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不可不知的不銹鋼常見腐蝕類型

2021-04-08 13:24:43 作者：本網(wǎng)整理來源：新材料在線分享至：

不銹鋼就是不容易生銹的鋼鐵，不銹鋼中的主要合金元素是Cr（鉻），只有當(dāng)Cr含量達(dá)到一定值時，鋼材有耐蝕性，不銹鋼一般Cr含量至少為10.5%。不銹鋼的耐蝕機理為鈍化膜理論，即其表面形成一層極薄而堅固細(xì)密的穩(wěn)定的富Cr鈍化膜，防止氧原子繼續(xù)滲入、繼續(xù)氧化，從而達(dá)到防銹蝕的能力。

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不銹鋼表面鈍化膜形成圖解

人們認(rèn)為“不銹鋼是不生銹的，生銹的就不是不銹鋼了”。其實這是對不銹鋼缺乏了解的一種片面錯誤看法，不銹鋼在一定的條件下也會生銹的。如果我們能夠直觀的了解不銹鋼的各種腐蝕類型，面對不銹鋼腐蝕時可以有相應(yīng)的應(yīng)對措施來減少損失。下面結(jié)合工程實際講述幾種不銹鋼常見的腐蝕類型，簡要介紹相應(yīng)的抗腐蝕措施，并重點介紹不銹鋼應(yīng)力腐蝕原因及防治措施。

不銹鋼發(fā)生的腐蝕破壞多是局部腐蝕破壞，最常見的有晶間腐蝕（9%）、點蝕（23%）和應(yīng)力腐蝕（49%）。[1]

晶間腐蝕

晶間腐蝕是由于晶界上貧Cr，導(dǎo)致該區(qū)域優(yōu)先腐蝕，進(jìn)而使晶粒整體從金屬上脫離。熱處理450℃~850℃溫度區(qū)間中C與Cr易形成碳鉻化合物（Cr23C6），晶界處消耗的Cr不能及時從晶粒中得到補充，使晶界區(qū)域貧Cr，這是導(dǎo)致晶間腐蝕的關(guān)鍵。

例如：某公司合成氨廠爐的工藝氣預(yù)熱管因為晶間腐蝕引起的開裂，發(fā)生泄漏事故。預(yù)熱管出現(xiàn)晶間腐蝕是因為奧氏體不銹鋼晶界析出Cr23C6，在管內(nèi)Cl-作用下管子短期出現(xiàn)晶間腐蝕開裂。

晶間腐蝕微觀形貌及零件宏觀圖

數(shù)據(jù)來源：上海寶冶工程技術(shù)有限公司

為了預(yù)防不銹鋼發(fā)生晶間腐蝕，一般的解決辦法：

1、固溶退火金屬被均勻加熱到1050℃~1060℃，然后急速冷卻；2、添加穩(wěn)定化元素Ti、Nb等；

3、選用低碳不銹鋼。

點蝕

點蝕是一種很危險的局部腐蝕，發(fā)生小孔然后急劇進(jìn)行腐蝕的現(xiàn)象，嚴(yán)重時可導(dǎo)致穿孔。點蝕的影響因素主要有：

1、Cl-影響，Cl-使不銹鋼鈍化膜局部破壞，導(dǎo)致該部位優(yōu)先發(fā)生腐蝕；2、溫度影響，溫度越高，腐蝕越快；

3、表面附著污染物阻止了氧氣流通。

例如，日常生活中不銹鋼（201或304不銹鋼居多）水槽就經(jīng)常發(fā)生點蝕現(xiàn)象。如果一些酸性或者鹽類的物質(zhì)盛放在水槽中未得到及時的處理，就會導(dǎo)致不銹鋼水槽出現(xiàn)點蝕。

出現(xiàn)點蝕現(xiàn)象的不銹鋼水槽

數(shù)據(jù)來源：中潔網(wǎng)、房天下

預(yù)防措施有如下幾條：

1、防止Cl-附著；

2、進(jìn)行合理的表面處理，形成穩(wěn)定鈍化膜；

3、選擇耐Cl-腐蝕性強的材料（如添加Mo的316L不銹鋼）。

應(yīng)力腐蝕

應(yīng)力腐蝕是指在拉應(yīng)力作用下，金屬在腐蝕介質(zhì)中引起的破壞。不銹鋼的應(yīng)力腐蝕是不銹鋼失效中發(fā)生次數(shù)最多，后果最嚴(yán)重的腐蝕形式。若腐蝕過程中有輕微裂紋的產(chǎn)生，其擴展速率比其他腐蝕類型快幾個數(shù)量級，造成災(zāi)難性的后果。化工廠，核電站，鍋爐等都出現(xiàn)過不銹鋼材料應(yīng)力腐蝕開裂的現(xiàn)象。

