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1、第五章第五章 不锈耐蚀钢不锈耐蚀钢序言序言 能抵抗大气或腐蚀介质中腐蚀的钢，腐蚀速度极慢，而非完全不腐蚀。不仅要耐蚀，还要有好的力学性能及加工性能。 按成份分为按成份分为：铬不锈钢和铬镍不锈钢按按正正火火组组织织分分：铁素体形不锈钢（F），马氏体形不锈钢（M），奥氏体型不锈钢（A）及奥氏体铁素体型不锈钢（A-F）及沉淀硬化型不锈钢。第一节第一节 钢的耐蚀性钢的耐蚀性钢腐蚀的本质：钢腐蚀的本质：原电池反应，p73，read together阳极的活化钝化曲线：阳极的活化钝化曲线：p73p73腐蚀过程的极化图，腐蚀过程的极化图，p73p73钢的耐蚀性钢的耐蚀性不锈钢不锈钢: :在大气及弱腐蚀介质中
2、耐蚀的钢。 完全耐蚀：小于 耐蚀：小于 不耐蚀：大于 耐蚀钢：耐蚀钢：在各种强腐蚀介质中耐蚀的钢。 完全耐蚀：小于 耐蚀：小于 不耐蚀：大于 钢的耐蚀性钢的耐蚀性 加入提高钢基体电极电位的元素Cr Cr 提提高高钢钢钝钝化化膜膜的的稳稳定定性性 w w（C C）1010时，时， n/8n/8规规律律，每每次次达达到到原原子子分分数数1/81/8，2/8,3/82/8,3/8电电极极电电位位有有突突变变，所所有有不不锈锈钢钢中中，CrCr的的原原子子百百分分数数12.5%12.5%以上以上。含含CrCr的的钢钢能能耐耐氧氧化化性性腐腐蚀蚀介质的腐蚀介质的腐蚀钢的耐蚀性钢的耐蚀性 Ni Ni和和M
3、nMn均能提高不锈钢在各种非氧化性酸、均能提高不锈钢在各种非氧化性酸、 有机酸中的耐蚀性，且有机酸中的耐蚀性，且MnMn比比NiNi更有效更有效 p75,figure5-5,figure 5-6 Mo Mo 提高钝化能力，扩大钝化介质范围。含提高钝化能力，扩大钝化介质范围。含MoMo的钝的钝 化膜稳定性高，能抗化膜稳定性高，能抗ClCl造成的点腐蚀造成的点腐蚀 不锈钢中加入不锈钢中加入CuCu、PtPt等贵金属，促进钝化。等贵金属，促进钝化。 figure 57 随着不锈钢中Ni，Mo，Cu含量的增加，钢的耐蚀的硫酸浓度和温度范围显著扩大腐蚀介质对不锈钢耐蚀性的影响腐蚀介质对不锈钢耐蚀性的影响
4、氧化性腐蚀介质中，不锈钢表面易钝化，氧化性腐蚀介质中，不锈钢表面易钝化，钝化时间短，钝化时间短，egeg，HNOHNO3 3中中非氧化性介质，含氧量低，钝化困难，钝非氧化性介质，含氧量低，钝化困难，钝化时间长，化时间长，eg. eg. 稀硫酸，盐酸，有机酸稀硫酸，盐酸，有机酸 当介质含氧量低到一定程度，不锈钢不能钝化，比碳钢腐蚀速度还快当介质含氧量低到一定程度，不锈钢不能钝化，比碳钢腐蚀速度还快腐蚀介质对不锈钢耐蚀性的影响腐蚀介质对不锈钢耐蚀性的影响H H使钝化困难，使钝化膜稳定性降低。使钝化困难，使钝化膜稳定性降低。所以在稀硫酸等非氧化性酸中，所以在稀硫酸等非氧化性酸中，Cr18NiCr18
5、Ni难达到钝化状态，是不耐蚀的，这类钢难达到钝化状态，是不耐蚀的，这类钢中须加入中须加入MoMo、CuCu促进钝化膜形成的元素。促进钝化膜形成的元素。 Cl Cl存在的腐蚀介质中，钢中必须含有存在的腐蚀介质中，钢中必须含有适量的适量的MoMo，形成形成MoOClMoOCl2 2保护膜，防止点保护膜，防止点腐蚀腐蚀第二节第二节 不锈耐蚀钢的组织不锈耐蚀钢的组织 不锈耐蚀钢耐蚀性能比力学性能不锈耐蚀钢耐蚀性能比力学性能 和工和工艺艺 性能更重要性能更重要 单相铁素体钢、单相奥氏体钢，是不锈单相铁素体钢、单相奥氏体钢，是不锈 钢中耐蚀性较好的两类钢。钢中耐蚀性较好的两类钢。 单相比双相更耐蚀单相比双
