不銹鋼材料的腐蝕方法

關(guān)于不銹鋼材料的腐蝕方法第1頁(yè)，課件共50頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月金屬腐蝕一般介紹1.腐蝕定義：金屬在周圍介質(zhì)（最常見的是液體和氣體）的作用下，由于化學(xué)變化，電化學(xué)變化或物理溶解而產(chǎn)生的破壞。2.合金耐蝕性判斷：標(biāo)準(zhǔn)電極電位大小（表面）。3.熱力學(xué)條件：過程（△G）x、p＜0。4.動(dòng)力學(xué)條件：電極過程（3個(gè)主要步驟）、電極極化、去極化、電解質(zhì)5.腐蝕不可避免，可以緩解。第2頁(yè)，課件共50頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月陽極極化曲線1.活態(tài)：金屬按正常的陽極溶解規(guī)律進(jìn)行。2.鈍態(tài)：當(dāng)電極電位達(dá)到某一臨界值Ep時(shí)，金屬表面狀態(tài)發(fā)生突變（生成耐蝕性好的高價(jià)氧化膜），金屬開始鈍化，在一定的電極電位范圍內(nèi)，金屬均處于穩(wěn)定的鈍態(tài)。3.過鈍態(tài)：氧化膜進(jìn)一步氧化生成更高價(jià)的可溶性氧化物，電流再次隨電極電位的升高而增加。第3頁(yè)，課件共50頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月電化學(xué)腐蝕動(dòng)力學(xué)1.電極極化：陽極極化：通過電流時(shí)陽極電位向正的方向移動(dòng)。陰極極化：通過電流時(shí)陰極電位向負(fù)的方向移動(dòng)。去極化過程：消除或減弱陽極和陰極極化作用的電極過程。2.極化原因及類型：電極過程：①液相傳質(zhì)步驟、②電子轉(zhuǎn)移步驟或電化學(xué)步驟、③液相傳質(zhì)步驟或生成新相步驟。最慢步驟的速度決定整個(gè)電極反應(yīng)速度，稱為控制步驟。3.①電化學(xué)極化、②濃差極化第4頁(yè)，課件共50頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月不銹鋼耐蝕原因塔曼定理：對(duì)固溶體而言，將電極電位較高溶質(zhì)加入到電極電位較低的溶劑金屬，若原子百分比達(dá)到n/8（n=1，2，……），固溶體的電極電位會(huì)急劇變化，耐蝕性將有明顯變化。不銹鋼表面：致密、穩(wěn)定、完整、再生、與基體結(jié)合牢固氧化膜。Cr2O3第5頁(yè)，課件共50頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月不銹鋼第6頁(yè)，課件共50頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月不銹鋼典型腐蝕均勻腐蝕電偶腐蝕晶間腐蝕點(diǎn)蝕應(yīng)力腐蝕開裂(SCC)縫隙腐蝕磨損腐蝕微生物(細(xì)菌)腐蝕第7頁(yè)，課件共50頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月均勻（全面）腐蝕定義：材料整個(gè)表面發(fā)生腐蝕。特征：可見、對(duì)不銹鋼而言危害性最小。第8頁(yè)，課件共50頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月均勻（全面）腐蝕第9頁(yè)，課件共50頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月均勻（全面）腐蝕影響因素1.材料所在環(huán)境及其變化（氧化性介質(zhì)、強(qiáng)氧化性介質(zhì)、介質(zhì)的選擇性）2.金屬表面的電極電位。3.介質(zhì)溶液的濃度、溫度等。