奥氏体不锈钢耐蚀性研究

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1、奥氏体不锈钢耐蚀性研究材料工程091夏滨指导老师：巴志新老师（南京工程学院材料系，南京，江苏，211167）摘要：不锈钢诞生已有近百年历史，它的发明是世界冶金史上的一项重大成就。随着石油、化工、能源、宇航和生物工程等工业技术的发展，对不锈钢耐蚀性能及综合力学性能提出了更高的要求。由于奥氏体不锈钢凭借其在多种腐蚀介质中具有的优秀的耐蚀性能、良好的综合力学性能和优良的工艺性能在众多领域获得了广泛的应用。本文主要讨论了奥氏体不锈钢中含有的硅、氮、钼对其耐蚀性的影响，并对其机理做了一定的研究。关键词：奥氏体不锈钢；腐蚀；硅；氮；钼一、概论1.1奥氏体不锈钢简介奥氏体不锈

2、钢按主要组织状态分为马氏体、铁素体、奥氏体3大类，其中以奥氏体不锈钢应用最广泛，占到总量的70～8O％。它具有非常优越的不锈性、耐蚀性、高温性、低温性、无磁性以及良好的工艺性。它能抗腐蚀是因为其表面能形成一层具有保护性的钝化膜(CrO2)。然而，一旦这层钝化膜遭到破坏，而又缺乏自钝化的条件或能力，不锈钢就会发生腐蚀。奥氏体不锈钢的最大特点是耐腐蚀、耐高温、耐低温。它基体的电极电位高，不容易发生电化学腐蚀。在常温下具有奥氏体组织的不锈钢，钢中含Cr约18％、Ni8％一10％、C约0．1％时，具有稳定的奥氏体组织。奥氏体铬镍不锈钢包括著名的18Cr一8Ni钢和在此基

3、础上增加Cr、Ni含量并加入Mo，Cu，Si，Nb，Ti等元素发展起来的高Cr—Ni系列钢。奥氏体不锈钢无磁性而且具有高韧性和塑性，但强度较低，不可能通过相变使之强化，仅能通过冷加工进行强化。如加入S，Ca，Se，Te等元素，则具有良好的易切削性。此类钢除耐氧化性酸介质腐蚀外，如果含有Mo，Cu等元素还能耐硫酸、磷酸以及甲酸、醋酸、尿素等的腐蚀。此类钢中的含碳量若低于0．03％或含Ti，Ni，就可显著提高其耐晶间腐蚀性能。由于奥氏体不锈钢具有全面的和良好的综合性能，在各行各业中获得了广泛的应用。1.2奥氏体不锈钢的腐蚀形式[1]1.2.1点蚀和缝隙腐蚀点蚀与缝隙

4、腐蚀很相似，造成这两种腐蚀的因素也基本相同。点蚀是金属表面不同位置局部发生腐蚀，蚀坑的大小形状和形态不同，有的蚀坑宽平不深，有些很深，有的穿透钝化膜在其下面向纵深发展。缝隙腐蚀是一种浸蚀，发生在被腐蚀金属和通常不导电的物质之间有缝隙的接触面。腐蚀通常会发展到接触面下的缝隙以外，这两种腐蚀在一定的介质条件下都会发生在不锈钢表面，特别是在含氯化物的介质中。发生腐蚀是因钝化膜受损，有杂质、有缺陷或表面有脏物——如有垢等。常见的缝隙腐蚀有：构件与垫片的连接处、腐蚀产物沉积处、生物附着部位处和金属搭接处等，由于被浸蚀的面积与金属总面积相比很小，腐蚀很严重而且很快，虽然环境

5、温度、氧含量、容易还原的离子(如铁离子)和pH值都是影响因素，但发生缝隙腐蚀最主要的条件是氯化物离子的存在，在流速较高的溶液中不易发生这种腐蚀。如果无法通过减少酸度和氯化物含量或提高溶液的流速来控制上述腐蚀，则应选择合金含量高的钢种来应付点蚀和缝隙腐蚀。1.2.2晶间腐蚀[2]晶间腐蚀机理的机理，一般认为是在一定的温度(450～850℃)范围内奥氏体内的过饱和碳会与固溶体的铬结合形成Gr23C6碳化物并在晶粒间界沉淀析出，由于碳向晶粒间界的扩散速度大于铬的扩散速度，因此，在碳化物周围的固溶体内，即在晶粒间界及其邻近区域的铬由于Gr23C6碳化物析出，含量显著降低

6、，而晶内的铬又来不及向晶界扩散，因而形成贫铬区。当铬的含量低于钝化所需的铬含量以下(大约12％)，钝态受到破坏，电位下降，而晶内仍保持钝态，从而构成了大阴极(基体)和小阳极(晶界区的贫铬区)的微电偶电池，加速了晶粒间界的腐蚀。1.2.3应力腐蚀开裂[3]应力腐蚀破裂的机理，一般认为是腐蚀环境中金属表面生成的保护膜在拉应力的作用下产生滑移，使钝化膜破裂，形成蚀孔和裂纹源。金属内部产生了一条狭窄的活性通道，随后在拉应力的作用下，活性通道前端的钝化膜反复破裂，产生裂纹，裂纹沿着垂直于拉应力作用的方向前进(扩展)，在裂纹尖端由于是闭塞区产生了氢，部分氢就可能扩散到尖端金

7、属内部引起脆化，在拉应力作用下发生脆性断裂。裂纹也随之在腐蚀和脆断的反复作用下迅速扩大，造成纵深裂纹，直至发生断裂。在奥氏体不锈钢一氯离子环境中，溶液中的氧促进了奥氏体不锈钢的全面钝化，溶液中的氯离子破坏局部钝化，同时进人裂缝尖端，在闭塞区生成盐酸，使腐蚀加速。1.2.4电池作用的腐蚀电池作用的腐蚀或异种金属对不锈钢影响不大，但会影响与之接触的其它金属，两种或多种活性不同的金属在电解质中紧密接触时会产生化学电池作用的腐蚀。。简单材料在海水中电位序或电化学活性对照基准值见下表。氢的活性被定为0，其它材料都与氢对比，以此判定该金属或合金是活泼(一)还是不活泼(十)。

8、该表中较活泼的金属在电解