第5章不锈耐酸钢.ppt
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1、第五章 不锈耐酸钢,主要内容,耐蚀性?成分?合金化?组织?环境(介质)?不锈钢钢种如何选择?,5.1 钢的耐蚀性1.化学腐蚀2.电化学腐蚀,提高钢耐腐蚀性能的途径主要有:,(1)形成稳定保护膜,Cr、Al、Si有效。(2)固溶体电极电位或形成稳定钝化区Cr、Ni、Si:Ni贵而紧缺,Si易使钢脆化,Cr是理想的。(3)获得单相组织 Ni、Mn 单相奥氏体组织。(4)机械保护措施或复盖层,如电镀、发兰、涂漆等方法。,3.阳极极化引起阳极电位由负向正方向升高,这种现象称为阳极极化.主要是由于阳极表面形成保护膜,阻碍阳极金属离子进入溶液,降低了阳极表面电荷密度。4.钝化钢表面由于形成保护膜,从而引起
2、腐蚀减轻或不腐蚀现象,称为钝化现象.,5.阴极极化阴极电位由正向负方向降低称为阴极极化.阴极极化是由于消耗电子的阴极过程的速度低于阳极流来的电子,造成阴极电子堆积,阴极表面电荷密度升高,导致阴极电位降低。,图 具有活化-钝化转变金属的阳极极化曲线,三个不同的电化学行为区:1)活化区(A)2)钝化区(P)3)过钝化区(T)P 称为初始钝化电位IP 称为临界电流 由于极化作用,阳极电位升高,当阳极达到最大电流IP时,阳极电位为P,此时产生了阳极钝化,阳极过程受到了极大的阻滞,电流IP突然下降到最小值Imin。,在很宽的阳极电极范围内保持Imin的腐蚀电流,此时阳极处于钝化区(P)阳极电位升高超过T
3、后,腐蚀电流又增加,这种现象称为过钝化,称为过钝化电位(击穿电位)影响阳极和阴极极化曲线相对位置的主要因素有两方面:1)合金的成分;2)介质。,一个交点A:稳定的活化区,AP,有大的腐蚀电流和腐蚀速度;三个交点B、C、D:C点是不稳定的,B、D是相对稳定的(可处在钝化和活化状态)。如不锈钢在含氧化剂的H2SO4一个交点E:稳定钝化,具有很小的腐蚀速度(如不锈钢在HNO3中)一个交点F:过钝化状态.有较高的腐蚀速度。(如Cr不锈钢在浓HNO3中),所存在的相对位置有四种情况:,不锈耐蚀钢发生电化学腐蚀的主要形式 一般腐蚀、晶间腐蚀、点腐蚀、应力腐蚀 疲劳腐蚀、磨损腐蚀等。不锈耐蚀钢分类不锈钢:指
4、在大气及弱腐蚀介质中耐蚀的钢。耐蚀钢:指在各种强腐蚀介质中耐蚀的钢。,5.2 成分及合金化Cr 决定和提高耐蚀性的主要元素.加入Cr可提高基体的电极电位,但不是均匀的增加,而是突变式的。当Cr的含量达到1/8,2/8,3/8,原子比时,Fe的电极电位就跳跃式显著提高,腐蚀也显著下降。这个定律叫做n/8规律。折算成重量比:12.552/56=11.7%,这便是不锈钢的最低铬含量。由于钢中存在C,与Cr能形成Cr23C6,则Cr的含量一般不少于13%。钢钝化时能形成富铬的氧化物,具有尖晶石结构,在许多介质中具有稳定性。有利于组织转变(单相F组织)。,Ni 可提高耐蚀性,也符合 n/8 规律。与Cr
5、配合,才能充分发挥;可提高在硫酸(非氧化性酸),醋酸,草酸及中性盐(硫酸盐)中的耐蚀性。,图 铁铬合金在HNO3(90度50%)中的腐蚀速度与铬的关系,C 扩大相区,稳定相(Ni 30倍);C 提高,强度提高;但C与Cr形成碳化物,降低耐蚀性。一般在不锈钢中C0.4%,多在0.1-0.2%。如:2Cr13(0.2%C);0Cr17Ti(C0.08%);00Cr18Ni10(C0.03%)只有滚动轴承、弹簧和刃具的不锈钢用高C:如 9 Cr18,Mn,N 提高高铬不锈钢在有机酸中的耐蚀性。Mo 提高不锈钢的钝化能力,扩大其钝化介质范围(浓硫酸、稀盐酸、磷酸和有机酸),且能阻止点腐蚀倾向。含Mo的
