不鏽鋼一般在大氣中是“不生鏽的”,所謂的不鏽是一個相對的概念,其耐蝕性是有條件的,在一定條件下,不鏽鋼也會發生腐蝕。目前還沒有在任何腐蝕環境中均有不鏽性、耐蝕性的不鏽鋼。
不鏽鋼緊固件易發生的比較嚴重的腐蝕形式是局部腐蝕;這其中主要包括應力腐蝕開裂、點蝕、晶間腐蝕、縫隙腐蝕及疲勞腐蝕等。1、環境介質的影響
一定腐蝕類型通常是在一些特定環境條件下發生,點蝕易發生於有特殊離子的介質;縫隙腐蝕可能發生於溶液停滯的縫隙中或屛蔽的表面內,金屬或金屬與非金屬的結合處,與鉚釘、螺栓、墊圈、閥座、鬆動的表面沉積物以及海生物相接觸處;應力腐蝕開裂發生的必要條件是有拉應力(不論是殘餘應力還是外加應力,或二者兼而有之)和特定的腐蝕介質存在等等。
環境影響不鏽鋼緊固件的耐蝕性能,以點蝕為例,環境介質的組成、濃度、壓力、溫度、PH值等對不鏽鋼緊固件的耐蝕性能都有影響。不鏽鋼易在含鹵族元素陰離子CI-、Br-、I-的介質中發生點蝕。一般認為只有當鹵族元素達到一定濃度時才能發生點蝕,不鏽鋼緊固件的點蝕電位與鹵族元素濃度等關係,介質中如存在OH-、SO42-等陰離子,會對不鏽鋼緊固件的點蝕起緩蝕作用,效果按下列而遞減;OH->NO3->AC->SO42->CIO4-。同時介質中的溫度、PH值、流速都影響不鏽鋼緊固件的點蝕;溫度升高,不鏽鋼緊固件的點蝕電位降低,更易發生點蝕;PH>10使點蝕電位上升,小於10時影響很小,一般介質流速增大,點蝕傾向降低。對不鏽鋼緊固件而言,有利減少點蝕的流速為1m/s左右,若流速過大,則將發生沖刷腐蝕。
2、組織結構的影響
不鏽鋼按GB/T20878-2007《不鏽鋼和耐熱鋼牌號及化學成分》標準中的牌號有143個。鐵素體不鏽鋼有18個牌號;馬氏體不鏽鋼有38個牌號;奧氏體不鏽鋼有66個牌號;沉澱硬化不鏽鋼有10個牌號;以及奧氏體-鐵素體(雙相)不鏽鋼有11個牌號。一般而言,在鉻含量相當的不鏽鋼中,奧氏體不鏽鋼的耐蝕性最好,鐵素體不鏽鋼次之,馬氏體不鏽鋼較差。
2.1 奧氏體不鏽鋼
奧氏體不鏽鋼在許多介質中具有優良的耐全面腐蝕性能,但對晶間腐蝕和應力腐蝕最敏感。
晶間腐蝕產生的一個重要因素就是材料本身的組織結構,即金屬或合金本身晶粒與晶界化學成分差異,晶界結構、元素的固溶特點,沉澱析出過程、固溶擴散等金屬學問題,導致電化學不均勻性,使金屬具有晶間腐蝕傾向。
2.2 鐵素體不鏽鋼
鐵素體不鏽鋼也有晶間腐蝕傾向,但與含碳、鉻-鎳奧氏體不鏽鋼相比,一般普通鈍度的鐵素體不鏽鋼更易遭受敏化,從而具有更高的晶間腐蝕傾向。鐵素體不鏽鋼在氯化物介質中具有良好的抗應力腐蝕開裂性能,比奧氏體不鏽鋼強得多,但也非絕對不產生,裂紋常源於晶間腐蝕和點蝕。
2.3 奧氏體-鐵素體(雙相)不鏽鋼
奧氏體-鐵素體(雙相)不鏽鋼兼有奧氏體鋼和鐵素體鋼的特徵,一般來說,雙相不鏽鋼的耐蝕性能大體同含鉻鉬相當的高鉻鐵素體不鏽鋼或鉻鎳奧氏體不鏽鋼相近,並受組織結構相比例影響,但與奧氏體不鏽鋼相比,雙相不鏽鋼具有更高的耐晶間腐蝕性能和耐應力腐蝕開裂性能。
2.4 馬氏體不鏽鋼
馬氏體不鏽鋼的耐蝕性較奧氏體、鐵素體不鏽鋼都要差,其主要優點是可以通過熱處理強化,適用於對強度、硬度、耐磨性等要求較高併兼有一定耐蝕性的緊固件。
2.5 沉澱硬化不鏽鋼
沉澱硬化不鏽鋼兼具有強度高、耐蝕性好的特點,其耐蝕性不但與成分有關,且與熱處理密切相關。微細相的析出、時效反應對耐蝕性能都是有害的。這類不鏽鋼的高強度特點,使用時也可能發生氫脆或應力腐蝕。這是必須注意的。
3、化學成分的影響
不鏽鋼緊固件之所以在某些環境中耐蝕,是與其鈍化性能有關的。鋼處於鈍化狀態時,在表面能形成緻密的氧化膜,使腐蝕過程受到阻滯,腐蝕暫時停止。
鉻是不鏽鋼中最基本的元素,同時也是提高鋼的鈍化膜穩定性的必要元素。當含鉻量達到12%時,合金可達完全自鈍化的能力。合金的自鈍化能力在一定程度上決定著不鏽鋼的耐蝕性能,因此,奧氏體不鏽鋼中的含鉻量不能少於12%,現在市場較多SUS304的含鉻量均少於12%。
鎳是提高鋼的耐蝕性的元素,在非氧化性的硫酸中更為顯著。鎳加入鉻不鏽鋼中,能提高其在硫酸、醋酸、草酸及中性鹽(特別是硫酸鹽)中的耐蝕性。
錳也能提高鉻不鏽鋼在有機酸如醋酸、甲酸和乙醇酸中的耐蝕性,且比鎳更有效。
鉬能提高不鏽鋼鈍化能力,擴大其鈍化介質範圍,如在熱硫酸、稀鹽酸、磷酸和有機酸中的使用。含鉬的不鏽鋼中可形成含鉬的鈍化膜,在許多強腐蝕介質中具有很高的穩定性,它還能防止氯離子對膜的破壞。
硅能提高鋼在鹽酸、硫酸和高濃度硝酸中的耐蝕性。不鏽鋼中一般加入2%-4%的硅,可提高其在上述介質中的耐蝕性。
總之,不鏽鋼緊固件中的各種組織結構、相及化學成分含量,如硫化物、δ-鐵素體相、σ-相、αˊ-相、沉澱硬化不鏽鋼中的析出相,敏化的晶界及焊縫都可能對不鏽鋼緊固件的抗點蝕性能有影響。
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