不銹鋼因含有Cr形成的保護膜，不僅具有常溫耐蝕性，而且具有抗高溫氧化性和高溫耐蝕性，并且還具有較高的高溫強度，因此被用做鍋爐、各種排氣系統(tǒng)、化學反應(yīng)裝置和核反應(yīng)有關(guān)裝置的耐熱材料。高溫環(huán)境下使用的材料在氣氛、溫度、時間、應(yīng)力等環(huán)境因子的作用下，會受到各種損傷甚至發(fā)生斷裂。

高溫氣體腐蝕在含有CO2、CO、H2O、H2、NOx、SOx以及殘余O2的氣氛中的腐蝕總稱為高溫氣體腐蝕。高溫氣體腐蝕可分為高溫硫化、滲碳、氮化、鹵素氣體腐蝕等。  

 1、高溫硫化

高溫硫化是化石燃料中的無機、有機硫化物燃燒時生成的SO2、H2S氣體與鋼發(fā)生反應(yīng)引起的腐蝕現(xiàn)象。高溫硫化的機制基本上是高溫氧化的機制，但有以下的區(qū)別。金屬硫化物的組成與化學理論的組成有較大的偏差，所以，金屬硫化物是具有高密度缺陷的多孔型物質(zhì)，保護性差。硫化物的熔點低于氧化物的熔點，并且硫化物易于與金屬和其他氧化物形成熔點更低的共晶化合物，所以，難于生成致密保護膜，也難于再生保護膜。因此，硫化速度大于氧化速度，硫化速度比氧化速度大1-2個數(shù)量級。按照對抗硫化腐蝕的影響可以將合金元素分為以下幾個類別。①加速硫化腐蝕元素：W、Mo、Ti、V。這些元素熔點高。它們的硫化物和Fe的硫化物的相互溶解度小，在氧化鐵皮/鋼基體界面上形成兩類硫化物混合在內(nèi)的氧化鐵皮，所以氧化鐵皮與鋼基的密著性差。②對硫化腐蝕沒有影響的元素：Ni、Co、Cu、Mn（≤10%）。這些元素在周期表中位于Fe的附近，它們的硫化物和Fe的硫化物可以相互溶解。③減小硫化腐蝕速度元素：C、Al、Si、Cr、Mn（≥10%）。除了C，這些元素與S的親和力很強，它們的硫化物濃聚在氧化鐵皮的內(nèi)側(cè)，與Fe的硫化物形成復(fù)合硫化物。典型的不銹鋼、耐熱合金在純H2S中的抗硫化腐蝕性如圖8。各種合金和不銹鋼的腐蝕量隨時間的延長直線上升。其中Ni基超合金，由于Ni的硫化物和Fe生成低熔點的共晶混合物，抗硫化腐蝕性最差。Cr含量在20%以上的合金顯示出較好的抗硫化腐蝕性。添加3%Al的NCF800基本上完全抑制了硫化腐蝕。    

2、滲碳

滲碳是含C氣體中的C活度大于鋼表面的C活度時發(fā)生的現(xiàn)象。滲碳現(xiàn)象可見于重整爐爐管和粗汽油分解爐。CO、CO2、碳氫化合物等滲碳性氣體以及活性C被吸附在合金表面，原子態(tài)的C擴散到合金內(nèi)部，與Cr、Ti等結(jié)合形成碳化物，使合金發(fā)生力學和化學的損傷。滲碳速度由氣體中的活性C吸附在合金表面的速度和C擴散到合金內(nèi)部的速度決定，并存在滲碳速度達到峰值的溫度范圍。對于不銹鋼來說，滲碳使Cr的碳化物析出，Cr碳化物周圍形成貧Cr區(qū)，產(chǎn)生異常氧化現(xiàn)象。滲碳引起的典型損傷是金屬粉化。這種損傷常發(fā)生在溫度為400-800℃的CO、CH4、H2-CH4、H2-CO等低氧勢、高碳勢氣氛中。部件表面產(chǎn)生麻點，厚度減薄。滲碳部位發(fā)生石墨、金屬、氧化物、碳化物等粉末脫落現(xiàn)象。 Ni、Cr、Si是提高抗?jié)B碳能力的有效元素。Ni難于生成碳化物，Cr、Si可形成致密的保護性氧化膜Cr2O3、SiO2，阻止C的侵入。一般來說，Cr+Si≥30%的合金具有良好的抗?jié)B碳性。穩(wěn)定的碳化物形成元素Ti、Nb、Zr可以“捕獲”侵入到合金中的C，所以也是提高合金抗?jié)B碳性的元素。各種不銹鋼的抗?jié)B碳性如表1。其中Cr、Ni含量高的309型不銹鋼和310型不銹鋼具有良好的抗?jié)B碳性。鋼中添加Si可以提高抗?jié)B碳性。

3、氮化

在合成NH3和合成密胺樹脂等高溫高壓環(huán)境下，常發(fā)生氮化現(xiàn)象。發(fā)生氮化時，N2、NH3氣體以及其它氮化物吸附在合金表面，原子狀態(tài)的N擴散到合金內(nèi)部，形成固溶體或氮化物，使部件發(fā)生力學和化學損傷。與上述的滲碳情況一樣，不銹鋼發(fā)生氮化時，也出現(xiàn)貧Cr區(qū)，導(dǎo)致異常氧化的發(fā)生。 Ni是N的非活性元素，不形成氮化物，可以提高合金的抗氮化能力。合金中添加Cr形成適量的保護性氮化物（Cr2N）可提高合金的抗氮化能力，但Cr含量大于10%時，合金的保護性膜的密著性下降，促進氮化的進行。Al是容易形成氮化物的元素，因此是氮化的有害元素。此外，預(yù)先在合金表面形成致密的Cr2O3可使合金具有良好的抗氮化能力。各種不銹鋼、耐熱鋼Ni含量越高，合金的抗氮化能力越強。

4、高溫鹵素氣體腐蝕

高溫鹵素氣體腐蝕是在聚氯乙烯合成裝置、煤液化、汽化裝置、城市垃圾和產(chǎn)業(yè)廢棄物焚燒爐等含有高溫鹵素氣體環(huán)境中發(fā)生的腐蝕現(xiàn)象。由于Cl2、F2、HCl2、I2、Br2等具有很強的腐蝕性，許多合金在400-500℃的這些高溫鹵素氣體環(huán)境下，受到嚴重腐蝕。高溫鹵素氣體腐蝕的最大特點是，腐蝕產(chǎn)物鹵化物（FeCl2、FeCl3、CrCl3等）和羥基鹵化物（CrO2Cl）熔點低、蒸汽壓高、揮發(fā)性強、容易升華，所以加速了腐蝕的進行。 Ni是鹵素氣體的非活性元素，合金中添加Ni可以提高合金的抗高溫鹵素氣體腐蝕。Cr和REM等活性元素沒有提高抗高溫鹵素氣體腐蝕的作用。不銹鋼和各種合金在鹵素氣氛環(huán)境中的耐用溫度列于表3。不銹鋼的耐用溫度大大低于純Ni和Ni基超合金。但在高溫鹵素氣體腐蝕和高溫硫化腐蝕同時發(fā)生的環(huán)境下，Ni基超合金，由于鹵化，Cr被優(yōu)先腐蝕，合金表面富化Ni，表面的Ni富化層會受到嚴重的硫化腐蝕。對此應(yīng)予以注意。