第六周-金属材料的耐蚀性能优秀课件.ppt

金属的耐蚀性能金属的耐蚀性能1 铁碳合金铁碳合金2 高硅铸铁高硅铸铁3 低合金钢低合金钢4 不锈钢不锈钢5 有色金属及其合金有色金属及其合金1 第一节第一节 铁碳合金铁碳合金铁碳合金铁碳合金：碳钢和普通铸铁，是工业上应用最广：碳钢和普通铸铁，是工业上应用最广泛的金属材料。泛的金属材料。特点特点：产量大，价格低廉，有较好的力学性能及：产量大，价格低廉，有较好的力学性能及工艺性能；工艺性能；耐蚀性较差耐蚀性较差，可采用多种方法进行保护；，可采用多种方法进行保护；主要的结构材料，主要的结构材料，注意其强度注意其强度。普通铸铁脆。普通铸铁脆性材料，强度低。性材料，强度低。2一、合金元素对耐蚀性能的影响一、合金元素对耐蚀性能的影响铸铁在大气、海水、酸、碱、盐和其他介质的作铸铁在大气、海水、酸、碱、盐和其他介质的作用下都会发生腐蚀。不同的使用条件，不同的腐用下都会发生腐蚀。不同的使用条件，不同的腐蚀环境，腐蚀过程、机理不同，腐蚀形式也不相蚀环境，腐蚀过程、机理不同，腐蚀形式也不相同。同。铁碳合金的基本组成元素为铁和碳，基本组成相铁碳合金的基本组成元素为铁和碳，基本组成相为铁素体、渗碳体及石墨。为铁素体、渗碳体及石墨。由于在铸铁中由于在铸铁中渗碳体渗碳体（阴）（阴）的电极电位高于的电极电位高于铁素体（阳）铁素体（阳），而，而石墨石墨（阴）（阴）的电极电位又比渗碳体的高，与电解质溶的电极电位又比渗碳体的高，与电解质溶液接触过程微电池，促进腐蚀。液接触过程微电池，促进腐蚀。铸铁在各种环境中的耐蚀性主要由铸铁在各种环境中的耐蚀性主要由其成分和微其成分和微观组织结构决定观组织结构决定。铸铁成分中各元素对其耐蚀性。铸铁成分中各元素对其耐蚀性都有影响，都有影响，碳、硅、锰、磷、硫碳、硅、锰、磷、硫是铸铁中必然存是铸铁中必然存在的元素。在的元素。3（1）碳（）碳（C）碳量愈高，其组织中石墨和渗碳体的含量就碳量愈高，其组织中石墨和渗碳体的含量就愈高。阴极面积增大，析氢反应加速。愈高。阴极面积增大，析氢反应加速。在非氧化性酸中在非氧化性酸中的腐蚀速度随含碳量增加而的腐蚀速度随含碳量增加而加快。加快。在氧化性酸中在氧化性酸中，阴极组分石墨和渗碳体使合，阴极组分石墨和渗碳体使合金易转变为钝态，腐蚀速度下降。金易转变为钝态，腐蚀速度下降。在中性溶液中在中性溶液中，阴极为氧的去极化作用，含，阴极为氧的去极化作用，含碳量变化对腐蚀速度无重大影响。碳量变化对腐蚀速度无重大影响。45（2）硅元素（）硅元素（Si）铸铁中通常都含有铸铁中通常都含有13的硅。的硅。当硅含量达到当硅含量达到4左左右时，可适当增加铸铁的耐蚀性。右时，可适当增加铸铁的耐蚀性。而当硅含量达到而当硅含量达到14以上以上时，铸铁的耐蚀性将显著提高。不过硅含量的增加会使得铸时，铸铁的耐蚀性将显著提高。不过硅含量的增加会使得铸铁的力学性能变得很差，当硅含量大于铁的力学性能变得很差，当硅含量大于16时，铸铁就会变时，铸铁就会变得很脆、很难加工、因此，得很脆、很难加工、因此，铸铁中硅含量一般控制在铸铁中硅含量一般控制在1416内。内。硅的加入，可在铸铁表面形成致密的硅的加入，可在铸铁表面形成致密的SiO2保护膜保护膜，这层膜，这层膜具有很高的电阻率和较高的化学稳定性，阻止腐蚀介质对铸具有很高的电阻率和较高的化学稳定性，阻止腐蚀介质对铸铁的进一步腐蚀。铁的进一步腐蚀。硅的加入还可以使铸铁组织中的基体金属即阳极区域硅的加入还可以使铸铁组织中的基体金属即阳极区域产生产生钝化钝化，提高电极电位，有效地提高铸铁的抗化学腐蚀和电化，提高电极电位，有效地提高铸铁的抗化学腐蚀和电化学腐蚀能力。学腐蚀能力。6其他元素（3）锰（）锰（Mn）锰和硅在通常含量范围内锰和硅在通常含量范围内(Mn 0.50.8，Si 12)，并不影响铸铁的耐蚀性能。，并不影响铸铁的耐蚀性能。（4）硫（）硫（S）硫与铁、锰反应硫与铁、锰反应生成硫化物生成硫化物呈单独相析出，起阴极夹杂物呈单独相析出，起阴极夹杂物的作用，的作用，加速腐蚀加速腐蚀（特别在酸性溶液中）。（特别在酸性溶液中）。（5）磷（）磷（P）磷（磷（0.05%0.5），并不能改变铸铁在中性介质和），并不能改变铸铁在中性介质和大气条件下的耐蚀性能，但在某些介质，如未浓缩的无机大气条件下的耐蚀性能，但在某些介质，如未浓缩的无机酸溶液中，磷含量提高，促进析氢反应，导致耐蚀性下降。酸溶液中，磷含量提高，促进析氢反应，导致耐蚀性下降。