不锈钢的冶金学与耐腐蚀原理(共4页).doc

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1、精选优质文档-倾情为你奉上不锈钢的冶金学与耐腐蚀原理人们平时经常要使用到不锈钢。其实不锈钢的名字起得有点问题。不锈钢也会生锈。那为什么不锈钢有时候闪闪发亮，又有时与期望的外表相悖呢？让我们一起从几个方面来了解一下不锈钢。1、成分和一般性能一般地，固态金属和合金都是由不规则排列的晶粒构成的，这些晶粒有着确定的结晶状组织叫晶格。不锈钢中以晶粒的晶体结构成为铁素体、奥氏体、马氏体，或其中两种或多种的混合体。铁素体是常温下铁和低碳合金的基本晶体结构，奥氏体则是在高温（800）的晶粒中纯铁的结晶方式。如果在铁或铁铬合金（铁素体组织）中加入Ni、Mn、N、C，就会形成在常温下稳定的面心立方体晶格，即为奥氏

2、体。所形成的材料称为奥氏体不锈钢，这样的不锈钢容易成型和弯曲，容易焊接。（如常见的18-8不锈钢）。马氏体在常温下很稳定，它比较接近于铁素体，体心结构。马氏体硬度高，强度好，难以焊接，实际上马氏体合金很少进行变形处理。合金获得耐腐蚀性能的主要化学元素是铬（Cr），在耐腐蚀金属材料中，关于Cr对材料耐腐蚀性能的影响有一个著名的n/8定律。即当Cr在金属中的质量百分比为1/8、2/8、3/8时，金属的耐腐蚀性能就有一次突变。当Cr含量达到11%-14%，金属在大气环境下的腐蚀就可以忽略不计，这就是不锈钢名字的来历。化学元素镍（Ni）是不锈钢中作用仅次于Cr的元素，它是奥氏体稳定化元素。随钢中Ni含

3、量的增加，奥氏体的数量也增加，稳定化温度越低，使得人们可以在室温下得到稳定的奥氏体材料。锰（Mn）在不锈钢中的作用类似于Ni，用Mn代替Ni可以提高不锈钢的强度。钼（Mo）可以增强耐点蚀、缝隙腐蚀的能力氮（N）可以增强耐缝隙腐蚀能力，提高强度，同时稳定奥氏体。Cu、Si等元素可以提高耐腐蚀能力，改善铸造性能。2、常用不锈钢系列(1).奥氏体不锈 钢指的是Fe-Cr-Ni和Fe-Cr-Mn-Ni合金。晶粒中具有奥氏体相或面心立方晶体结构，这是由加入的合金元素Ni、Mn和N抑制奥氏体/铁素体转化温度，使常温下奥氏体稳定而得到的。奥氏体不锈钢没有磁性，主要为18-8不锈钢（如1Cr48Ni9Ti），

4、含18-20%的Cr,8-10.5%Ni(2).铁素体不锈钢 指的是Fe-Cr合金。焊接难度很大，具有磁性，冷加工可以使之硬化。如1Cr19Mo2Ti等(3).马氏体不锈钢 也是Fe-Cr合金，但是碳（C）的含量高于铁素体钢。具有磁性，热处理可以使之硬化，焊接制作难度大。(4).沉淀硬化或失效硬化不锈钢 Fe-Cr-Ni合金。在加热到中高温500-900并保温一段时间后会产生沉淀，出现一些由合金元素形成小颗粒的化合物，会使晶格扭曲，使材料硬化或强化。这种材料只要用于对强度和耐腐蚀性能很高的环境。如S17400合金等。许多这样的材料可以在退火状态下进行加工。最好的用途之一是高尔夫球杆。 (5).

5、奥氏体-铁素体双相不锈钢 通常是Fe-Cr-Ni合金，是著名的耐腐蚀金属材料。有时候也含有Mo等元素。其强度好于一般的奥氏体材料，耐腐蚀性能在有氯离子存在的氯化物应力腐蚀环境中尤其突出。关于不锈钢的生产，现在一般采用电弧炉冶炼后炉外精炼的的方法，精炼时使用氩氧脱碳（AOD）或真空脱碳（VOD），可以生产出更纯、更洁净、成分控制更好的不锈钢。不锈钢的耐腐蚀性能会受到生产中的机械加工和热加工的影响。奥氏体不锈钢一定要用退火状态的。这个退火与一般碳钢和低合金钢的退火不同，他们的是从退火温度缓慢冷却，而奥氏体不锈钢的退火是快速冷却，是在退火温度1040-1130保温后在淬火介质中淬火。退火不足或不当都

6、可能使奥氏体不锈钢遭受晶间腐蚀，这是因为晶界处会有沉淀的碳化物析出。不锈钢在大气或水溶液中的耐腐蚀性能主要是Cr等元素提高了金属材料的平衡电极电位，从而阻止了微电池的阳极，也就是金属的氧化。不锈钢能耐腐蚀是因为表面上可以形成一层致密的钝化膜，这层钝化膜可以在受到破坏后自行修复，它能够使金属和腐蚀介质分隔开。就是这层钝化膜的作用，使得不锈钢不会遭受均匀腐蚀，能使不锈钢失效的腐蚀行为都是局部的腐蚀如点蚀、缝隙腐蚀、晶间腐蚀、应力腐蚀开裂等。现在我们说说不锈钢的点蚀和缝隙腐蚀。点蚀是金属表面不同位置局部性的腐蚀。点蚀可以穿透钝化膜向下发展。缝隙腐蚀发生在金属和距离它很近的不导电的物体之间，经常扩展到

