第四章 不锈钢和耐热钢

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1、第四章不锈钢和耐热钢第一节金属材料的腐蚀一、定义材料腐蚀（material,corrosionof）是材料受周围环境的作用，发生有害的化学变化、电化学变化或物理变化而失去其固有性能的过程。按照热力学的观点，腐蚀是一种自发的过程，这种自发的变化过程破坏了材料的性能，使金属材料向着离子化或化合物状态变化，是自由能降低的过程。人类开始使用金属后不久，便提出了防止金属腐蚀的问题。古希腊早在公元前就提出了用锡来防止铁的腐蚀。我国商代就已经用锡来改善铜的耐蚀性而出现了锡青铜。同任何的“破坏”效应一样，材料腐蚀的“

2、害”和“利”，取决于人们的意愿和用途。一方面，对于材料腐蚀来说，结构部件的腐蚀是有害的，这是一种导致材料严重损坏的失效方式；另一方面，利用腐蚀现象进行电化学加工、制备信息硬件的印刷路线、制取奥氏体不锈钢的粉末等，腐蚀却对人们有利。二、腐蚀的分类材料腐蚀发生在材料表面，常见的是金属材料腐蚀。通常环境介质对材料有各种不同的作用，其中有多种作用可导致材料遭受破坏，但只有满足以下两个条件，才称为腐蚀作用：①材料受介质作用的部分发生状态变化，转变成新相。②在材料遭受破坏过程中，整个腐蚀体系的自由能降低。按腐蚀反

3、应进行的方式分为化学腐蚀和电化学腐蚀。前者发生在非离子导体介质中；后者发生在具有离子导电性的介质中，故可通过改变材料的电极电位来改变腐蚀速度。按材料破坏特点分为均匀腐蚀、局部腐蚀和选择性腐蚀。均匀腐蚀指材料表面各处腐蚀破坏深度差别很小，没有特别严重的部位，也没有特别轻微的部分。局部腐蚀是材料表面的腐蚀破坏集中发生在某一区域，主要有孔蚀、缝隙腐蚀、晶间腐蚀等。选择性腐蚀是金属材料在腐蚀介质中，其活性组元产生选择性溶解，由金属材料合金组分的电化学差异所致。按腐蚀环境又分为微生物腐蚀、大气腐蚀、土壤腐蚀、海

4、洋腐蚀和高温腐蚀等。三、金属腐蚀1、定义金属腐蚀（corrosion）是当金属与周围介质接触时，由于发生化学作用或电化学而引起的破坏叫做金属的腐蚀。各类金属结构一般在大气干湿交替或浸水条件下工作，金属与水或电解质溶液接触，极易发生电化学反应而受到的破坏。金属的锈蚀是最常见的腐蚀形态。腐蚀时,在金属的界面上发生了化学或电化学多相反应,使金属转入氧化(离子)状态。这会显著降低金属材料的强度、塑性、韧性等力学性能，破坏金属构件的几何形状,增加零件间的磨损，恶化电学和光学等物理性能，缩短设备的使用寿命,甚至造

5、成火灾、爆炸等灾难性事故。美国1975年因金属腐蚀造成的经济损失为700亿美元,占当年国民经济生产总值的4.2％。据统计,每年由于金属腐蚀造成的钢铁损失约占当年钢产量的10—20%.金属腐蚀事故引起的停产、停电等间接损失就更无法计算.2、金属腐蚀的本质　　金属在腐蚀过程中所发生的化学变化，从根本上来说就是金属单质被氧化形成化合物。3、金属腐蚀的途径　　这种腐蚀过程一般通过两种途径进行：化学腐蚀和电化学腐蚀。 （1）、化学腐蚀单纯由化学作用而引起的腐蚀叫做化学腐蚀。化学腐蚀多发生在非电解质溶液中或干燥气

6、体中，腐蚀过程中无电流产生，腐蚀产物直接生成在腐蚀性介质接触的金属表面。例如，电气、机械设备的金属与绝缘油、润滑油、液压油以及干燥空气中的0２、H２S、SO2、Cl2等物质接触时，在金属表面生成相应的氧化物、硫化物、氯化物等。影响化学腐蚀的因素:金属的本性、腐蚀介质的浓度、温度。例如，钢材在常温空气中不腐蚀，而在高温下就容易被氧化，生成一层氧化皮(由FeO、Fe2O3、和Fe304组成)，同时还会发生脱碳现象。这是由于钢铁中的渗碳体(Fe3C)被气体介质氧化的结果。有关的反应方程如下：Fe3C+O2＝

7、3Fe十C02Fe3C+CO2＝3Fe十2COFe3C+H20＝3Fe十CO十H2反应生成的气体离开金属表面，而碳便从邻近的尚未反应的金属内部逐渐扩散到这一反应区，于是金属层中含碳量逐渐减小，形成了脱碳层(见上图)。钢铁表面由于脱碳致使硬度减小和疲劳极限降低。再如，原油中多种形式的有机硫化物，如二硫化碳、噻吩、硫醇等也会与金属材料作用而引起输油管容器和其他设备的化学腐蚀。 （2）、电化学腐蚀当金属与电解质溶液接触时，由电化学作用而引起的腐蚀。特点：a、电化学腐蚀形成了原电池反应。b、在研究金属的化学腐

8、蚀中，把发生氧化的部分叫做阳极（相当于原电池的负极），发生还原的部分叫做阴极（相当于原电池的正极）。1） 析氢腐蚀：（腐蚀过程中有氢气放出）腐蚀过程中的阴极上有氢气析出的腐蚀。它常发生在酸洗或用酸浸蚀某种较活泼金属的加工过程中。Fe作为腐蚀电池的阳极，钢铁中较Fe不活泼的其他杂质作阴极，H+在阴极上获得电子发生还原反应:阳极(Fe)：Fe—2e－¾®Fe2+阴极(杂质)：2H+十2e－¾®H2(g) 总反应：Fe十2H＋＝Fe２＋＋H２(g)2）吸氧腐蚀