6、相更耐蚀 不锈钢的基本组织不锈钢的基本组织 ，五大类，五大类 p7879 高高Cr不锈钢中的不锈钢中的475脆性脆性 第三节第三节 不锈耐蚀钢的腐蚀特性不锈耐蚀钢的腐蚀特性均匀腐蚀均匀腐蚀 均匀腐蚀又称一般腐蚀或连续腐蚀.在均匀腐蚀中，腐蚀发生在金属裸露的整个表面上或零件使用的整个工作面上，均匀腐蚀会使零件受力的有效面积不断减小，直到完全破坏。均匀腐蚀在工业设备管理中容易察觉或可预测到, 故一般不致带来危险的失效事故。常见的金属腐蚀类型有下列几种：常见的金属腐蚀类型有下列几种：金属腐蚀类型金属腐蚀类型晶间腐蚀晶间腐蚀 一般晶界较晶内具有较大的活性，当这种活性又被夹杂物或某一种合金元素的减少(或
7、增多)进一步活化时，晶界的电位进一步降低，晶界、晶内电位差加大，这时则会引起晶界的深腐蚀，称为晶间腐蚀。 晶间腐蚀是一种危害很大的，容易造成设备事故的腐蚀破坏形式。奥氏体不锈钢的晶间腐蚀奥氏体不锈钢的晶间腐蚀奥氏体不锈钢晶间腐蚀：奥氏体不锈钢晶间腐蚀：不锈钢在550800C 长时间停留，会导致, p79，Cr23C6奥氏体晶界析出解决方法：解决方法：生产超低碳不锈钢，w（C）0.03% 则无晶间腐蚀；如00Cr18Ni10；加入强碳化物形成元素Ti，Nb，固定钢中的C，形成稳定的TiC，NbC等，降低奥氏体中的C溶解量至0。03以下，消除了奥氏体晶间腐蚀的碳浓度条件（p79，Nb和Ti的浓度条
8、件）不锈钢的应力腐蚀不锈钢的应力腐蚀应力腐蚀应力腐蚀 应力腐蚀指不锈钢在静拉伸应力和腐蚀介质共同作用下，材料发生破裂的现象, 应力腐蚀破裂是处于张应力状态下的合金在特定的腐蚀介质 (中,沿某种显微路径发生腐蚀而导致的破坏。腐蚀介质的作用是在钢内裂纹尖端处阳极溶解时促进裂纹的形成和扩展。主要是氯化物盐、碱的水溶液、某些硝酸盐和部分化合物的溶液，以及蒸气介质)应力腐蚀机理：应力腐蚀机理： p81， read together应力腐蚀应力腐蚀含含ClCl、H H的介质诱发应力腐蚀，含的介质诱发应力腐蚀，含ClCl更甚；更甚；应力因素：只有张应力引发应力腐蚀；张应力越大，应力因素：只有张应力引发应力腐
9、蚀；张应力越大，越敏感越敏感 p81p81，figure 5figure 51414温度因素：越高，越敏感温度因素：越高，越敏感不锈钢组织和成分不锈钢组织和成分 铁素体钢不敏感，奥氏体钢敏感；铁素体钢不敏感，奥氏体钢敏感； Si Si， Cu Cu提高应力腐蚀抗力，提高应力腐蚀抗力，p81p81，figure 5figure 51515 Ni Ni，C C降低敏感性，降低敏感性，N N促进敏感促进敏感影响应力腐蚀的因素：影响应力腐蚀的因素：应力腐蚀应力腐蚀采用含Si、Cu的钢种，降低N含量及有害杂质，提高钢的纯度；采用铁素体钢或奥氏体铁素体复相钢消除应力腐蚀：消除应力腐蚀：金属腐蚀类型金属腐蚀