7总的来讲，上述各元素在通常含量范围内总的来讲，上述各元素在通常含量范围内对铸铁耐蚀性的影响并不明显。为了改善对铸铁耐蚀性的影响并不明显。为了改善铸铁耐蚀性，通常向铸铁中加人铸铁耐蚀性，通常向铸铁中加人Ni、Cr、Si、Cu和和Al等合金元素；等合金元素；Ti（钛）、（钛）、V（钒）（钒）等元素偶尔也作为合金元素加入。等元素偶尔也作为合金元素加入。这些元索单独或联合加入对改善铸铁的耐这些元索单独或联合加入对改善铸铁的耐腐蚀性和耐热性有很大的作用。腐蚀性和耐热性有很大的作用。8二、耐蚀性能二、耐蚀性能1 在中性或碱性溶液中在中性或碱性溶液中（1）在中性溶液中）在中性溶液中 钢碳合金腐蚀主要为氧去极化腐蚀。钢碳合金腐蚀主要为氧去极化腐蚀。（2）在碱性溶液中）在碱性溶液中 稀碱溶液（稀碱溶液（30%），缓释作用，因为在），缓释作用，因为在合金表面生成钝化膜。合金表面生成钝化膜。浓碱溶液（浓碱溶液（30%），钝化膜溶解，随温），钝化膜溶解，随温度上升，腐蚀加剧。度上升，腐蚀加剧。碱溶液（碱溶液（5%）+拉应力拉应力碱脆碱脆（液氨、（液氨、制碱工业）制碱工业）92 在酸中在酸中盐酸、硫酸、硝酸、氢氟酸、有机酸盐酸、硫酸、硝酸、氢氟酸、有机酸判断：判断：酸分子的酸根是否具有氧化性。酸分子的酸根是否具有氧化性。非氧化性酸：阴极是氢离子的去极化作用；非氧化性酸：阴极是氢离子的去极化作用；氧化性酸：阴极是酸根的去极化作用。氧化性酸：阴极是酸根的去极化作用。10（1）盐酸）盐酸 典型非氧化性酸，铁碳合金的电极电位低于氢的典型非氧化性酸，铁碳合金的电极电位低于氢的电位，腐蚀过程是析氢反应。电位，腐蚀过程是析氢反应。腐蚀速度随酸的浓度的增高而迅速加快。腐蚀速度随酸的浓度的增高而迅速加快。同一浓度下，温度上升，腐蚀速度也直线上升。同一浓度下，温度上升，腐蚀速度也直线上升。在盐酸中，铸铁的腐蚀速度碳钢在盐酸中，铸铁的腐蚀速度碳钢 铁碳合金不能直接用作处理盐酸设备的结铁碳合金不能直接用作处理盐酸设备的结构材料！构材料！11（2）硫酸）硫酸 腐蚀速度与硫酸浓度有关腐蚀速度与硫酸浓度有关。C50%，非氧化性酸，析氢反应，腐蚀速度随浓，非氧化性酸，析氢反应，腐蚀速度随浓度增大而加大，度增大而加大，47%50%腐蚀速度达到最大值；腐蚀速度达到最大值；50%C75%，腐蚀速度下降；，腐蚀速度下降；75%C80%，碳钢钝化，腐蚀速度很低；，碳钢钝化，腐蚀速度很低；100%C，过剩，过剩SO3，碳钢腐蚀速度重新增大。，碳钢腐蚀速度重新增大。碳钢在发烟硫酸中的使用浓度范围碳钢在发烟硫酸中的使用浓度范围105%。12铸铁与碳钢的耐蚀性相似，除发烟硫酸外，铸铁与碳钢的耐蚀性相似，除发烟硫酸外，在在85%100%的硫酸中非常稳定。的硫酸中非常稳定。总结：总结：浓硫酸，温度较高，流速较大浓硫酸，温度较高，流速较大铸铁铸铁发烟硫酸发烟硫酸碳钢（铸铁碳钢（铸铁晶间腐蚀晶间腐蚀）60%的硫酸的硫酸铁碳合金不能使用铁碳合金不能使用温度温度65铁碳合金不能使用铁碳合金不能使用1314钝化钝化碳钢在硝酸中的钝碳钢在硝酸中的钝化随温度的升高而化随温度的升高而破坏，同时当浓度破坏，同时当浓度增加时，又会产生增加时，又会产生晶间腐蚀。晶间腐蚀。碳钢与铸铁都不宜碳钢与铸铁都不宜作为处理硝酸的结作为处理硝酸的结构材料。构材料。（3）硝酸）硝酸15（4）氢氟酸）氢氟酸低浓度（低浓度（48%50%）：迅速腐蚀；）：迅速腐蚀；高浓度（高浓度（75%80%，65下）：良好下）：良好稳定性。（铁的氟化物膜）稳定性。（铁的氟化物膜）在无水氢氟酸中，碳钢耐蚀性更强，在无水氢氟酸中，碳钢耐蚀性更强，但浓度但浓度70%时，很快腐蚀。时，很快腐蚀。碳钢制作储存和运输碳钢制作储存和运输80%以上的氢氟以上的氢氟酸容器。酸容器。16（5）有机酸）有机酸 对铁碳合金腐蚀性最强的有机酸：对铁碳合金腐蚀性最强的有机酸：草酸、草酸、甲酸、乙酸和柠檬酸甲酸、乙酸和柠檬酸。（但是，与同等。（但是，与同等浓度的无机酸相比，腐蚀性要弱很多）浓度的无机酸相比，腐蚀性要弱很多）铁碳合金在有机酸中的腐蚀速度随铁碳合金在有机酸中的腐蚀速度随酸中含氧量增大及温度升高而增大。酸中含氧量增大及温度升高而增大。173 盐溶液中盐溶液中 中性、酸性、碱性、氧化性盐溶液中性、酸性、碱性、氧化性盐溶液（1）中性盐溶液（）中性盐溶液（NaCl）阴极：溶解氧控制的阴极：溶解氧控制的吸氧腐蚀吸氧腐蚀随浓度增加，腐蚀速度存在一个最大值，之后逐渐下随浓度增加，腐蚀速度存在一个最大值，之后逐渐下降。