第五章别锈钢抗腐蚀性能

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别锈钢的普通特性

表面美观，可使用性能多样性；

耐腐蚀性能好，可用于弱腐蚀及各种介质环境较强腐蚀；

强度硬度广泛，使用各种性能要求；

耐高温、低温性能好，使用温度适用范围大；

加工性能好；

可焊性好。

但从别锈钢定义能够看出，别锈钢与其他钢的区不算是别锈性，耐腐蚀性，因此我们研究一下它为啥别锈。

金属的腐蚀类型

金属的腐蚀，是金属与身边介质发生化学或电化学反应而发生破坏的现象。金属的抗腐蚀或耐腐蚀性是指金属反抗腐蚀作用的能力。

化学腐蚀

化学腐蚀是指金属与身边介质直截了当发生化学反应而产生的腐蚀，例如钢在高温下氧化，算是一种典型的化学腐蚀，其产物沉积在金属表面上，也有人把这种腐蚀叫干腐蚀。

假如金属表面形成的腐蚀产物很致密，则金属与腐蚀介质就会隔离，腐蚀就会阻滞，例如钢铁零件的蒸汽处理，法兰（黑）处理，算是使零件表面生成一层致密的Fe3O4薄膜，零件别再与身边介质发生接触，防止其化学反应的举行，零件便被爱护起来了。

电化学腐蚀

电化学腐蚀是金属与身边介质接触，由于电化学作用而引起表面腐蚀的现象。例如钢在室温下的生锈要紧是电化学腐蚀，在电化学腐蚀过程中有电流产生，电化学腐蚀是由于别同的金属之偶尔同种金属的各相之间存在别同的电极电位，且相互碰撞，并存在于同一种电解溶液中构成分数电池而引起的。如图5-1。

碳素钢在退火或正火状态下的组织是由铁素体和渗碳体组成的，并相互接触。渗碳体的电极电位普通比铁素体高，两相之间存在着电位差，当钢表面有水膜时，加上空气中O2等气体的溶解，在铁素体和渗碳体之间构成一微电池，电极电位低的铁素体称为阳极而被腐蚀引起钢的破坏。假如将钢件放在酸、碱、盐等水溶液中，电化学腐蚀作用更快。钢中的碳化物、夹杂物等，各部分组织和成分别均，内部应力别均，都促使各部分在电解质中促使相互间形成电极位差。这种电极位差愈大，微阳极与微阴极间的电流强度愈大，钢的腐蚀速度也愈大。

有人把电化学腐蚀称为湿

腐蚀，电化学腐蚀能否举行，

取决于金属能否被离子化，

金属离子化的趋势，能够用

金属的标准电极电位（εσ）

来讲明。定性的讲，金属标

准电极电位越负，则越容易图5-1碳素钢在潮湿空

离子化。气中产生电化学腐蚀示意图

纯金属的耐腐蚀

纯金属有的耐腐蚀，有的别耐腐蚀，其耐腐蚀缘故有以下三个方面缘故。

由于热力学稳定耐腐蚀

各种纯金属的热力学稳定性的大小，可由其标准电极电位做出近似推断。标准电位较高（较正）者，热力学方面较稳定，标准电位较低（较负）者，热力学方面的稳定性也较低。

金属电位是在一定条件下测定的，依照标准电位分为4类，别稳定类有Fe,Cr,Mn,Ti,AL,V,Zn等，别够稳定类有Ni,Mo,Co,Sn,Pb等，较稳定类有Bi,Si,As,Cu等，稳定类有Pd,Pt,Au等。

金属热力学是每种金属的固有特性。

由钝化而耐腐蚀

热力学别稳定金属中，有很多在适当条件下也能发生钝化而转化为耐腐蚀，如锆、鈦、铬、镍、铁等。多数也许钝化的金属基本上在氧化性介质中钝化，如在硝酸或在强烈通气溶液中等，而在Cl-,Br-,F-等离子作用下，钝态容易遭到破坏。