10、类型点腐蚀点腐蚀 点蚀又称缝隙腐蚀、孔蚀，是发生在金属制件上极局部区域的一种腐蚀形式，它是由不锈钢的钝化膜局部破坏所引起的。这种破坏多数是由于溶液中含氯离子或氯化物盐引起的。蚀孔一旦形成，便迅速发展，直至穿透构件，点蚀也是危害较大和较常见的腐蚀破坏形式。不锈钢的点腐蚀不锈钢的点腐蚀 不锈钢在含不锈钢在含ClCl介质中介质中 夹杂物、晶界析出相、晶界等处是点腐蚀的夹杂物、晶界析出相、晶界等处是点腐蚀的 易发地易发地 应尽量维持钝化膜的连续性和稳定性，所以提高Cr 的含量和加Mo第四节第四节 不锈钢的强化与脆化不锈钢的强化与脆化一、铁素体不锈钢一、铁素体不锈钢成分特点：低C 0.25%，仍以Cr为
11、主要合金元 素，Ni几乎不加入；耐蚀特点：A）氧化性腐蚀介质中，抗腐蚀能力 很强，B）加入合金元素Mo， 在有机酸或Cl- 的介质中抗腐蚀 能力典型的铁体不锈钢有Cr17型，Cr25型，Cr28型铁素体不锈钢铁素体不锈钢缺点：缺点：低韧性、高脆性低韧性、高脆性 p83 figure 516晶粒粗大晶粒粗大：p82 钢钢体原子扩散快，粗化温度低，体原子扩散快，粗化温度低， 粗化速度大粗化速度大，无相变，不能用重结晶细化晶粒，可加 入Ti控制晶粒长大；475475脆性：脆性：CrCr原子有序化形成富原子有序化形成富CrCr的的”相相， 立方点阵与母相共格，畸变和内应力大立方点阵与母相共格，畸变和内
12、应力大。 要避免400-500内停留。 可通过700-800短时加热，然后迅速冷却来消除。 Ti Nb Si Mo A1等 475脆性，N 该脆性相脆性，相脆性，FeCrFeCr中间化合物中间化合物，550-850550-850长期停留长期停留 的结果，体积变化，及其在晶界分布的结果，体积变化，及其在晶界分布 引起脆性。引起脆性。已产生的加热致850以上，迅速冷 即可除。 不同组织的不锈钢在200C以下稳定的冲击功和韧脆转化温度范围铁素体不锈钢铁素体不锈钢工艺性能：工艺性能：A）无相变，无法用热 处理强化，B）较好的热加 工性能及一定的冷加工性 能用途用途：化工厂，硝酸，氮肥等的设 备和管道（
13、耐蚀要求高而强度 要求低） 奥氏体不锈钢奥氏体不锈钢成分：含成分：含C C量量0.1%0.1%耐耐蚀蚀特特点点：CrCr的作用主要是产生钝化，增加耐蚀性NiNi的作用主要是扩大奥氏体区，降低Ms，使钢在室温有单相的 组织。另外增加钝化能力，非氧化性酸，稀盐酸、稀硫酸中的耐蚀能力。Cr,NiCr,Ni共同作用，共同作用，进一步改善钢的腐蚀性加加入入TiTi或或NbNb， 可抑制Cr23C6的晶界析出，晶间腐蚀抗力，但C不能太多，0.08%克服了铁素体不锈钢脆性大的缺点，增加了耐腐蚀介质的范围奥氏体不锈钢奥氏体不锈钢工艺性能：工艺性能：易于加工成形，良好的 可焊接性，无法相变强化力学性能：力学性能
14、：强度硬度低，塑性韧性好应用：应用：生产硝酸，硫酸等化工设备构 件，冷冻工业低温设备（低脆 性转变温度） 奥氏体不锈钢奥氏体不锈钢奥氏体不锈钢的强化固溶强化奥氏体不锈钢的强化固溶强化 p83， figure 517奥氏体不锈钢的奥氏体不锈钢的强化强化形变强化形变强化 不能热处理强化，而形变强化，冷作硬化与形变诱发马氏体转变效应叠加，强度大大提高 p84 figure 518， 变形温度越高，单位变形量引起的抗拉强度的增加越小奥氏体不锈钢奥氏体不锈钢 热处理：提高抗腐蚀能力，而非强度热处理：提高抗腐蚀能力，而非强度固溶处理：加热至高温，使各元素溶入，快速冷却Cr23C6析出稳定化处理，固溶处理后，加热至一定温度，Cr、C化物完全溶解，TiC不溶解，空气中冷却充分析出，晶间腐蚀去应力处理（去除冷加工或焊接后残余应力，300-350回火）
