3 合金元素对不锈钢耐蚀性能的影响.doc

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1、3合金元素对不锈钢耐蚀性能的影响影响不锈钢耐蚀性的因素很多，本部分及以下部分重点讨论不锈钢点腐蚀和晶界腐蚀的影响因素，大致可以分为内在因素和环境因素两大类。环境因素包括温度、湿度、PH值、氯离子浓度等。内在因素主要有钢的化学成分（合金元素）、微观组织、金属表面粗糙度等，其中化学成分，即合金元素，是最根本的内在因素。本部分总结了多种合金元素对不锈钢的电腐蚀和晶界腐蚀性能的影响。表3-1合金元素对不锈钢的作用添加目的合金元素CrNiMnNTiNbSiMoCuCSSeAl形成铁素体中———强中中中————强形成奥氏体—中弱强————弱强———形成碳化物中—弱—强强—弱—————耐氧化性酸强

2、—————中——————耐还原性酸—强————中强强————抗晶界腐蚀————强强中弱—————抗点蚀——————中强—————抗应力腐蚀—强———————————抗氧化性强中——中—强—————强抗高温蠕变—中弱中中强—中—中———降时效硬化————中强中—中———中细化晶粒———弱强中———————提机加性能——————————强强—大量研究报道了不同合金元素对不锈钢性能的影响，数据结果如表3-1所示。关于合金元素对不锈钢耐蚀性能的具体影响如下：铬（Cr）：铬是增加不锈钢耐蚀性能的基本元素之一,铬主要作用是提高钢的钝化膜的修复能力或称再生能力，提高不锈钢的耐点蚀性能。铬含量增加时

3、，有利于贫铬区与富铬区含铬量的平衡，从而降低了晶间腐蚀的敏感性。一般不锈钢中的铬含量必须在12%以上。镍（Ni）：镍是优良的耐腐蚀材料，也镍是不锈钢的主要元素之一，提高奥氏体含量，同时提高钢的抗腐蚀能力。没有铬，只有含镍27％时才使钢在某些介质中的耐腐蚀性能显著改变，所以镍不能单独构成不锈钢。镍在不锈钢中的作用在于它使高铬钢的组织发生变化，使不锈钢的耐腐蚀性能获得改善， 不仅能耐酸（如硫酸、醋酸、草酸），而且能抗非氧化性介质的耐蚀性，如碱和大气的腐蚀，中性盐等，但对高温含硫气体不耐腐蚀。  碳（C）：碳元素对不锈钢的组织和性能有很大影响。一方面它是稳定奥氏体的元素,并且作用很大,相当

4、于镍的30倍；另一方面由于碳与铬的亲和力很大,能和铬形成一系列的复杂碳化物，含碳量越高，形成的碳化物就越多，铬的消耗量就越大，使得晶间腐蚀性能越差[15]。钼（Mo）和钨（W）：钼能降低不锈钢表面钝化膜中的缺陷浓度，使不锈钢表面生成很致密而牢固的钝化膜[16]，显著提高不锈钢在磷酸、硫酸及各种有机酸（如蚁酸、醋酸,草酸等）、过氧化氢、硫酸盐、酸性染料、漂白粉等中的耐蚀性。尤其是抗氯离子点蚀性能,实验发现随钼含量的增加点蚀电位迅速提高,腐蚀数率很快降低。可能是因为，一方面钼的加入使钝化膜中含有稳定性更高的六价钼的化合物（可能为氧化物、氢氧化物或钼酸盐），提高了钝化膜的耐蚀性；另一方面钼

5、在活性金属表面形成不易被溶解的氧化钼或钼酸盐（Mo6+），有效的降低了活性区的溶解速率[17,18]。304不锈钢中的金属元素钨（W）钨的作用与钼的作用大致相同，且六价钨（W）氧化物的稳定性要高于六价钼（Mo）氧化物。钛（Ti）和铌（Nb）的影响：钛和铌与碳的亲和力较强，能够生成稳定的TiC和NbC并均匀的分布在基体中，以避免碳与铬结合形成碳化铬，从而减少了晶界贫铬区的产生，因此它们被称为稳定化元素，提高不锈钢的耐晶界腐蚀能力，Nb的抗晶界腐蚀能力比Ti高。铜（Cu）元素的影响:铜是稳定奥氏体的元素，铜加入铬不锈钢可以提高耐腐蚀性能。Cu对不锈钢腐蚀行为的影响，普遍认为是Cu2+在活

6、性表面的富集，抑制了不锈钢的阳极溶解，而钝化膜形成的难易程度与基体中Cu的含量相关[19]。Si可以与Cu发生协同作用，提高了Cu抗腐蚀的效果。锆（Zr）和钒（V）的影响：研究人员还对元素锆与元素钒微量添加于不锈钢之中的作用进行了研究，结果表明锆元素能有效的改善钢液中夹杂物的形态和分布，具有一定的精炼作用，但降低了铸造不锈钢的耐腐蚀性能；钒元素对改善铸造不锈钢的组织，提高耐腐蚀性能有益，但影响不明显。氮（N）：氮有稳定奥氏体的作用，可增强不锈钢的抗局部腐蚀（点蚀及缝隙腐蚀）能力，并能减少σ相析出，防止高温脆性，使奥氏体具有良好的抗敏化能力。M.B.Ives等人[20]认为氮可能形成N

7、H4+与自由Cl-离子结合成化合物，降低不锈钢的阳极溶解速率，即减低点蚀形成过程的自催化效应。阳极溶解的过程中，表面形成氮化物可阻碍钼的溶解，使钼驻留在钝化膜内，因此提高不锈钢的局部腐蚀性能。实验观察还发现氮化铁在酸性溶液中更容易溶解，而铬和钼的氮化物则更稳定，因此氮的存在会加速有益元素铬或钼在蚀孔表面偏聚，形成耐蚀性能更好的钝化膜[21]。氮还有提高抗高温氧化的能力（900℃），渗氮处理后的不锈钢表面氧化速率降低，且不易形成氧化铁[22]。氮在钢中的溶解