7、缝隙之外。这两种腐蚀形态在有氯化物存在时最容易发生。出现点蚀的原因是不锈钢表面受损、有杂质、有缺陷或表面沾有脏东西。缝隙腐蚀则一般发生在材料与垫片的连接处、有氧化皮或硬的生物附着物的地方和金属搭接处。由于侵蚀面积比金属总面积小的多，所以腐蚀很快很严重。有氯化物存在时尤其严重。点蚀和缝隙腐蚀很相象，基本原理是一样的，但在暴露的钢板上是不会发生点蚀的，却可以发生缝隙腐蚀，因为钢板往往是一张压一张地放在一起的。不锈钢中加入元素Mo可以提高耐点蚀性能和耐缝隙腐蚀性能。另外完善的设计和良好的制作工艺可以使钢材表面平滑、没有尖锐的角并可以使压在两张钢板之间缝隙里的水之类的流体介质排出，同样有助于提高耐点蚀

8、和缝隙腐蚀能力。不锈钢的晶间腐蚀：如果奥氏体的普通碳含量（0.03-0.08%）被加热到425-815，晶界处有碳化铬析出，其结构被“敏化”。晶粒周围的贫铬区在某些介质中，特别是酸中被容易被侵蚀。在退火、消除应力或成型和焊接过程中，加热时操作不当会使不锈钢处于这一临界温度范围。腐蚀从表面开始，向晶界处发展，直到晶粒被分离开。处热处理外，解决敏化的方 式有两种，一是在可以出现晶间腐蚀的部位换用低碳不锈钢，如304L，另一种是用Ti进行“稳定化处理”，如321、347等。在第一种情况下，钢中的C不能形成大量的碳化铬,不会造成晶界处铬的减少。二种情况下，碳事先与Ti反应结合，不会再与Cr发生反应。不

9、锈钢的应力腐蚀开裂：奥氏体不锈钢在氯化物环境下会发生应力腐蚀开裂。另外一些其他的金属材料如氨环境下的铜合金、强碱溶液中的碳钢和低合金钢也会发生应力腐蚀开裂。氯化物应力腐蚀开裂是奥氏体不锈钢由于环境造成的裂纹的主要形式。它需要有氯离子、拉伸应力和高温同时作用。如果这三种因素都处于中等水平，当环境中有氧气时，也会发生开裂。所需要的拉伸应力必须是残余应力，而不是施加的应力。并不是说不锈钢受到负荷就会产生裂纹，还要看它是怎么样加工和焊接的。正确退火时，材料裂纹的特点是穿晶的，穿过晶粒。热处理不当和晶界处有碳化物析出的焊接热影响区，裂纹是晶间的，在晶界处。一般来说，铁素体和双相不锈钢耐应力腐蚀开裂的性能

10、更好，而且经常在一些不适合使用奥氏体不锈钢的场合作为奥氏体不锈钢的替代品。其实，奥氏体不锈钢的Ni含量达到20%以上耐腐蚀性能也会大大提高。铬含量在17%-23%，镍含量17%-26%，钼含量6%-7%的材料具有很好的耐应力腐蚀开裂的性能，如超级不锈钢。但是要想使奥氏体不锈钢真正免除应力腐蚀裂纹，Ni的含量必须控制在35%以上。（这样的材料是很贵的，价格很高，国内一般的单位是用不起的。）不锈钢的电蚀（电偶腐蚀）：这种腐蚀形态一般不会影响不锈钢，但是会腐蚀与之接触的其他材料，因为不锈钢的平衡点极电位比常用的其他金属材料要正。至此，关于不锈钢的冶金学和耐腐蚀性能大致上就说完了。由于本人水平有限，在

11、这里只是做了一个简单的陈述。本文是我对2002国际腐蚀控制大会，加拿大镍发展协会资料的总结，原来篇幅比较大，这里我只根据自己的经验写出一点点提纲。关于不锈钢还有另外两个话题，就是他们的规格划分和表面加工。一般不锈钢材可分为很多形式规格。中厚板是指宽度大于254mm,厚度大于4.76mm,的热轧板材，表面较粗糙。薄板是指宽610mm以上，厚4.76mm以下的轧制板材。带钢是宽度在610mm以下，厚度不超过4.76mm的轧制板材。此外还有条与棒材、线材、管材、各种型材等等。购买使用不锈钢一定要明确所需要的表面。表面有以下标准要求：1、No.1表面或HRAP热轧、退火和酸洗（化学除鳞）是不锈钢中板材

12、的常用表面。对于厚度在4.76mm以上的产品，其他表面必须特别指定。该表面比较粗糙，缺陷可能会比冷轧或其他表面标准要多。一般用于工业。对光滑度要求不是很高2、No.2B表面，用抛光锟对经过退火/除鳞的板材进行最终轻度的冷轧，可以生产出这样的表面。这样的表面可以直接使用，也可以再抛光处理。这种表面经常用于薄板和带材。3、No.4表面。是一种通用抛光表面，主要用于薄板和带材。是在2B表面上先用粗砂带打磨，最后再用120-150目的砂带抛光。表面上不会留下未抛光表面上常沾染的手印或水渍印。4、电解抛光表面，表面经过电化学电解，如同镜面。一般认为这种表面容易清理和敏化，而且耐腐蚀性能好。这种表面用于食品酿造工业专心-专注-专业