降。盐浓度增加，溶解氧含量下降，腐蚀速度降低；盐浓度增加，溶解氧含量下降，腐蚀速度降低；盐浓度增加，溶液导电性增加，腐蚀速度上升。盐浓度增加，溶液导电性增加，腐蚀速度上升。钢铁在高浓度的中性盐溶液中，腐蚀速度较低。钢铁在高浓度的中性盐溶液中，腐蚀速度较低。18（2）酸性盐溶液）酸性盐溶液 两个阴极反应：两个阴极反应：吸氧反应和析氢反应，强烈腐蚀吸氧反应和析氢反应，强烈腐蚀。对于铵盐：对于铵盐：NH4+离子与铁形成络合物，增加腐蚀离子与铁形成络合物，增加腐蚀性；高浓度的性；高浓度的NH4NO3，由于，由于NO3-的氧化性，促进的氧化性，促进腐蚀。腐蚀。（3）碱性盐溶液（）碱性盐溶液（Na3PO4，Na2SiO3）pH10时同稀碱液一样，腐蚀速度较小，因为生时同稀碱液一样，腐蚀速度较小，因为生成铁盐膜，具有保护性，成铁盐膜，具有保护性，腐蚀速度降低腐蚀速度降低。19（4）氧化性盐溶液）氧化性盐溶液 强去极剂，加速腐蚀；（强去极剂，加速腐蚀；（FeCl3、CuCl2、HgCl2等）等）良好的钝化剂，阻止腐蚀。（良好的钝化剂，阻止腐蚀。（K2Cr2O7、NaNO2等）等）腐蚀速度腐蚀速度氧化能力氧化能力 不成正比不成正比204 在气体介质中在气体介质中 高温气体腐蚀、常温干燥气体腐蚀高温气体腐蚀、常温干燥气体腐蚀（氯碱厂的（氯碱厂的氯气，硫酸厂的氯气，硫酸厂的SO2及及SO3等，对铁碳合金腐蚀等，对铁碳合金腐蚀不强烈）、不强烈）、湿气体腐蚀湿气体腐蚀（Cl2，SO2及及SO3等，等，腐蚀强烈，腐蚀性能与酸相似）腐蚀强烈，腐蚀性能与酸相似）5 在有机溶液中在有机溶液中 无水甲醇、乙醇、苯等中，碳钢是耐蚀的；无水甲醇、乙醇、苯等中，碳钢是耐蚀的；在纯的石油烃类中，碳钢是耐蚀的，在纯的石油烃类中，碳钢是耐蚀的，但是若有但是若有水的存在，会遭受腐蚀水的存在，会遭受腐蚀。21总结总结：碳钢和普通铸铁的耐蚀性虽然基本碳钢和普通铸铁的耐蚀性虽然基本相同，但相同，但又不完全一样？又不完全一样？（如在浓硫酸（如在浓硫酸中）。在自然条件下，铸铁比碳钢耐蚀中）。在自然条件下，铸铁比碳钢耐蚀性强。性强。铸铁的含碳量高，促进钝化；同时铸铁铸铁的含碳量高，促进钝化；同时铸铁在铸造时形成的铸造黑皮起一定的保护在铸造时形成的铸造黑皮起一定的保护作用；作用；铸铁有石墨化腐蚀倾向。铸铁有石墨化腐蚀倾向。22 硅是铸铁中的常规元素之一，它在普通铸铁硅是铸铁中的常规元素之一，它在普通铸铁中的含量一般中的含量一般不超过不超过3%。但是，当硅含量。但是，当硅含量超过超过3%时，硅作为一种重要的合金元素，对铸铁的时，硅作为一种重要的合金元素，对铸铁的组织和性能产生重要影响。组织和性能产生重要影响。当当硅含量为硅含量为46%时，铸铁具有良好的高温时，铸铁具有良好的高温组织稳定性。同时，硅促进铸铁表面形成一种含组织稳定性。同时，硅促进铸铁表面形成一种含有硅酸铁的致密有硅酸铁的致密氧化膜氧化膜，降低铸铁在高温下的氧，降低铸铁在高温下的氧化速度。因此，这种成分范围的铸铁是成本低廉化速度。因此，这种成分范围的铸铁是成本低廉的的良好的耐热材料良好的耐热材料。由于硅含量的增加会导致铸铁中铁素体量的由于硅含量的增加会导致铸铁中铁素体量的增加，因而其增加，因而其强度下降强度下降，延伸率和冲击韧性提高，延伸率和冲击韧性提高，但随着含硅量的增加，铁素体但随着含硅量的增加，铁素体逐渐脆化逐渐脆化。第二节第二节 高硅铸铁高硅铸铁23当硅含量当硅含量超过超过14%时，其耐腐蚀性提高十分显时，其耐腐蚀性提高十分显著。这种高硅铸铁是一种良好的耐腐蚀材料。但著。这种高硅铸铁是一种良好的耐腐蚀材料。但是当硅含量是当硅含量超过超过18%时，铸铁明显变脆时，铸铁明显变脆,并难以并难以加工。加工。最常用的高硅铸铁的含硅量为最常用的高硅铸铁的含硅量为1415%。高硅铸铁之所以有高的耐腐蚀性是因为在适当的高硅铸铁之所以有高的耐腐蚀性是因为在适当的介质条件下，高硅铸铁的表面形成了一层致密的介质条件下，高硅铸铁的表面形成了一层致密的二氧化硅保护膜二氧化硅保护膜。当含硅量低于当含硅量低于14%时，铸铁时，铸铁的耐腐蚀性受氧化铁膜控制。当含硅量高于的耐腐蚀性受氧化铁膜控制。当含硅量高于14%时，耐腐蚀性受二氧化硅膜控制。因此高时，耐腐蚀性受二氧化硅膜控制。因此高硅耐蚀铸铁的含硅量一定要大于硅耐蚀铸铁的含硅量一定要大于14%。