6、钝化膜:Fe2O3-Cr2O3-MoO3,致密,稳定性好,能防止Cl-穿透。Cu 少量加入可有效地提高不锈钢在硫酸及有机酸中的耐蚀性。,Si 提高在盐酸、硫酸和高浓度硝酸中耐蚀性。Mo,Cu,Ni,Si复合加入 如在Cr18Ni9中加入Mo,Cu,Ni后进一步扩大了在硫酸中的耐蚀性和使用温度范围。Ti,Nb 在Cr-Ni奥氏体不锈钢和高铬铁素体不锈钢中均有晶间腐蚀倾向,加入Ti或Nb(固C),可防止晶间腐蚀。,5.3 不锈钢的组织与分类不锈钢中的合金元素可分为两类:扩大相区:C,N,Ni,Mn,Cu等;缩小相区:Cr,Si,Ti,Nb,Mo等;谁占优势,就易形成以或为基体的不锈钢组织;如果稳定
7、元素其作用程度还不足以使钢的Ms点降到室温以下,则高温冷却时会发生M转变。,为了简便起见,表明不锈钢的实际成分和所得组织的关系,制成铬当量Cr-镍当量Ni图(适合于Ni-Cr系)。钢中铁素体形成元素折合成铬的作用,奥氏体形成元素折合成镍的作用。Ni=Ni+Co+0.5Mn+30C+25N+0.3Cu Cr=Cr+Mo+2.0Si+1.5Ti+1.75Nb+5.5Al+5V+0.75W可以根据钢的实际化学成分来估算钢的组织.,Cr与Ni状态图(焊后冷却),不锈钢的分类 根据不锈钢的基本组织,可将它分为五类:M不锈钢 Cr13型,Cr17Ni2,9Cr18 F不锈钢 0Cr17Ti,Cr25Ti,
8、Cr26Mo1 A不锈钢 1Cr18Ni9,1Cr18Ni9Ti,A-F不锈钢 Cr21Ni5Ti,00Cr22Ni5Mo3N 沉淀硬化不锈钢:在马氏体基体上析出金属间化合物,产生沉淀强化,5.4 不锈耐酸钢的腐蚀特性?晶间腐蚀应力腐蚀点腐蚀,图示 各种腐蚀类型,(一)奥氏体不锈钢的晶间腐蚀1.现象 奥氏体不锈钢焊接后,焊缝及热影响区(550-800)在许多介质中产生晶间腐蚀。介质:热浓硝酸(50-65%)、含铜盐和氧化铁的硫酸溶液、热有机酸等2.形成原因 贫铬理论 奥氏体不锈钢晶间腐蚀主要是晶界上析出网状富铬的Cr23C6引起晶界周围基体产生贫铬区,贫铬区的宽度约10-5cm,Cr12%。在
9、许多介质中没有钝化能力,贫铬区成为微阳极而发生腐蚀。,3.影响因素 C%:C800时K重溶;T500,扩散困难。加热时间:时间很长或很短,都难以存在晶间腐蚀。,4.改善与预防超低C,如00Cr18Ni10,00Cr18Ni12Mo2;改变K类型:加Ti,Nb固C,并稳定化处理;固溶处理:重新使K溶解于中;获得+(10-50%)双相组织;由于在500-800间发生相间沉淀,Cr23C6在/相界相一侧析出呈点状,排除了在晶界析出Cr23C6,且相内铬的扩散系数比相内高103倍,不致产生贫铬区。,(二)奥氏体不锈钢的应力腐蚀1.现象 奥氏体或M不锈钢受张应力时,在某些介质中经过一段不长时间就会发生破
10、坏,且随应力增大,发生破裂的时间也越短;当取消张应力时,腐蚀较小或不发生腐蚀。这种腐蚀现象称为“应力腐蚀(破裂)”。,2.影响因素影响应力腐蚀的因素是介质特点,附加应力和钢的化学成分。1)介质:含有Cl-和OH-腐蚀介质中特别敏感;2)应力:应力越大,越严重;3)介质温度:温度越高,越严重;4)不锈钢组织与成分:对应力腐蚀的影响。,15-28%Cr的F不锈钢对Cl-引起的应力腐蚀不敏感;含F的复相不锈钢有低的应力腐蚀敏感度;H、N 促进应力腐蚀裂缝的诱发和扩张;P,Bi,As,Sb,Al,S 有害;C 可降低不锈钢的应力腐蚀敏感性;Si(2-4%(有利;Cu(+2%)有改善;Mo 缩短应力腐蚀
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