第10頁(yè)，課件共50頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月電偶腐蝕定義：異種金屬在同一介質(zhì)中接觸，由于腐蝕電位不相等有電偶電流流動(dòng)，使電位較低的金屬溶解速度增加，造成接觸處的局部腐蝕，而電位較高的金屬，溶解速度反而減小，這就是電偶腐蝕。原理：腐蝕電位較低的金屬由于和腐蝕電位較高的金屬接觸而產(chǎn)生陽極極化，其結(jié)果是溶解速度增加，而電位較高的金屬，由于和電位較低的金屬接觸而產(chǎn)生陰極極化，結(jié)果是溶解速度下降，即受到了陰極保護(hù)。第11頁(yè)，課件共50頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月電偶腐蝕第12頁(yè)，課件共50頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月電偶腐蝕電偶腐蝕傾向及電偶序1.電偶序：根據(jù)金屬（或合金）在一定條件下測(cè)得的穩(wěn)定電位的相對(duì)大小排列而成的表。一般只列出金屬穩(wěn)定電位的相對(duì)關(guān)系2.電偶腐蝕傾向判斷：電偶序表中，處于電位負(fù)端的金屬起陽極體作用，處于電位正端的起陰極體作用。表中上下位置相隔較遠(yuǎn)的兩種金屬成偶對(duì)時(shí)，陽極體受腐蝕較嚴(yán)重，因此，從熱力學(xué)上說，二者的開路電位差較大，腐蝕推動(dòng)力亦大。對(duì)于電偶序而言，只給出了熱力學(xué)判據(jù)。第13頁(yè)，課件共50頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月一些工業(yè)金屬和合金在海水中的電偶序鉑金石墨鈦銀Chlorimet3(62Ni,18Cr,18Mo)HastelloyC(62Ni,17Cr,15Mo)18-8Mo不銹鋼(鈍態(tài))18-8不銹鋼(鈍態(tài))11~30%Cr不銹鋼(鈍態(tài))Inconel(80Ni,13Cr,7Fe)(鈍態(tài))鎳(鈍態(tài))銀焊藥Monel(70Ni,32Cu)銅鎳合金(60~90Cu,40~11Ni)青銅銅黃銅Chlorimet2(66Ni,32Mo,1Fe)HastelloyB(60Ni,30Mo,6Fe,1Mn)Inconel(活態(tài))鎳(活態(tài))錫鉛鉛-錫焊藥18-8鉬不銹鋼(活態(tài))18-8不銹鋼(活態(tài))高鎳鑄鐵13%Cr不銹鋼鑄鐵鋼或鐵2024鋁(4.5Cu,1.5Mg,0.6Mu)鎘工業(yè)純鋁(1100)鋅鎂和鎂合金陰極性陽極性第14頁(yè)，課件共50頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月電偶腐蝕影響因素1.材料表面條件不同（劃傷、摩擦痕、焊接）。2.一般情況下，隨著陰極對(duì)陽極面積的比值（即SK/Sa）的增加，作為陽極體的金屬腐蝕速度也增加。3.介質(zhì)電導(dǎo)率：對(duì)于海水等電導(dǎo)率高的介質(zhì)，電偶電流可分散到離接觸點(diǎn)較遠(yuǎn)的陽極表面上，陽極所受腐蝕較為“均勻”。但如果在軟水或普通大氣等電導(dǎo)率較低的介質(zhì)中，腐蝕會(huì)集中在離接觸點(diǎn)較近的陽極表面，相當(dāng)于把陽極的有效面積減少，增加了陽極局部表面的溶解速度。第15頁(yè)，課件共50頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月電偶腐蝕控制1.選材上，盡量避免異種金屬合金的相互接觸；盡量選擇在電偶序中位于同組或位置間隔較近的金屬合金。2.切忌形成大陰極-小陽極的不利于防腐的面積比。3.設(shè)法對(duì)不同腐蝕電位的金屬間接觸面采取絕緣措施。4.對(duì)金屬表面作處理：鍍鋅、鈍化等等。第16頁(yè)，課件共50頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月晶間腐蝕概念：指沿晶界進(jìn)行的，使晶界的連續(xù)性受到破壞，腐蝕始于表面，逐步深入內(nèi)部，直接引起破壞。原因：1.貧鉻理論