含硅含硅10%16%的一系列合金铸铁称为高硅铸的一系列合金铸铁称为高硅铸铁。铁。24一、性能特点一、性能特点（1）耐蚀性能）耐蚀性能 高硅铸铁之所以有高的耐腐蚀性是因为在适高硅铸铁之所以有高的耐腐蚀性是因为在适当的介质条件下，高硅铸铁的表面形成了一层致当的介质条件下，高硅铸铁的表面形成了一层致密的二氧化硅保护膜。密的二氧化硅保护膜。高硅铸铁在诸如醋酸、磷酸、硝酸、硫酸、铬酸高硅铸铁在诸如醋酸、磷酸、硝酸、硫酸、铬酸及温度不高的盐酸等大多数介质中具有良好的耐及温度不高的盐酸等大多数介质中具有良好的耐腐蚀性。腐蚀性。对于能溶解对于能溶解SiO2膜的溶液或能穿透膜的溶液或能穿透SiO2膜的离膜的离子，普通高硅铸铁是不耐蚀的，因为子，普通高硅铸铁是不耐蚀的，因为SiO2与碱与碱生成可溶性的硅酸盐生成可溶性的硅酸盐，与氢氟酸生成气态的四，与氢氟酸生成气态的四氟化硅等使保护膜破坏。氟化硅等使保护膜破坏。25（2）力学性能）力学性能 硬而脆，力学性能差，应避免承受冲硬而脆，力学性能差，应避免承受冲击力，不能用于制造压力容器。铸件一般击力，不能用于制造压力容器。铸件一般不能采用除磨削以外的机械加工。不能采用除磨削以外的机械加工。26二、机械加工性能的改善二、机械加工性能的改善 硅系耐蚀铸铁由于含硅量高，脆性较高，因此不能承硅系耐蚀铸铁由于含硅量高，脆性较高，因此不能承受冲击载荷。受冲击载荷。向含向含15%硅的铸铁中硅的铸铁中加入稀土镁合金加入稀土镁合金可以使石墨球化，可以使石墨球化，提高其强度，同时由于提高了组织的致密性而进一步提高提高其强度，同时由于提高了组织的致密性而进一步提高其耐腐蚀性能。其耐腐蚀性能。在含硅在含硅13.5%15%的高硅铸铁中加入的高硅铸铁中加入6.5%8.5%的的铜铜可改善机械加工性能，耐蚀性与普通高硅铸铁相近，可改善机械加工性能，耐蚀性与普通高硅铸铁相近，但在硝酸中较差。但在硝酸中较差。在含硅量为在含硅量为10%11%的中硅铸铁中外加入的中硅铸铁中外加入1%2.5%的的钼钼、1.8%2.0%铜铜和和0.35%稀土金属稀土金属等。等。以上高硅铸铁不耐盐酸以上高硅铸铁不耐盐酸，可增加钼含量形成氯氧化，可增加钼含量形成氯氧化钼保护膜，不溶于盐酸，抗盐酸腐蚀性强钼保护膜，不溶于盐酸，抗盐酸腐蚀性强 抗氯铸件抗氯铸件2728三、应用三、应用耐酸腐蚀性能优越，广泛用于化工防腐蚀，耐酸腐蚀性能优越，广泛用于化工防腐蚀，最典型的牌号是最典型的牌号是STSi15，主要用于制造，主要用于制造耐酸离心泵、管道、塔器、热交换器、容耐酸离心泵、管道、塔器、热交换器、容器、阀件和旋塞等。器、阀件和旋塞等。29缺点缺点：质脆，安装、维修、使用时小：质脆，安装、维修、使用时小心。安装时心。安装时不能用锤敲打不能用锤敲打；装配准确，；装配准确，避免局部应力集中现象；操作时严禁避免局部应力集中现象；操作时严禁温差剧烈，或局部受热，特别是开停温差剧烈，或局部受热，特别是开停车或清洗时升温和降温速度必须缓慢；车或清洗时升温和降温速度必须缓慢；不宜用作受压设备。不宜用作受压设备。30第三节第三节 低合金钢低合金钢低合金钢：合金元素质量分数小于低合金钢：合金元素质量分数小于3%的碳钢。的碳钢。低合金钢是相对于碳钢而言的，是在碳钢的基低合金钢是相对于碳钢而言的，是在碳钢的基础上，为了改善钢的一种或几种性能，而有意础上，为了改善钢的一种或几种性能，而有意向钢中加入一种或几种合金元素。向钢中加入一种或几种合金元素。加入的合金量超过碳钢正常生产方法所具有的加入的合金量超过碳钢正常生产方法所具有的一般含量时，称这种钢为合金钢。当合金总量一般含量时，称这种钢为合金钢。当合金总量低于低于3%时称为时称为低合金钢低合金钢。合金含量在。合金含量在3-10%之间称为之间称为中合金钢中合金钢；大于；大于10%的称为的称为高合金钢高合金钢。31优点：优点：（1）改善钢在不同腐蚀环境中的耐蚀性）改善钢在不同腐蚀环境中的耐蚀性耐蚀低耐蚀低合金钢；合金钢；（2）合金元素少，成本低，强度高，综合力学能）合金元素少，成本低，强度高，综合力学能力及加工工艺性能好；力及加工工艺性能好；（3）耐蚀性比碳钢优越；）耐蚀性比碳钢优越；（4）高强度值（包括高温强度值）。）高强度值（包括高温强度值）。在自然条件下（特别在大气中）有着比碳钢在自然条件下（特别在大气中）有着比碳钢强的耐蚀性能以及耐高温气体腐蚀性能。强的耐蚀性能以及耐高温气体腐蚀性能。