奧氏體不銹鋼耐蝕性研究

1、奧氏體不銹鋼耐蝕性研究奧氏體不銹鋼耐蝕性研究材料工程091夏濱指導(dǎo)老師：巴志新老師（南京工程學(xué)院材料系，南京，江蘇，211167）摘要摘要：不銹鋼誕生已有近百年歷史，它的發(fā)明是世界冶金史上的一項(xiàng)重大成就。隨著石油、化工、能源、宇航和生物工程等工業(yè)技術(shù)的發(fā)展，對(duì)不銹鋼耐蝕性能及綜合力學(xué)性能提出了更高的要求。由于奧氏體不銹鋼憑借其在多種腐蝕介質(zhì)中具有的優(yōu)秀的耐蝕性能、良好的綜合力學(xué)性能和優(yōu)良的工藝性能在眾多領(lǐng)域獲得了廣泛的應(yīng)用。本文主要討論

2、了奧氏體不銹鋼中含有的硅、氮、鉬對(duì)其耐蝕性的影響，并對(duì)其機(jī)理做了一定的研究。關(guān)鍵詞：關(guān)鍵詞：奧氏體不銹鋼；腐蝕；硅；氮；鉬一、概論一、概論1.1奧氏體不銹鋼簡(jiǎn)介奧氏體不銹鋼按主要組織狀態(tài)分為馬氏體、鐵素體、奧氏體3大類(lèi)，其中以?shī)W氏體不銹鋼應(yīng)用最廣泛，占到總量的70～8O％。它具有非常優(yōu)越的不銹性、耐蝕性、高溫性、低溫性、無(wú)磁性以及良好的工藝性。它能抗腐蝕是因?yàn)槠浔砻婺苄纬梢粚泳哂斜Ｗo(hù)性的鈍化膜(CrO2)。然而，一旦這層鈍化膜遭到破壞，

3、而又缺乏自鈍化的條件或能力，不銹鋼就會(huì)發(fā)生腐蝕。奧氏體不銹鋼的最大特點(diǎn)是耐腐蝕、耐高溫、耐低溫。它基體的電極電位高，不容易發(fā)生電化學(xué)腐蝕。在常溫下具有奧氏體組織的不銹鋼，鋼中含Cr約18％、Ni8％一10％、C約01％時(shí)，具有穩(wěn)定的奧氏體組織。奧氏體鉻鎳不銹鋼包括著名的18Cr一8Ni鋼和在此基礎(chǔ)上增加Cr、Ni含量并加入Mo，Cu，Si，Nb，Ti等元素發(fā)展起來(lái)的高Cr—Ni系列鋼。奧氏體不銹鋼無(wú)磁性而且具有高韌性和塑性，但強(qiáng)度較低，

4、不可能通過(guò)相變使之強(qiáng)化，僅能通過(guò)冷加工進(jìn)行強(qiáng)化。如加入S，Ca，Se，Te等元素，則具有良好的易切削性。此類(lèi)鋼除耐氧化性酸介質(zhì)腐蝕外，如果含有Mo，Cu等元素還能耐硫酸、磷酸以及甲酸、醋酸、尿素等的腐蝕。此類(lèi)鋼中的含碳量若低于003％或含Ti，Ni，就可顯著提高其耐晶間腐蝕性能。由于奧氏體不銹鋼具有全面的和良好的綜合性能，在各行各業(yè)中獲得了廣泛的應(yīng)用。1.2奧氏體不銹鋼的腐蝕形式[1]1.2.1點(diǎn)蝕和縫隙腐蝕點(diǎn)蝕與縫隙腐蝕很相似，造成這

5、兩種腐蝕的因素也基本相同。點(diǎn)蝕是金屬表面不同位置局部發(fā)生腐蝕，蝕坑的大小形狀和形態(tài)不同，有的蝕坑寬平不深，有些很深，有的穿透鈍化膜在其下面向縱深發(fā)展?？p隙腐蝕是一種浸蝕，發(fā)生在被腐蝕金屬和通常不導(dǎo)電的物質(zhì)之間有縫隙的接觸面。腐蝕通常會(huì)發(fā)展到接觸面下的縫隙以外，這兩種腐蝕在一定的介質(zhì)條件下都會(huì)發(fā)生在不銹鋼表面，特別是在含氯化物的介質(zhì)中。發(fā)生腐蝕是因鈍化膜受損，有雜質(zhì)、有缺陷或表面有臟物——如有垢等。常見(jiàn)的縫隙腐蝕有：構(gòu)件與墊片的連接處、腐

6、蝕產(chǎn)物沉積處、生物附著部位處和金屬搭接處等，由于被浸蝕的面積與金屬總面積相比很小，腐蝕很?chē)?yán)重而且很快，雖然環(huán)境溫度、氧含量、容易還原的離子(如鐵離子)和pH值都是影響因素，但發(fā)生縫隙腐蝕最主要的條件是氯化物離子的存在，在流速較高的溶液中不易發(fā)生這種腐蝕。如果無(wú)法通過(guò)減少酸度和氯化物含量或提高溶液的流速來(lái)控制上述腐蝕，則應(yīng)選擇合金含量高的鋼種來(lái)應(yīng)付點(diǎn)蝕和縫隙腐蝕。二、合金元素對(duì)奧氏體不銹鋼耐蝕性的影響二、合金元素對(duì)奧氏體不銹鋼耐蝕性的影響