（Fe、Cr）23C6

化合物大陰極小陽極第17頁(yè)，課件共50頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月晶間腐蝕第18頁(yè)，課件共50頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月晶間腐蝕危害1.材料無可見減薄，但強(qiáng)度和延性卻明顯下降。2.冷彎時(shí)出現(xiàn)裂紋。3.嚴(yán)重時(shí)晶粒脫落，造成設(shè)備破壞。第19頁(yè)，課件共50頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月晶間腐蝕敏化熱處理不銹鋼的晶間腐蝕常常是在受到不正確的熱處理以后發(fā)生的，使不銹鋼產(chǎn)生晶間腐蝕傾向的熱處理叫做敏化熱處理。奧氏體不銹鋼的敏化熱處理范圍為450C—850C。當(dāng)奧氏體不銹鋼在這個(gè)溫度范圍較長(zhǎng)時(shí)間加熱(如焊接)或緩慢冷卻，就產(chǎn)生了晶間腐蝕敏感性。鐵素體不銹鋼的敏化溫度在900C以上，而在700-800C退火可以消除晶間腐蝕傾向。

第20頁(yè)，課件共50頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月控制鐵素體不銹鋼1.對(duì)敏化態(tài)的鐵素不銹鋼，700~800℃回火處理。2.降低C含量。奧氏體不銹鋼1.固溶處理：1100~1150℃保溫、水冷。2.降低C含量。3.Ti、Nb加入形成碳化物。4.采用雙相鋼。第21頁(yè)，課件共50頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月晶間腐蝕第22頁(yè)，課件共50頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月點(diǎn)腐蝕1.概念：在不銹鋼表面局部地區(qū)，出現(xiàn)向深處發(fā)展的腐蝕小孔，其余地區(qū)不腐蝕或腐蝕很輕微。2.危害：材料在均勻腐蝕不明顯的情況下腐蝕穿孔。例：地下輸油、油氣管道，換熱器鋼管。第23頁(yè)，課件共50頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月點(diǎn)腐蝕機(jī)理1.孔蝕核的形成，鈍化膜缺陷處（劃傷、晶界等）容易形成（凹陷產(chǎn)生，凹陷爆炸式增加，損壞了氧化膜）2.“深挖”：蝕孔內(nèi)電位負(fù)，蝕孔外電位正，構(gòu)成電偶腐蝕電池，大陰極-小陽極，陽極電流密度很大，蝕孔加深很快。3.金屬陽離子濃度增加→氯離子遷入→氯化物水解→酸度增加→蝕孔進(jìn)一步加深4.腐蝕進(jìn)一步進(jìn)行，蝕孔口介質(zhì)的pH值升高，水中可溶性鹽Ca(HCO3)2轉(zhuǎn)化為CaCO3沉淀或形成Fe(OH)2(3)，形成閉塞電池。孔內(nèi)外物質(zhì)更難交換，金屬氯化物更加濃縮，酸度增加，“自催化酸化作用”。第24頁(yè)，課件共50頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月點(diǎn)腐蝕第25頁(yè)，課件共50頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月點(diǎn)腐蝕影響因素1.酸度：合金含量較高的不銹鋼在酸液中比中性溶液中嚴(yán)重。2.氧含量：中性氯化物中，為陰極主反應(yīng)：陽極：M-e→M+陰極：1/2O2+2e+H2O→2OH-

酸性溶液中，作為陰極自催化劑，加速腐蝕：陽極：M-e→M+陰極：2H++2e→H22H2+O2→2H2O3.氯化物含量：304在4%NaClpH4~8坑點(diǎn)數(shù)最多、坑深。即：4%氯化物濃度最危險(xiǎn)，若氯化物濃度再高則氧含量減少，故點(diǎn)蝕較輕。4.溫度：高，點(diǎn)蝕加速，但氧含量減少。80℃以上升溫會(huì)減弱點(diǎn)蝕效應(yīng)。第26頁(yè)，課件共50頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月點(diǎn)腐蝕影響因素5.流速：流速＞1.5m/s,點(diǎn)蝕敏感性大大降低.流速太大，會(huì)有磨損腐蝕。6.溶液中雜質(zhì)：氧化性的陰離子對(duì)點(diǎn)蝕有促進(jìn)作用。7.Mo是抗點(diǎn)蝕最有效元素，其他如：Ni、Cr、N。ThePRE=%Cr+(3.3x%Mo)+(16x%N)8.合金基體中，S及Se是有害元素。9.金屬表面光滑清潔不易發(fā)生點(diǎn)蝕。第27頁(yè)，課件共50頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月點(diǎn)腐蝕控制1.加入Mo、N、Si等合金元素，或加入以上元素的同時(shí)提高Cr含量。ThePRE=%Cr+(3.3x%Mo)+(16x%N)2.盡量減少不銹鋼中的含S、含C雜質(zhì)和減少硫化物夾雜。3.盡量減少介質(zhì)中鹵素離子的含量（主要是：氯離子、溴離子）4.對(duì)循環(huán)系統(tǒng)，加入緩蝕劑，主要是增加鈍化膜穩(wěn)定性。5.設(shè)備加工后，進(jìn)行鈍化處理。6.采用外加陰極電流保護(hù)。7.減少鈍化膜表面的缺陷。（劃傷、摩擦痕等）第28頁(yè)，課件共50頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月PRE值第29頁(yè)，課件共50頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月點(diǎn)腐蝕第30頁(yè)，課件共50頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月應(yīng)力腐蝕破裂（SCC）定義：指金屬材料在固定拉應(yīng)力和特定介質(zhì)的共同作用下所引起的破裂。特征：1.純金屬SCC敏感性小于合金。