32一、在自然条件下的耐腐蚀一、在自然条件下的耐腐蚀当使用低合金高强度钢时，希望取其强度当使用低合金高强度钢时，希望取其强度高的优点而用较薄的截面，这不仅是为了高的优点而用较薄的截面，这不仅是为了节省重量而且也是为了尽可能的经济。但节省重量而且也是为了尽可能的经济。但是，必须要充分考虑腐蚀这一因素，是，必须要充分考虑腐蚀这一因素，钢材钢材截面愈薄就愈应注意防腐截面愈薄就愈应注意防腐。任何钢结构的防腐一般都是通过在表面上任何钢结构的防腐一般都是通过在表面上涂防腐层并且对防腐层加以保护的方法来涂防腐层并且对防腐层加以保护的方法来达到的。达到的。33一些低合金高强度钢具有良好的耐大气腐蚀性一些低合金高强度钢具有良好的耐大气腐蚀性能，其不仅可以提高防腐涂层的效果，而且在能，其不仅可以提高防腐涂层的效果，而且在某些情况下某些情况下采取适当的预防措施甚至还可以在采取适当的预防措施甚至还可以在不涂层的状态下暴露在大气中使用不涂层的状态下暴露在大气中使用（一种有名（一种有名的耐大气腐蚀钢的耐大气腐蚀钢 含铬、镍、铜、磷的低合金含铬、镍、铜、磷的低合金钢，开始时生锈，随后完全停止锈蚀）。钢，开始时生锈，随后完全停止锈蚀）。没有任何一种材料耐有可能存在的所有腐蚀条没有任何一种材料耐有可能存在的所有腐蚀条件，低合金高强度钢的耐大气腐蚀性能随合金件，低合金高强度钢的耐大气腐蚀性能随合金元素的组分和含量而改变。元素的组分和含量而改变。提高低合金钢耐大气腐蚀性能的元素是铜、磷、提高低合金钢耐大气腐蚀性能的元素是铜、磷、硅、铬、镍和钼。硅、铬、镍和钼。3416Mn 有名的低合金高强度钢有名的低合金高强度钢16MnCu 性能更优良（如果加入少量铬和镍，性能更优良（如果加入少量铬和镍，耐蚀性大为提高）耐蚀性大为提高）铜和铬铜和铬的加入改善钢的钝化性能；的加入改善钢的钝化性能；镍镍的加入提的加入提高钢的耐酸耐碱性，提高耐腐蚀疲劳及耐海水高钢的耐酸耐碱性，提高耐腐蚀疲劳及耐海水腐蚀的能力。腐蚀的能力。高耐候性结构钢高耐候性结构钢 含铜钢，耐大气腐蚀，良好的含铜钢，耐大气腐蚀，良好的塑性及可焊性，加工薄壁件，与表面涂料结合塑性及可焊性，加工薄壁件，与表面涂料结合力较强。力较强。中国中国 10MnSiCu、09MnCuPTi35二、在高温氢气氛中的耐蚀性二、在高温氢气氛中的耐蚀性高温氢腐蚀主要发生在合成氨工业中的氨高温氢腐蚀主要发生在合成氨工业中的氨合成塔。合成塔。氢侵蚀作用氢侵蚀作用：脱碳生成：脱碳生成CH4.防止防止：钢中加入能形成稳定碳化物的合金：钢中加入能形成稳定碳化物的合金元素，防止氢与钢中的碳反应发生脱碳现元素，防止氢与钢中的碳反应发生脱碳现象。象。合金元素合金元素：铬、钼、钒、钨、钛等。：铬、钼、钒、钨、钛等。36氨合成塔氨合成塔 是在高压、高温下用来使氮气和氢气发生催是在高压、高温下用来使氮气和氢气发生催化反应以进行氨合成的设备。氨合成塔是合成氨厂的心化反应以进行氨合成的设备。氨合成塔是合成氨厂的心脏，是一种结构复杂的反应器脏，是一种结构复杂的反应器。现在工业上氨合成是在压力现在工业上氨合成是在压力 15.230.4MPa、温度、温度400520下进行的，为防止高压、高温下氢气对钢下进行的，为防止高压、高温下氢气对钢材的腐蚀，氨合成塔由材的腐蚀，氨合成塔由耐高压的封头、外筒和装在筒体耐高压的封头、外筒和装在筒体内耐高温的内件组成内耐高温的内件组成。内件外有保温层，操作时进塔的。内件外有保温层，操作时进塔的冷气体流过内、外筒间的环隙，从而避免外筒温度过高。冷气体流过内、外筒间的环隙，从而避免外筒温度过高。这样，这样，外筒外筒只承受高压，可用只承受高压，可用低合金高强度钢制作低合金高强度钢制作。内内件件虽然是在高温下操作，但是只承受氨合成塔进出口的虽然是在高温下操作，但是只承受氨合成塔进出口的压力差，可用压力差，可用耐热镍铬合金钢制作耐热镍铬合金钢制作。37含钼钢和铬钼钢比碳钢耐氢侵蚀性能好，含钼钢和铬钼钢比碳钢耐氢侵蚀性能好，含钼、含钼、铬的量越高，耐蚀性越高铬的量越高，耐蚀性越高。（。（3.0%Cr，1.5%Mo的钢具有相当好的耐氢侵蚀性能）的钢具有相当好的耐氢侵蚀性能）缺点缺点：铬、钼等合金元素加入能引起形成氮化物：铬、钼等合金元素加入能引起形成氮化物的可能性。的可能性。