由于生成爱护性良好的腐蚀产物膜而耐腐蚀

热力学别稳定的金属中，除因钝化而耐腐蚀外，还有因在腐蚀初期或一定时期成致密爱护性能良好的腐蚀产物而耐腐蚀的，如铅在硫酸溶液中，铁在磷酸溶液中。

上面讲的是纯金属耐腐蚀原理，从纯金属到合金含有合金化的咨询题，加啥合金元素，怎么经过合金化取得相应的成分或经过热处理

取得适宜的组织，以及怎么操纵杂质和夹杂物，才干提高合金的耐腐蚀性，这算是我们要研究和解决的咨询题。

提高合金耐腐蚀用途

腐蚀过程妨碍因素

妨碍腐蚀的因素能够经过下式表达：

I=k

2E

c

o—E

A

o

P

C+P

A

+R

I腐蚀电流，与腐蚀率成正比

Eco—E

A

o腐蚀体的阴阳极反应时的平衡电位差

PC、P

A

分不是腐蚀过程的阴阳极极化率

R腐蚀体系电阻

k—常数

式中Eco—EAo是腐蚀推动力，代表腐蚀体的热力学稳定性。在PC、PA、R别变的条件下，Eco—EAo越小，则腐蚀电流越小，腐蚀率越低。

Eco是阴极平衡电位，EAo是阳极平衡电位，如果在一定介质中Eco别变，假如可提高EAo则可减少腐蚀电流，这是热力学稳定方面思考，譬如在铜中加入金，镍中加入铜，铬中加入镍。都能够提高阳极平衡电位EAo这是因为加入的合金的高电极电位滞接结了合金。

在动力学方面最好是依照腐蚀过程的操纵因素寻求相应的合金化途径。譬如：减少阴极面，如减少作为阴极的第二相，或夹杂物；减弱阳极活动，或加易钝化元素，譬如在铁中加12-30%鉻，可使合金表面生成电阻极大的腐蚀产物。钢在大气中腐蚀产物假如是非晶状态

氢基氧化铁FeOx(OH)3-2X,则由于致密而具有爱护性，钢中加Cn,P则促使这种爱护膜的形成，如10MnPNbRe牌号刚,算是依照那个原理研制成的耐大气腐蚀钢，XXXSPA-H,SPA-C基本上这类钢。下面重点讨论的是最有效同时是切实可行的铁中加铬对对电极电位和钝化作用的妨碍。

别锈钢耐腐蚀机理

铬使铁基固溶体的电极电位提高

每种金属都有自个儿的标准电极电位，这种标准电极电位是比较办法测得的。铁的电极电位较低，为，实践证明把铬加入铁基固溶体后，可使其电极电位提高，当达到一定浓度时这种提高发生突变，即当铬含量达到1/8,2/8,3/8……原子比时，铁基固溶体的电极电位呈跳跃式提高，腐蚀也所以减弱，如图2-2。

当铁—铬固溶体中含铬量达到1/8（即%）原子那个n/8定律的第一具突变值时，即可使其电位有跃升到+伏，这时就能反抗大气、水蒸气及稀硝酸的腐蚀。假如需反抗更高浓度酸（如沸腾浓硝酸）的腐蚀，就要增加含铬量，使达到n/8定律的第二个突变值25%原子浓度或更多。

极化作用

当电流经过原来电池开始流淌的眨眼，在电极上产生化学变化，这些变化试图建立一具新的与原来电池电压方向相反的伏打电池，这种新的反电压称为极化。由于其方向与原来电池的电压方向相反，从而使原来的电池电压受到削弱。这算是讲由于极化使得腐蚀电池中金

属的各电位彼此相互接近。为了提高金属材料的耐腐蚀性，能够经过提高其极化性能来实现，别锈钢极化曲线如图5-2

按电极分，A为活化区，P为

钝化区，T为过钝化区。经过阳

极极化曲线（ε阳）及相关的阳

极极化曲线，1、2、3、4可求

的腐蚀电位和腐蚀电流密度的

阳极极化曲线与阴极极化曲线

的变点A、B、C、D、E、F。图5-2别锈钢的极化曲线

金属或合金在别同条件下，其电化学腐蚀有四种状态：一是活化状态，腐蚀电流强度较大，腐速度较快；二是相对稳定状态，即金属处于能够钝化，也能够活化状态；三是钝化稳定状态，金属只处于钝化状态，而且是稳定的，可以自动钝化，惟独非常小的腐蚀电流，腐蚀速度非常小；四过钝化状态，金属处于过钝化状态时有较高的腐蚀电流。

钝化：有人讲“别锈钢的别锈性和耐腐蚀性是指其对遭到身边环境腐蚀的反抗能力，或者讲其对腐蚀产生的迟钝程度，简称钝化”。例如铝从电动顺序来看腐蚀速度应该较高的，但是实际上，铝除在卤化物外的非常多介质中都具有较强的耐腐蚀能力，这种现象算是钝化。对于钝化的解释要紧有两种；一具是薄膜钝化理论，一具是鉻汲取铁元子理论。

别锈钢耐腐蚀性能评价

别锈钢在大气及弱腐蚀介质中的腐蚀速度和耐酸钢在各种强烈腐

蚀介质中的腐蚀速度小于α（毫米/年），就以为是“彻底耐腐蚀”；腐蚀速度小于α，就以为是“耐腐蚀”；腐蚀速度大于α，就以为是“别耐腐蚀”。另外也有将金属材料耐腐性能按下表分类的：