2.硬度高容易產(chǎn)生SCC。

3.拉應(yīng)力才能產(chǎn)生SCC。

4.有主裂紋，有分支裂紋，主裂紋垂直于拉應(yīng)力方向。

5.斷裂形式：沿晶、穿晶、混合形

6.溫度高，SCC發(fā)生幾率高。（60℃以下幾乎不發(fā)生SCC）

7.腐蝕環(huán)境有選擇性：304Cl離子溶液，“氯脆”，（NaOH、H2S在高溫高濃度下也能導(dǎo)致SCC）,碳鋼“堿脆”，黃銅“氨脆”。

第31頁(yè)，課件共50頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月應(yīng)力腐蝕破裂（SCC）時(shí)間電位ⅠⅡⅢⅣSCC歷程：第Ⅰ階段：表面產(chǎn)生鈍化膜。（孕育期）第Ⅱ階段：試樣在應(yīng)力作用下產(chǎn)生滑移，使表面保護(hù)膜破裂。（裂紋成核期、形成裂紋源）第Ⅲ階段：鈍化，膜破裂交互進(jìn)行。（裂紋形成期）第Ⅳ階段：裂紋超出斷裂的臨界尺寸斷裂。（失穩(wěn)、擴(kuò)展）18-8鋼在沸騰的42%MgCl2溶液中的電位-時(shí)間曲線第32頁(yè)，課件共50頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月應(yīng)力腐蝕破裂（SCC）SCC機(jī)理（目前，沒有定論）1.幾種觀點(diǎn)A.電化學(xué)腐蝕為主的觀點(diǎn)B.吸附理論C.氫脆理論D.斷裂力學(xué)理論2.機(jī)理（電化學(xué)腐蝕為主的觀點(diǎn)）（1）材料表面總會(huì)存在電化學(xué)的不均勻性（鈍化膜不連續(xù)、缺陷等）（2）表面缺陷是形成裂紋源的活性點(diǎn)，表面的劃傷、小孔、縫隙就是現(xiàn)成的裂紋源。（3）裂紋源在特定介質(zhì)（活性陰離子）和拉應(yīng)力的作用下有可能產(chǎn)生塑性變形，表面膜拉破，新露基體電位較負(fù)，形成特小陽極，形成蝕坑裂紋。（4）裂紋尖端應(yīng)力集中，材料迅速形變屈服，表面膜破裂，加速溶解，這些步驟連續(xù)交替進(jìn)行，裂紋不斷向深處擴(kuò)展，最后導(dǎo)至斷面破裂。第33頁(yè)，課件共50頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月應(yīng)力腐蝕破裂（SCC）第34頁(yè)，課件共50頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月應(yīng)力腐蝕破裂（SCC）SCC的控制1.降低鋼中C、N、P的含量。2.加Mo、Ni、Cr有利于抗SCC。3.避免產(chǎn)生拉應(yīng)力，需應(yīng)力釋放（退火等）4.采用高合金鐵素體不銹鋼。5.采用雙相鋼。（F/A）6.采用外加電流的陰極保護(hù)法。7.減弱介質(zhì)的浸蝕性。（降低氯離子溶液中的氧含量，氯離子溶液濃度不大時(shí)，產(chǎn)用離子交換樹脂將水處理，同時(shí)加適量的堿式磷酸鹽。）第35頁(yè)，課件共50頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月應(yīng)力腐蝕破裂（SCC）第36頁(yè)，課件共50頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月縫隙腐蝕定義：金屬部件在介質(zhì)中，由于金屬與金屬或金屬與非金屬之間形成特別小的縫隙，使縫隙內(nèi)介質(zhì)處于滯留狀態(tài)，引起縫內(nèi)金屬的加速腐蝕。縫隙寬度：~0.1mm。合金敏感性：具有自鈍化能力的金屬和合金的敏感性較高。即：不銹鋼大于碳鋼第37頁(yè)，課件共50頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月縫隙腐蝕機(jī)理(1Cr13)1.開始時(shí)，只有微小的陰極電流從縫內(nèi)流出，但整個(gè)金屬表面（包括縫隙內(nèi)、外）仍處于等電位狀態(tài)，即仍處于鈍態(tài)。2.經(jīng)一段時(shí)間，縫內(nèi)、外氧濃差增加，縫內(nèi)金屬的電位變負(fù)，使縫內(nèi)陽極溶解速度增加，結(jié)果引起Fe離子、Cr離子的濃度增加，Cl離子往縫內(nèi)遷移。3.氯化物水解，縫內(nèi)pH值下降，電池的腐蝕電流亦不斷增加。4.縫內(nèi)金屬致鈍電位由于pH值下降而上升時(shí)，腐蝕進(jìn)入發(fā)展階段。大陰極-小陽極形成，產(chǎn)生嚴(yán)重腐蝕。第38頁(yè)，課件共50頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月縫隙腐蝕影響因素1.金屬本身對(duì)腐蝕的敏感性。2.介質(zhì)中氯離子的濃度越高，越容易發(fā)生縫隙腐蝕。溴離子、碘離子3.溶解氧的濃度若大于0.5ppm時(shí)便會(huì)引起腐蝕。4.一般溫度越高，縫隙腐蝕的危險(xiǎn)性越大。第39頁(yè)，課件共50頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月縫隙腐蝕第40頁(yè)，課件共50頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月縫隙腐蝕控制1.采用高鉬鉻鎳不銹鋼。2.設(shè)備結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)上，盡量避免形成縫隙和形成積液的死角區(qū)。（圓角比直角好，連續(xù)焊比點(diǎn)焊好，對(duì)焊比搭焊好等等）3.使結(jié)構(gòu)能夠妥善排流，出現(xiàn)沉淀時(shí)能及時(shí)清除。4.墊圈不宜采用石棉、紙質(zhì)等吸濕性材料，用聚四氟乙烯較為理想。5.采用電化學(xué)保護(hù)。第41頁(yè)，課件共50頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月磨損腐蝕定義：由于介質(zhì)的運(yùn)動(dòng)速度大或介質(zhì)與金屬構(gòu)件相對(duì)運(yùn)動(dòng)速度大，導(dǎo)致構(gòu)件局部表面遭受嚴(yán)重的腐蝕損壞。是高速流體對(duì)金屬表面已經(jīng)發(fā)生的腐蝕產(chǎn)物的機(jī)械沖刷作用和對(duì)新裸露金屬表面的侵蝕作用的綜合結(jié)果。分類：湍流腐蝕、空泡腐蝕