常用材料：常用材料：18-8不锈钢、奥氏体不锈钢不锈钢、奥氏体不锈钢中国中国 抗氢、氮、氨侵蚀的低合金钢：抗氢、氮、氨侵蚀的低合金钢：10MoVNbTi、10MoVWNb （制作化肥生产中（制作化肥生产中400左右的抗氢、氮、氨腐左右的抗氢、氮、氨腐蚀的高压管及炼油厂蚀的高压管及炼油厂500以下的高压抗氢装置）以下的高压抗氢装置）38第四节第四节 不锈钢不锈钢定义定义：不锈钢（：不锈钢（Stainless Steel）指铁基）指铁基合金中合金中铬含量（质量分数）大于等于铬含量（质量分数）大于等于13%的一类钢的总称。的一类钢的总称。将耐大气或弱腐蚀介质腐蚀的钢称为不锈将耐大气或弱腐蚀介质腐蚀的钢称为不锈钢，而将耐强腐蚀性酸类等化学介质腐蚀钢，而将耐强腐蚀性酸类等化学介质腐蚀的钢称为不锈耐酸钢。的钢称为不锈耐酸钢。39特征性能特征性能性性能能特特征征（1 1）不锈钢具有较高的）不锈钢具有较高的耐蚀性耐蚀性，耐热性，耐热性（2 2）不锈钢应具有一定的力学性能，较好）不锈钢应具有一定的力学性能，较好的高温强度，抗氧化性，是低温结构材料。的高温强度，抗氧化性，是低温结构材料。（3 3）不锈钢应有良好的工艺性能。管材、）不锈钢应有良好的工艺性能。管材、板材、型材等要经过加工变形制成构件，板材、型材等要经过加工变形制成构件，因此不锈钢的工艺性也很重要，主要有焊因此不锈钢的工艺性也很重要，主要有焊接性、冷变形性、耐磨性等，是无磁材料。接性、冷变形性、耐磨性等，是无磁材料。40分分 类类按化学成分分类：按化学成分分类：（1）铬不锈钢）铬不锈钢 Cr13型、型、Cr17型钢型钢（2）铬镍不锈钢）铬镍不锈钢 18-8型和型和17-12型钢型钢 超低碳不锈钢、超纯不锈钢、专用钢超低碳不锈钢、超纯不锈钢、专用钢41不锈钢通常按基体组织分为：不锈钢通常按基体组织分为：1、铁素体不锈钢铁素体不锈钢 含铬含铬1230。其耐蚀性、韧性。其耐蚀性、韧性和可焊性随含铬量的增加而提高和可焊性随含铬量的增加而提高，耐氯化物应力腐蚀性耐氯化物应力腐蚀性能优于其他种类不锈钢。能优于其他种类不锈钢。2、奥氏体不锈钢奥氏体不锈钢 含铬大于含铬大于18，还含有，还含有 8左右的镍左右的镍及少量钼、钛、氮等元素。综合性能好，可耐多种介质腐及少量钼、钛、氮等元素。综合性能好，可耐多种介质腐蚀。蚀。3、奥氏体奥氏体-铁素体双相不锈钢铁素体双相不锈钢 兼有奥氏体和铁素体不兼有奥氏体和铁素体不锈钢的优点，并具有超塑性。锈钢的优点，并具有超塑性。4、马氏体不锈钢马氏体不锈钢 强度高，但塑性和可焊性较差。强度高，但塑性和可焊性较差。5、沉淀硬化型不锈钢沉淀硬化型不锈钢42不锈钢耐蚀的原因：不锈钢耐蚀的原因：铁铬合金表面形成了一层铁铬合金表面形成了一层富铬钝富铬钝化膜化膜（1 10mm）。）。提高不锈钢耐蚀性的途径就是在提高不锈钢耐蚀性的途径就是在铁铬合金基础上铁铬合金基础上添加或降低某些元素添加或降低某些元素。43为了提高不锈钢抗点蚀的能力，可以从为了提高不锈钢抗点蚀的能力，可以从改善腐蚀环改善腐蚀环境和材料境和材料两个方面采取相应的措施：两个方面采取相应的措施：（1）减少溶液中的卤素离子浓度减少溶液中的卤素离子浓度，特别在结构设计，特别在结构设计 上要注意尽量避免有溶液的滞留区，防止卤素离子上要注意尽量避免有溶液的滞留区，防止卤素离子 的局部浓缩；的局部浓缩；（2）提高溶液的流速提高溶液的流速，防止杂质附着于金属表面，防止杂质附着于金属表面，因为被杂质覆盖的部分往往供氧不足，容易形成因为被杂质覆盖的部分往往供氧不足，容易形成 钝性钝性-活性电池；活性电池；44（3）添加缓蚀剂，添加缓蚀剂，例如能抑制点蚀的各种例如能抑制点蚀的各种阴离子阴离子OH-、NO3-、SO42-、ClO4-，它们，它们能优先于能优先于Cl-吸附在金属表面而阻止吸附在金属表面而阻止Cl-的作的作用；用；（4）不锈钢中）不锈钢中增加增加Cr、Mo等合金元素；等合金元素；（5）采用阴极保护采用阴极保护，使不锈钢的腐蚀电位，使不锈钢的腐蚀电位往负方向移动至保护电位往负方向移动至保护电位Ep以下而处于钝以下而处于钝化区，则点蚀就不会发生。化区，则点蚀就不会发生。45三、主要合金元素对耐蚀性的影三、主要合金元素对耐蚀性的影响响1、铬（、铬（Cr）：不锈钢中最主要的耐蚀合金）：不锈钢中最主要的耐蚀合金元素元素 铬是热力学不稳定但容易钝化的金属，铬是热力学不稳定但容易钝化的金属，并具有过钝化倾向。并具有过钝化倾向。符合塔曼定律，符合塔曼定律，Cr/Fe的原子数之比的原子数之比为为1/8或或2/8；铬含量越高，耐蚀性越好；铬含量越高，耐蚀性越好；但超过但超过30%会降低钢的韧性。