金属材料耐腐蚀性能分类评级标准

合金元素在别锈钢中的作用

碳

碳对扩大奥氏体区的作用是镍的30倍，但为了得到奥氏体别锈钢，从来没有利用碳的这一作用，因为碳的加入落低奥氏体钢的耐腐蚀，尤其是落低奥氏体别锈钢的耐晶间腐蚀性能，碳愈高晶间腐蚀倾愈大。

马氏体别锈钢为了提高强度要求加入较多的碳，奥氏体钢中除作耐钢使用的如TP304H、TP347H、TP321H、TP309H……等，要求将碳操纵在一定范围，其它包括铁素体别锈钢、双相别锈钢均要求碳含量

小于某一定值。如0Cr18Ni9C≤%、1Cr18Ni9C≤%、1Cr18Ni9TiC≤%,超低碳钢要求碳小于%，其它除个不的牌号外，大多数要求小于%。小于多少，是讲最高别能超过那个值，而别操纵下限，正如文献指出那样，碳是别受欢迎又没法去除的元素。

氮

氮扩大奥氏体区的能力是镍的25~30倍，为了节镍曾进展了一些以Mn、N代替镍的奥氏体别锈钢，如12Cr17Mn6Ni5N,12Cr18Mn9Ni5N等。在极低碳的奥氏体别锈钢中，氮即使在非常低的范围内，晶间腐蚀倾向也随氮含量的增加而增加，而在高氮含量范围内，氮别仅无害，而且是有益的元素，因此进展了很多含氮别锈钢牌号，如00Cr18Ni10N，00Cr19Ni9N等。

铬

在别锈钢的合金元素中，铬是最重要的元素，能够如此讲，几乎没有一种别锈钢别含铬，所以对别锈钢来讲铬是起决定性作用的元素。

惟独当铬在铁基固溶体中原子比达到1/8时，如前面所讲钢的电极电位会跳跃式增高，钢的耐腐蚀性才会明显提高。1/8原子比，即%原子比，假如这算成质量百分数则为：

因此有人把别锈钢的最低鉻含量定为%，并以为惟独含量高于那个下限值时才能够称为别锈钢，别锈钢鉻含量的上限为30%。

镍

镍是奥氏体别锈钢中的要紧合金元素，形成并稳定奥氏体，使钢

获得彻底奥氏体组织，加入镍并且提高钢的热力学稳定性，使之与相同鉻、钼含量别加镍的铁素体、马氏体别锈钢相比，有更好的别锈性和耐氧化性介质的性能；在如醋酸、草酸中性盐（特殊是硫酸盐）等介质中，镍的添加对提高耐腐蚀性能都有作用。镍除了强氧化性硝酸外，对抗其它介质的腐蚀基本上有益的。

锰

以锰代镍会提高奥氏体别锈钢的强度，文献以为锰对耐腐蚀性并没有啥有益的妨碍，有试验结果证明有时是有害的，如对点腐蚀、尿素介质腐蚀。

但也有人指出锰可大大提高鉻别锈钢在有机酸（如醋酸、甲酸、乙醇酸）中的耐腐蚀性，并以为使鉻别锈钢达到钝化状态作用比镍更强。

钼

钼可提高钝化膜强度，增加耐局部腐蚀性，如点耐腐蚀、缝隙腐蚀，特殊是在卤盐或海水中有氯离子的事情下。钼还能够提高有氯化物存在的介质中的应力腐蚀断裂抗力，钼还能提高鉻镍别锈钢的钝化能力，扩大别锈钢的钝化介质范围，如在热硫酸、稀盐酸、磷酸及有机酸中，含钼钢都有中意的使用效果。

鈦、铌

鈦、铌在奥氏体别锈钢中能优先形成碳化合物、氮化物，别仅可提高耐热别锈钢的持久强度，而且是防止晶间腐蚀的有效添加元素。

依照粗略计算，将奥氏体钢中的全部碳固定为Tic或Nbc所需

的鈦、铌含量分不为%和%，思考到鈦、铌要与钢中氧、氮形成氧化物、氮化物，使有效含量相对落低，因此在目前标准中规定18Cr~8Ni奥氏体钢中的鈦含量为5×（）%~%或5×C%~%，铌含量为很多于10×C%。在别同标准中对于鈦、铌含量的规定略有别同。正是依照Ti、Nb在钢中的作用和最适合的含量，而诞生了如1Cr18Ni9Ti、0Cr18Ni10Ti、0Cr18Ni12Mo3Ti等