第42頁(yè)，課件共50頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月磨損腐蝕機(jī)理湍流腐蝕：湍流不僅加速了陰極去極化劑的供應(yīng)量，而且附加一個(gè)流體對(duì)金屬表面的切應(yīng)力，此高切應(yīng)力能夠把腐蝕產(chǎn)物剝離并帶走。空泡腐蝕：1.金屬表面膜上生成汽泡。

2.汽泡破滅，其沖擊波使金屬發(fā)生塑性變形，導(dǎo)致膜破裂。

3.裸露金屬表面腐蝕，隨著膜再鈍化。

4.在同一地點(diǎn)生成新汽泡。

5.汽泡再破滅，膜再次破裂。

6.裸露金屬表面進(jìn)一步腐蝕，表面膜再次鈍化。

……………..

第43頁(yè)，課件共50頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月磨損腐蝕影響因素1.金屬（合金）：耐磨、耐沖擊性；硬度2.表面膜：成膜速度、膜自修復(fù)能力3.流速：一般，9m/s是一個(gè)臨界值。大于9m/s腐蝕能力增加?？刂品椒ǎ汉侠磉x材、改善設(shè)計(jì)、降低流速、除去介質(zhì)的有害成分、覆蓋保護(hù)層和電化學(xué)保護(hù)。最重要的是合理設(shè)計(jì)：流線型、加大管徑。第44頁(yè)，課件共50頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月微生物(細(xì)菌)腐蝕定義：細(xì)菌參與腐蝕過程。（好氧型、厭氧型）細(xì)菌的作用及特征1.新陳代謝產(chǎn)物的作用：如硫酸、有