会降低钢的韧性。不锈钢中的元素不锈钢中的元素462、镍（、镍（Ni）：扩大奥氏体相区的元素）：扩大奥氏体相区的元素 镍属于热力学不够稳定的金属，但却镍属于热力学不够稳定的金属，但却比铬、铁稳定。镍也是能钝化的金属，其比铬、铁稳定。镍也是能钝化的金属，其钝化倾向比铁大些，但不如铬。钝化倾向比铁大些，但不如铬。改善钢的塑性及加工、焊接等性能，改善钢的塑性及加工、焊接等性能，提高耐热性。提高耐热性。473、钼（、钼（Mo）由于钼以氧化物形式被固定在这种致由于钼以氧化物形式被固定在这种致密膜中，不易被密膜中，不易被Cl-作用，所以使高铬钼不作用，所以使高铬钼不锈钢对锈钢对酸性氯化物酸性氯化物溶液具有很高的耐孔蚀溶液具有很高的耐孔蚀性能。性能。提高不锈钢抗海水腐蚀的能力，以及提高不锈钢抗海水腐蚀的能力，以及耐全面腐蚀和局部腐蚀的能力。耐全面腐蚀和局部腐蚀的能力。484、碳（、碳（C）（1）扩大奥氏体组织，提高钢的强度；）扩大奥氏体组织，提高钢的强度；（2）与铬形成碳化物，使铬含量相对减）与铬形成碳化物，使铬含量相对减少，形成微电池，降低耐蚀性，易发少，形成微电池，降低耐蚀性，易发生晶间腐蚀。生晶间腐蚀。以耐腐蚀为主的以耐腐蚀为主的不锈钢应降低碳不锈钢应降低碳含量含量（0.08%），随着含碳量的降），随着含碳量的降低，可提高耐晶间腐蚀、点蚀等局部低，可提高耐晶间腐蚀、点蚀等局部腐蚀的能力。腐蚀的能力。495、锰和氮（、锰和氮（Mn和和N）Mn有效扩大奥氏体相区，稳定奥氏体组织，有效扩大奥氏体相区，稳定奥氏体组织，增加氮在钢中的溶解度；但锰会使含铬低的不锈增加氮在钢中的溶解度；但锰会使含铬低的不锈钢耐蚀性降低，加工工艺性能变坏。钢耐蚀性降低，加工工艺性能变坏。氮可提高钢的耐蚀性能；但形成氮化物，氮可提高钢的耐蚀性能；但形成氮化物，易发生点蚀。一般含量易发生点蚀。一般含量0.3%，否则钢材气孔，否则钢材气孔量增多，力学性能变差。量增多，力学性能变差。Mn和和N共同加入节省共同加入节省Ni元素。元素。506、硅（、硅（Si）硅在相应的合金中分别具有耐氯化物腐硅在相应的合金中分别具有耐氯化物腐蚀破裂、耐点蚀、耐浓热硝酸和发烟硫酸、蚀破裂、耐点蚀、耐浓热硝酸和发烟硫酸、抗氧化、耐海水腐蚀（抗氧化、耐海水腐蚀（Cl-）等作用。）等作用。不锈钢随硅含量增加，不锈钢随硅含量增加，耐应力腐蚀破耐应力腐蚀破裂性能显著改善裂性能显著改善。硅改善。硅改善Cr-Ni不锈钢耐应不锈钢耐应力腐蚀破裂性能，是依靠加硅形成的富硅保力腐蚀破裂性能，是依靠加硅形成的富硅保护膜来实现的。护膜来实现的。517、铜（、铜（Cu）铜是低合金钢、不锈钢、镍基合金、铜是低合金钢、不锈钢、镍基合金、铸铁中常用的耐蚀合金元素之一。铸铁中常用的耐蚀合金元素之一。Cr-Ni不锈钢中加入不锈钢中加入2 3Cu，能提，能提高钢对中等浓度热高钢对中等浓度热H2SO4和盐酸的耐蚀性。和盐酸的耐蚀性。另外，不锈钢中加入另外，不锈钢中加入 Cu可以不同程可以不同程度地减弱钢在海水（度地减弱钢在海水（Cl-）中的缝隙腐蚀。）中的缝隙腐蚀。528、钛和铌（、钛和铌（Ti和和Nb）：强碳化物的形成元）：强碳化物的形成元素素 与与C优先形成碳化物，避免或减少碳优先形成碳化物，避免或减少碳化铬化铬 的形成，的形成，降低由于贫铬引起的晶间腐蚀降低由于贫铬引起的晶间腐蚀的敏的敏 感性感性。稳定化不锈钢加钛，焊接材料中加铌。稳定化不锈钢加钛，焊接材料中加铌。53发展方向发展方向 由于不锈钢已具备建筑材料所要求的许多理由于不锈钢已具备建筑材料所要求的许多理想性能，它在金属中可以说是独一无二的，而其想性能，它在金属中可以说是独一无二的，而其发展仍在继续。为使不锈钢在传统的应用中性能发展仍在继续。为使不锈钢在传统的应用中性能更好，一直在改进现有的类型，而且，为了满足更好，一直在改进现有的类型，而且，为了满足高级建筑应用的严格要求，正在开发新的不锈钢。高级建筑应用的严格要求，正在开发新的不锈钢。由于生产效率不断提高，质量不断改进，不锈钢由于生产效率不断提高，质量不断改进，不锈钢已成为建筑师们选择的最具有成本效益的材料之已成为建筑师们选择的最具有成本效益的材料之一。一。不锈钢集性能、外观和使用特性于一身，所不锈钢集性能、外观和使用特性于一身，所以不锈钢仍将是世界上最佳的建筑材料之一。以不锈钢仍将是世界上最佳的建筑材料之一。54（1）尽量低的含碳量）尽量低的含碳量 含碳量越低，耐蚀性越好。