不锈钢在各种环境中的腐蚀现象

腐蚀现象

  1.点蚀

  如前所述，不锈钢极好的耐腐蚀性能是由于在钢的表面形成看不见的氧化膜，使其成为是钝态的。该钝化膜的形成是由于钢暴露在大气中时与氧反应，或者是由于与其他含氧的环境接触的结果。如果钝化膜被破坏，不锈钢就将继续腐蚀下去。在很多情况下，钝化膜仅仅在金属表面和局部地方被破坏，腐蚀的作用在于形成细小的孔或凹坑，在材料表面产生无规律分布的小坑状腐蚀。

  2.引起点蚀的因素

  出现点蚀很可能是存在与去极剂化合的氯化物离子，不锈钢等钝态金属的点蚀常起因于某些侵蚀性阴离子对钝化膜的局部破坏，保护有高耐腐蚀性能的钝态通常需要氧化环境，但正好这也是出现点蚀的条件。产生点蚀的介质是在 C1-、Br-、I-、Cl04-溶液中存在FE3+、Cu2+、Hg2+等重金属离子或者含有H2O2、O2等的Na+、Ca2+碱和碱土金属离子的氯化物溶液。

  点蚀速率随温度升高而增加。例如在浓度为 4%-10%氯化钠的溶液中，在90℃时达到点蚀造成的重量损失最大；对于更稀的溶液，最大值出现在较高的温度。

  3.防止点蚀的方法

  ①避免卤素离子集中。

  ②保证氧或氧化性溶液的均匀性，搅拌溶液和避免有液体不流动的小块区域。

  ③或者提高氧的浓度，或者去除氧。

  ④增加pH值。与中性或酸性氯化物相比，明显碱性的氯化物溶液造成的点蚀较少，或者完全没有（氢氧离子起防腐蚀剂的作用）。

  ⑤在尽可能低的温度下工作。

  ⑥在腐蚀性介质中加入钝化剂。低浓度的硝酸盐或铬酸盐在很多介质中是有效的（抑制离子优先吸咐在金属表面上，因此防止了氯化物离子吸咐而造成腐蚀）。

  ⑦采用阴极防腐。有证据表明，用与低碳钢、铝或锌电隅合阴极保护的不锈钢在海水中不会造成点蚀。

  含钼 2%-4%的奥氏体型不锈钢具有良好的耐点蚀性能。使用含钼奥氏体型不锈钢可显著减少点蚀或一般腐蚀，腐蚀介质例如氢化钠溶液、海水、亚硫酸、硫酸、磷酸和甲酸。

  4.晶间腐蚀

  含碳量超过 0.03%的不稳定的奥氏体型不锈钢（不含钛或铌的牌号），如果热处理不当则在某些环境中易产生晶间腐蚀。这些钢在425-815℃之间加热时，或者缓慢冷却通过这个温度区间时，都会产生晶间腐蚀。这样的热处理造成碳化物在晶界沉淀（敏化作用），并且造成最邻近的区域铬贫化使得这些区域对腐蚀敏感。敏化作用也可出现在焊接时，在焊接热影响区造成其后的局部腐蚀。

  最通用的检查不锈钢敏感性的方法是 65%硝酸腐蚀试验方法。试验时将钢试样放入沸腾的65%硝酸溶液中连续48h为一个周期，共5个周期，每个周期测定重量损失。一般规定，5个试验周期的平均腐蚀率应不大于0.05mm/月。

  奥氏体型不锈钢焊接结构的晶间腐蚀可用如下方法预防：

  ①使用低碳牌号00Cr19Ni10或00Cr17Ni14Mo2，或稳定的牌号0Cr18Ni11Ti或0Cr18Ni11Nb.使用这些牌号不锈钢可防止焊接时碳化物沉淀出造成有害影响的数量。

  ②如果面品结构件小，能够在炉中进行热处理，则可在1040-1150℃进行热处理以溶解碳化铬，并且在425-815℃区间快速冷却以防止瑞沉淀。

  焊接铁素体不锈钢在某些介质中也可能出现晶间腐蚀。这是当钢从 925℃以上快速冷却时，碳化物或氧化物沉淀，金属晶格应变造成的，焊接后进行消除应力热处理可消除应力并恢复耐腐蚀性能。在1Cr17不锈钢中加入超过8倍碳含量的钛，通常可减少焊接钢结构在一些介质中的晶间腐蚀。然而加入钛在浓硝酸中不是有效的。

  应力腐蚀裂纹是静应力和导致裂纹与金属脆化的腐蚀共同的作用。只有拉伸应力造成这种形式的破坏。事实上，所有的金属与合金（只有极少数的金属除外）在某些环境中都易出现应力腐蚀裂纹，关于某些金属的破坏是属于 “应力腐蚀”或是属于“氢脆”（例如高强度钢在硫化氢中的裂纹），还存在一些不同的观点。为了进行讨论，所有这样的外界环境导致的破坏都包括在应力腐蚀裂纹一类中。

  硬化的（淬火和回火）马氏体型不锈钢在含有氯化物、热氢氧化物或硝酸盐、或硫化氢溶液中对应力腐蚀裂纹是敏感的。对于奥氏体型不锈钢，浓氯化物的氢氧化物溶液是造成应力腐蚀裂纹的主要介质。己证明，另外几种环境也会使奥氏体和马氏体型不锈钢产生应力腐蚀裂纹。然而，应注意在很多这样的环境中，存在杂质可能己经造成了裂纹。

  敏化的奥氏体型不锈钢对晶间形式的应力腐蚀裂纹是敏感的。如果敏感性严重和（或）应力高， 这种形式的裂纹可能在认为是弱的环境中产生。除非进行了足够的试验可以证明所遇到的环境不会造成晶间应力腐蚀裂纹，否则绝不能将敏化和奥氏体型不锈钢用于应力状态的用途。

  产生应力腐蚀裂纹破坏的环境通常是相当复杂的。例如。所涉及的应力通常不仅仅是工作应力，而是这种应力的由于制作、焊接、或热处理在金属中产生的残余应力组合。这种情况常常可以用将制作后的设备消除应力的方法来减轻。同档，如上所述，造成裂纹的腐蚀介质经常仅仅是正在处理的产物中的杂质。在整体溶液中，所存在的腐蚀介质的数量可能没有多到足以造成裂纹的程度，但是在裂缝处或液体上面的飞溅区，介质的局部浓度可能造成破坏。

  尽管己有了几种通用的防止应力腐蚀裂纹的方法，但最好的方法还是选用能在该环境中耐应力腐蚀裂纹的材料。因此，在热的氯化物环境中应选用 0Cr18Ni13Si4（美国AISLX M15）或铁素体型不锈钢。在硫化氢环境中选用铁素体和奥氏体型不锈钢一般是适合的，而不能选用硬化的马氏体型不锈钢。各种不锈钢性能见表2-5-1表2-5-4。