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精講不銹鋼耐蝕機制、破壞特性與防護方法

2016-4-13 12:59:13      點擊:

據介紹,六十五年前,在英國哈里布雷利首先認識到含鉻的鐵基合金具有優(yōu)良的耐腐蝕性,也是布雷利首先指出利用這種性能可以制造出不生銹的刀具。他企圖解決步槍槍管的腐蝕和生銹問題,用鉻對鐵進行合金化,在金相工作中發(fā)現了這些鋼能耐侵蝕劑的腐蝕。后來將這些Fe-Cr合金稱為不銹鋼

什么是不銹鋼 

 

1、不銹鋼(Stainless steel)Fe-Cr合金,也就是在鐵中添加了一些合金元素,使之在空氣、蒸汽、水等弱腐蝕介質和酸、堿、鹽等化學浸蝕性介質中達到“不銹”的效果。不銹鋼中的合金元素以鉻為主,除了鉻以外還添加了鎳、鉬和錳等合金元素。 

不銹鋼按主要組織狀態(tài)分為馬氏體、鐵素體、奧氏體3大類,其中以奧氏體不銹鋼應用最廣泛,占到總量的70%80%

鐵天生是不耐蝕的,純鐵是銀白色的,很容易生銹,鐵銹是褐色的,生銹以后鐵會失去其金屬光澤和美感,這也是不銹鋼經常作為廚具使用且深受歡迎的真正原因。 

 

2不銹鋼為什么耐蝕?

 不銹鋼并非完全不生銹,在英文原文中,不銹鋼一詞是Stainless steel,該詞已清楚地表達出不銹鋼只是腐蝕較輕而己,并非完全不會生銹腐蝕。

 根據NACE相關標準規(guī)定,通常金屬的腐蝕速率小于0.01mm/年,才被認為是完全耐蝕的,而小于0.1mm/年的只是耐蝕。事實上,不銹鋼防銹蝕是建構在其成分中富含量(11.5% 以上) 的鉻合金(Cr),在鋼材的表面生成了致密堅硬防銹蝕的氧化鉻(Cr2O3 保護膜,阻礙了腐蝕促進離子入侵而達到。這就好比,人練了金鐘罩鐵布衫抗擊打一樣。

 氧化鉻膜層很致密,有的文獻中認為它是一層半導體膜層,說明其導電性能差。在鐵合金發(fā)生腐蝕時,通常有水溶液參與,發(fā)生電化學腐蝕,電化學腐蝕的一大特點是腐蝕反應的過程中伴隨著電荷的轉移過程。在陽極反應過程中,金屬原子失去電子生成金屬正離子。在陰極反應的過程中,氧氣等反應物質獲得電子形成陰離子。這也就是說,陽極反應中產生的電子通過界面?zhèn)魉徒o陰極反應過程中的電子受體,氧化膜層導電性差有利于阻礙電荷的轉移,就可以達到抑制金屬腐蝕的目的。

近來,寒潮來襲,人們?yōu)榱吮E芎托枰啻┮路T谝恍┣治g性較強的介質中,金屬很容易受到腐蝕,為了避免腐蝕就需要適當增加特定的合金元素,達到耐蝕的目的。

 

3什么情況下不銹鋼發(fā)生腐蝕?

 不銹鋼敏化后會發(fā)生晶間腐蝕(Intergranular corrosion),晶間腐蝕對不銹鋼的危害很大,在一些不銹鋼失效案例中經常能看到晶間腐蝕的身影。 

在一定的溫度( 450850 )范圍內奧氏體內的過飽和碳會與固溶體的鉻結合形成Gr23C6 碳化物在晶粒間界沉淀析出,由于碳向晶粒間界的擴散速度大于鉻的擴散速度。

 因此,在碳化物周圍的固溶體內即在晶粒間界及其鄰近的區(qū)域的鉻由于Gr23C6碳化物析出,含量大大降低,而晶內的鉻又來不及向晶界擴散,因而形成貧鉻區(qū)。

 當鉻的含量低于鈍化所需的鉻含量(大約12% ) ,鈍態(tài)受到破壞電位下降,而晶內仍保持鈍態(tài),從而構成了大陰極(基體)和小陽極(晶界區(qū)的貧鉻區(qū))的微電偶電池,加速了晶粒間界的腐蝕。

 碳化物沉淀(Gr23C6 )析出的溫度為450850,這是不銹鋼晶間腐蝕的敏化溫度范圍。不銹鋼發(fā)生敏化以后一定會在晶界上產生大量的串珠狀的碳化物沉淀,這也是奧氏體不銹鋼敏化的一個關鍵特征。

 不銹鋼容易發(fā)生點蝕(Pitting corrosion)。在含有氯離子的溶液中不銹鋼特別容易發(fā)生點蝕,但這并不意味著不銹鋼發(fā)生點蝕以后其環(huán)境中一定存在氯離子,在含有硫酸根離子、硫離子和碳酸根離子的溶液中不銹鋼也會發(fā)生點蝕,但不同離子主導的不銹鋼點蝕形貌不同。

從經驗上看,在氯離子存在的溶液中,不銹鋼上蝕點數量少,但蝕坑深度大,這也是輸送含有氯離子的介質的管線為什么經常發(fā)生刺漏的主要原因。在含有硫化氫的溶液中,金屬管線通常發(fā)生潰瘍狀腐蝕,蝕點很多,但都很淺。

 氯離子的離子半徑很小,它穿透不銹鋼表面鈍化膜層的能力最強,其破壞力在眾多離子中也是最強的。這里需要強調,水中含有很少的氯離子就可以導致不銹鋼發(fā)生點蝕,濃度越高,發(fā)生點蝕的時間越短,點蝕長大的速率越高。

 不銹鋼另一常見的腐蝕形式是和應力共同作用下的腐蝕,稱為應力腐蝕開裂(Stress corrosion cracking)。在不銹鋼發(fā)生應力腐蝕開裂時,有幾個必要條件,第一,應力腐蝕開裂需要時間,屬于延時開裂;第二,應力腐蝕開裂是特定的金屬和離子的組合才能發(fā)生,比如奧氏體不銹鋼和氯離子;第三,在特定的溫度下發(fā)生應力腐蝕開裂的時間最短;第四,一般在靜態(tài)拉伸應力的作用下發(fā)生應力腐蝕開裂,這是應力腐蝕開裂的力學特征。 

 

4、生活中使用不銹鋼應注意些什么?

 

百姓日常生活中,會天天與不銹鋼打交道。因為在家庭生活中,使用的不銹鋼制品有筷子、盆子、餐盤、碗、鏟子、勺子,鍋等。

 首先,在總潮濕的環(huán)境中,不銹鋼發(fā)生腐蝕以后雖然不會產生褐色的鐵銹,但會失去金屬光澤,鉻含量越低的金屬越容易失去金屬光澤。

 其次,不能使用不銹鋼盆腌制咸菜,因為腌制咸菜時要大量使用咸鹽,即氯化鈉溶液,時間久了會使不銹鋼盆腐蝕穿孔,那時候就只有扔掉的份了。

最后,一些不銹鋼制品在使用后應盡快除去其表面的水,比如家里的水龍頭,因為做菜時手上經常會觸碰咸鹽,再去摸水龍頭等不銹鋼制品,久而久之會使之失去美麗的金屬光澤。


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