含碳量越低，耐蚀性越好。（2）节省资源（）节省资源（Ni）（3）开发可在恶劣环境中使用的）开发可在恶劣环境中使用的不锈钢不锈钢 海水、高温浓硫酸等海水、高温浓硫酸等（4）不锈钢的民用化（质优价廉）不锈钢的民用化（质优价廉）55不锈钢不会产生腐蚀、点蚀、锈蚀或磨损。不锈钢不会产生腐蚀、点蚀、锈蚀或磨损。不锈钢是建筑用金属材料中强度最高的材不锈钢是建筑用金属材料中强度最高的材料之一。料之一。由于不锈钢具有良好的耐腐蚀性，所以能由于不锈钢具有良好的耐腐蚀性，所以能使结构部件永久地保持工程设计的完整性。使结构部件永久地保持工程设计的完整性。高机械强度和高延伸性，易于部件的加工高机械强度和高延伸性，易于部件的加工制造。制造。561 铬不锈钢铬不锈钢（1）Cr13型不锈钢型不锈钢 这类钢一般包括这类钢一般包括0Cr13、1Cr13、2Cr13,3Cr13、4Cr13等钢号，含铬量等钢号，含铬量12 14%。Cr13型不锈钢都经淬火，回火以后使用型不锈钢都经淬火，回火以后使用。淬火温度随含碳量增高及要求硬度的增大而上淬火温度随含碳量增高及要求硬度的增大而上升，保证碳化物充分溶解，以得到高硬度并提升，保证碳化物充分溶解，以得到高硬度并提高耐蚀性。高耐蚀性。0Cr13由于不存在相变，所以不能通过淬火强由于不存在相变，所以不能通过淬火强化。含碳量低，耐蚀性比其它化。含碳量低，耐蚀性比其它Cr13好，在正确好，在正确热处理条件下有良好的塑性与韧性。它在热的热处理条件下有良好的塑性与韧性。它在热的含硫石油产品中具有较高的耐蚀性能。含硫石油产品中具有较高的耐蚀性能。57Cr131Cr13、2Cr13在冷的硝酸、蒸汽、潮在冷的硝酸、蒸汽、潮湿大气和水中有足够的耐蚀性；在淬火、湿大气和水中有足够的耐蚀性；在淬火、回火后可用于耐蚀性要求不高的设备零回火后可用于耐蚀性要求不高的设备零件。件。3Cr13,4Cr13含碳量较高，主要用于含碳量较高，主要用于制造弹簧、阀门、阀座等零部件。制造弹簧、阀门、阀座等零部件。Cr13型马氏体钢在一些介质（如含型马氏体钢在一些介质（如含卤素离子溶液）中有点蚀和应力腐蚀破卤素离子溶液）中有点蚀和应力腐蚀破裂的敏感性。裂的敏感性。58Cr17（2）Cr17型不锈钢型不锈钢 这类钢含碳量较低而含铬量较高，主要钢这类钢含碳量较低而含铬量较高，主要钢号如号如1Cr17,0Cr17Ti,1Cr17Ti,1Cr17Mo2Ti等均属等均属铁素体钢铁铁素体钢铁，加热时不发，加热时不发生相变，因而不可能通过热处理来显著改善钢生相变，因而不可能通过热处理来显著改善钢的强度。的强度。由于含铬量较高，因此对由于含铬量较高，因此对氧化性酸类的耐氧化性酸类的耐蚀性良好蚀性良好，可用于制造硝酸、维尼纶和尿素生，可用于制造硝酸、维尼纶和尿素生产中一定腐蚀条件下的设备，还可制作其它化产中一定腐蚀条件下的设备，还可制作其它化工过程中腐蚀性不强的防止产品污染的设备。工过程中腐蚀性不强的防止产品污染的设备。59Cr17缺点：缺点：（1）高温脆性）高温脆性（2）晶间腐蚀）晶间腐蚀601Cr17Ni2在在Cr17型的基础上加镍和碳由于镍和碳均为稳型的基础上加镍和碳由于镍和碳均为稳定奥氏休元素，所以加热到高温时有部分铁素定奥氏休元素，所以加热到高温时有部分铁素体转变为奥氏体，这样淬火时能得到部分马氏体转变为奥氏体，这样淬火时能得到部分马氏体，提高其机械性能。体，提高其机械性能。优点优点：较高的耐蚀性和机械强度；：较高的耐蚀性和机械强度；缺点缺点：热脆性敏感。：热脆性敏感。常用于既要求有高强度又要求耐蚀的设备，常用于既要求有高强度又要求耐蚀的设备，如硝酸工业中氧化氮透平鼓风机的零部件。如硝酸工业中氧化氮透平鼓风机的零部件。61经济评价经济评价 铬不锈钢与铬镍不锈钢相比价格铬不锈钢与铬镍不锈钢相比价格较低，但由于其脆性、焊接工艺等问题，较低，但由于其脆性、焊接工艺等问题，化工过程中应用不多化工过程中应用不多，多用于腐蚀性不，多用于腐蚀性不强或无压力要求的场合。强或无压力要求的场合。622 铬镍奥氏体不锈钢铬镍奥氏体不锈钢 铬镍奥氏体不锈钢是目前使用铬镍奥氏体不锈钢是目前使用最广泛的不锈钢。其中最常见的是最广泛的不锈钢。其中最常见的是18-8型不锈钢型不锈钢，又包括加铌或钛的，又包括加铌或钛的稳定型不锈钢，加钼的钢种及其他铬稳定型不锈钢，加钼的钢种及其他铬镍奥氏体不锈钢。镍奥氏体不锈钢。优点优点：良好的耐蚀性