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、鉬對其耐蝕性的影響，并對其機(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，其中以奧氏體不銹鋼應(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、無磁性以及良好的工藝性。它能抗腐蝕是因為其表面能形成一層具有保護(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，不銹鋼就會發(fā)生腐蝕。奧氏體不銹鋼的最大特點是耐腐蝕、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，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)展起來的高Cr—Ni系列鋼。奧氏體不銹鋼無磁性而且具有高韌性和塑性，但強(qiáng)度較低，

4、不可能通過相變使之強(qiáng)化，僅能通過冷加工進(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點蝕和縫隙腐蝕點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。縫隙腐蝕是一種浸蝕，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，腐蝕很嚴(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。如果無法通過減少酸度和氯化物含量或提高溶液的流速來控制上述腐蝕，則應(yīng)選擇合金含量高的鋼種來應(yīng)付點蝕和縫隙腐蝕。二、合金元素對奧氏體不銹鋼耐蝕性的影響二、合金元素對奧氏體不銹鋼耐蝕性的影響

7、2.1氮元素對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)量計算中，N當(dāng)量是Ni的30倍。因而可以用廉價的N，Mn來替換貴重金屬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，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，像點蝕、縫隙腐蝕、晶間腐蝕等。另外，氮對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質(zhì)，目前還不是十分清楚。文獻(xiàn)[]報道氮能通過以下幾種途徑提高耐點蝕性能：（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處偏聚吸附，抑制溶解。（3）氮在溶解時形成NH4，在形成過程中消耗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，在鋼中有鉬時其作用更明顯。高氮不銹鋼在熱處理過程中的氮化物析出會導(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，同時金屬間相也會加速和增多。硅在奧氏體不銹鋼中的另一個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

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?？梢哉J(rèn)為，可能