例如，①某藥化企業(yè)羥基乙腈合成甘氨酸項目合成工段到濃縮段的316L不銹鋼管到焊縫發(fā)生了嚴(yán)重的應(yīng)力腐蝕開裂。該事故中應(yīng)力腐蝕開裂起源于焊縫缺陷，焊接過程熱處理控制不當(dāng)出現(xiàn)晶間腐蝕，加之焊接中存在的殘余應(yīng)力導(dǎo)致在晶間腐蝕的基礎(chǔ)上演變?yōu)閼?yīng)力腐蝕開裂。

出現(xiàn)應(yīng)力腐蝕開裂的316L管件

數(shù)據(jù)來源：中國腐蝕與防護(hù)網(wǎng)

②核電站反應(yīng)堆堆芯中堆內(nèi)構(gòu)件為304NG不銹鋼，在高溫高壓、強輻照的水環(huán)境中，發(fā)生過輻照促進(jìn)應(yīng)力腐蝕（IASCC）現(xiàn)象。嚴(yán)格控制核電站服役環(huán)境是目前解決該問題最有效的方法之一。

堆內(nèi)構(gòu)件發(fā)生輻照促進(jìn)應(yīng)力腐蝕（IASCC）

研究應(yīng)力腐蝕的實驗是根據(jù)不同情況下應(yīng)力腐蝕特征和實驗?zāi)康膩碓O(shè)計的。根據(jù)材料、環(huán)境、應(yīng)力狀態(tài)和實驗?zāi)康牟煌寻l(fā)展了多種應(yīng)力腐蝕實驗方法。按實驗地點和環(huán)境性質(zhì)分現(xiàn)場試驗、實驗室實驗和實驗室加速實驗；按加載方式分恒載荷實驗、恒變形實驗和慢應(yīng)變速率拉伸實驗。同樣應(yīng)力腐蝕實驗的試樣一般也分為三類：光滑試樣、帶缺口試樣和預(yù)制裂紋試樣。

預(yù)制裂紋的CT試樣

不銹鋼應(yīng)力腐蝕問題得到了廣泛的研究，提出了多種不同的機理來解釋應(yīng)力腐蝕現(xiàn)象，但迄今尚無公認(rèn)的統(tǒng)一機理。由于應(yīng)力腐蝕是一個與腐蝕有關(guān)的過程，其機理必然與腐蝕過程中的陽極和陰極反應(yīng)有關(guān)，因而應(yīng)力腐蝕機理主要分兩大類：陽極溶解型和氫致開裂型，以及在這兩類機理基礎(chǔ)上發(fā)展起來的表面膜破裂理論、活性通道理論、應(yīng)力吸附開裂理論、腐蝕產(chǎn)物楔入理論和閉塞電池理論等。

表面膜破裂理論模型

影響因素應(yīng)力腐蝕的主要有三個方面因素：材料、腐蝕環(huán)境和拉應(yīng)力。材料因素包括元素含量、熱處理、微觀組織及表面狀態(tài)；腐蝕環(huán)境包括介質(zhì)種類、溫度、電位及液體流動速率；拉應(yīng)力包括服役應(yīng)力、安裝應(yīng)力、殘余應(yīng)力及拉伸速率等。

解決辦法：

1、減少高應(yīng)力部件的應(yīng)力集中；

2、防止氯離子的引入；

3、避免產(chǎn)生應(yīng)力的加工；

4、熱處理，消除應(yīng)力；

5、采用耐SCC的鐵素體不銹鋼；

6、使用高Ni鋼種

在科學(xué)技術(shù)日新月異，科研水平不斷提高的新時代，新材料的研發(fā)速度仍然趕不上問題的速度。在實際工程應(yīng)用中不銹鋼材料的腐蝕問題層出不窮，目前的防護(hù)措施雖然取得了一定的成效，但仍存在嚴(yán)重不足，各種防護(hù)手段都只能在一定范圍內(nèi)起到作用。合理選材，實時的檢測依然是控制腐蝕的關(guān)鍵。

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