7、2.1氮元素對(duì)奧氏體不銹鋼耐蝕性的影響2.1.1氮在奧氏體不銹鋼中的有益作用[5]氮是強(qiáng)烈的奧氏體穩(wěn)定化元素，可以促使不銹鋼形成奧氏體組織。在Ni當(dāng)量計(jì)算中，N當(dāng)量是Ni的30倍。因而可以用廉價(jià)的N，Mn來(lái)替換貴重金屬Ni，甚至全部取代Ni，以獲得奧氏體不銹鋼。N與C相比，是更有效的固溶強(qiáng)化元素，并增加細(xì)晶強(qiáng)化的效果，提高鋼的強(qiáng)度又不顯著損害鋼的韌性。有研究表明0.10%N可使CrNi奧氏體不銹鋼的室溫強(qiáng)度提高60~100MPa。氮可以

8、降低形成鐵素體及發(fā)生形變誘導(dǎo)馬氏體轉(zhuǎn)變的趨勢(shì)，給定強(qiáng)度條件下可以降低沉淀析出，還可以提高不銹鋼耐局部腐蝕，像點(diǎn)蝕、縫隙腐蝕、晶間腐蝕等。另外，氮對(duì)奧氏體不銹鋼的抗蠕變性能和抗疲勞磨損性能也有益處[7]。2.1.2氮對(duì)奧氏體不銹鋼耐腐性能的影響[6]氮可以提高奧氏體不銹鋼的耐一般腐蝕、點(diǎn)蝕、應(yīng)力腐蝕和晶間腐蝕等性能。但是關(guān)于氮的這些有益作用的實(shí)質(zhì)，目前還不是十分清楚。文獻(xiàn)[]報(bào)道氮能通過(guò)以下幾種途徑提高耐點(diǎn)蝕性能：（1）氮的加入使鈍化膜次

9、表層進(jìn)一步富鉻，提高了膜的穩(wěn)定性和致密性。（2）由于氮的活性大，可以在鈍化膜的活性基點(diǎn)處偏聚吸附，抑制溶解。（3）氮在溶解時(shí)形成NH4，在形成過(guò)程中消耗H，改善了局部腐蝕環(huán)境，更有利于鈍化反應(yīng)進(jìn)行，抑制了溶解。關(guān)于晶間腐蝕，大量研究表明，氮的加入可以提高普通低碳、超低碳奧氏體不銹鋼耐敏化態(tài)晶間腐蝕性能，在鋼中有鉬時(shí)其作用更明顯。高氮不銹鋼在熱處理過(guò)程中的氮化物析出會(huì)導(dǎo)致高氮奧氏體不銹鋼腐蝕敏感性增加，容易產(chǎn)生晶間腐蝕和晶間應(yīng)力腐蝕破壞。

10、2.2硅元素對(duì)奧氏體不銹鋼的影響2.2.1硅在奧氏體不銹鋼中的有益作用[10]硅是重要的耐蝕合金元素之一，具有優(yōu)良的抗氧化性能，當(dāng)不銹鋼中含有硅時(shí)能夠在不銹鋼的表面生成SiO2氧化膜。這種膜具有較高的電阻率和化學(xué)穩(wěn)定性，在氧化性介質(zhì)中，高硅的奧氏體不銹鋼耐腐蝕性能有顯著的提高。在奧氏體不銹鋼中，硅含量一般都在0.8%~1.0%以下。而硅作為合金元素，視其用途不同，含量多在2%~7%范圍內(nèi)。對(duì)于耐氯化物應(yīng)力腐蝕、耐濃硝酸和濃硫酸的腐蝕，硅

11、是鉻鎳奧氏體不銹鋼中不可缺少的重要合金元素。硅對(duì)組織的影響主要為它是強(qiáng)烈形成鐵素體的元素。在奧氏體不銹鋼中，隨著含硅量的提高，δ鐵素體含量將增加，同時(shí)金屬間相也會(huì)加速和增多。硅在奧氏體不銹鋼中的另一個(gè)重要作用是顯著提高鋼在高溫濃硫酸中的耐蝕性。2.2.2高硅不銹鋼耐蝕性能的機(jī)理含高硅的奧氏體不銹鋼在氧化性介質(zhì)中表面易形成一層較致密均勻的富含SiO2的表面膜，這種膜具有很好的電阻率和良好的電化學(xué)穩(wěn)定性，縮短了不銹鋼從活化態(tài)到鈍化態(tài)轉(zhuǎn)變的時(shí)

12、間，并且使保護(hù)膜與基體之間有較好的結(jié)合力。從馬艷紅，黃元偉等人的研究結(jié)果中可知硅的添加使硅和基底內(nèi)的鐵、鉻、鎳形成了一些新的化合物，這些化合物使材料的耐蝕性能發(fā)生了顯著的變化，在介質(zhì)中使材料表面形成一層富含二氧化硅的保護(hù)膜，這層膜具有良好的化學(xué)穩(wěn)定性能，可保護(hù)材料免受腐蝕。含高硅的奧氏體不銹鋼耐蝕性能有顯著提高，但并不是含硅越多越好，含硅6.0%的不銹鋼無(wú)論是電化學(xué)性能，還是耐腐蝕性能都略低于含量為5.3%的奧氏體不銹鋼。可以認(rèn)為，可能