr13、2Cr13、3Cr13、4Cr13等钢号； （2）高碳高铬钢，如9Cr18、9Cr18MoV等； （3）低碳17% Cr-2%Ni钢，如1Cr17Ni2。,1Cr13：M+F,2Cr13：M,3Cr13：M,4Cr13：M+K,类似于 调质钢,制造不锈 结构件,类似于 工具钢,制造耐蚀 工具（手 术刀等）,（二）马氏体不锈钢的热处理特点,常用的热处理工艺有软化处理、球化退火、调质处理和淬火+低温回火。,软 化 处 理,软化处理有两种方法： 一是进行高温回火，

16、将锻轧件加热 至700800保温26小时后空冷，使 马氏体转变为回火索氏体。 另外也可以采用完全退火。,调 质 处 理,1Cr13、2Cr13常用于结构件调质。 因为铬抗回火性和AC1点，所以调质回 火温度也相应.通常为640700。 回火后应采用油冷 ?,淬 火 低 回,3Cr13、4Cr13常做有一定耐蚀性的工 具，所以采用淬火低温回火。T淬在1000 1050，为减少变形，可用硝盐分级冷 却。组织为马氏体+碳化物+少量AR,三、奥氏体不锈钢 （1）特点 与 F 或 M - F不锈钢相比， 1）有很高耐蚀性（主要在氧化性酸如HNO3）； 2）高塑性，易于成形（板、带、管、丝、材）； 3）焊接性能较好（无相变）； 4）韧性和低温韧性好，无冷脆倾向； 5）可用作550热强钢（奥氏体的T再高）； 6）价格贵；容易加工硬化，切削加工性不好； 7）导热性差，加热和冷却时要注意。,（2）