不锈耐蚀钢-第四讲素材.ppt

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主要内容 重点及基本要求 掌握金属腐蚀的概念、提高耐腐蚀的基本途径、合金元素对耐腐蚀性能的影响; 掌握常见各种不锈钢的成分、热处理、性能及用途等特点; 重点是合金元素对耐腐蚀性能的影响; 难点是不同合金元素对耐蚀钢组织、性能的交互作用。 1、钢的耐蚀性 一、金属腐蚀的基本概念 1、化学腐蚀 金属和化学介质直接发生化学反应造成的腐蚀称化学腐蚀。 如铁在高温下的氧化: 4Fe+3O2→Fe2O3 Fe+2H2O→Fe(OH)2+H2↑ 这种反应不产生腐蚀电流,在反应表面形成一层化学生成物。 2、 电化学腐蚀 电化学腐蚀是金属腐蚀更重要更普遍的形式,它是由于不同金属或金属的不同相之间,电极电位不同,构成原电池而产生的。 用硝酸酒精浸蚀碳钢能显示珠光体就是这一原理。由于Fe3C的电极电位较高,α-Fe的电极电位较低,当有导线连通时即构成原电池,导线中有电流通过。这时在阳极上α-Fe的原子变成离子进入溶液: Fe →Fe++++3e 电子则通过导线到达阴极Fe3C。在阴极上Fe3C将电子传导给酸性介质中的H+离子,变成氢气逸出: 3 H++3e=1.5H2↑ 原电池不断进行的结果,是α-Fe被腐蚀,H+离子被还原,Fe3C不被腐蚀。这种原电池腐蚀由于是在显微组织之间产生的,故称为微电池腐蚀。 电化学腐蚀的特点: 有液体介质、金属或相之间有电位差、并连通或接触、有电流产生,阳极金属溶解。 在腐蚀开始后,由于在阳极形成钝化膜,在阴极产生电子堆积。阳极电位向正方向变化,产生阳极极化;阴极电位向负的方向变化,产生阴极极化,这种电极电位的变化称为极化。 一切增强阳极极化或阴极极化的因素,都提高金属的耐蚀性。 金属电化学腐蚀的形式 二、成分和环境对钢耐蚀性的影响 1、提高钢的耐蚀性途径 提高基体的电极电位,来降低原电池电动势; 使钢具有单相组织,减少微电池的数量; 使钢表面生成稳定的表面保护膜,如钢中加硅、铝、铬等。 2、成分对钢耐蚀性的影响 (1)碳 碳能强烈地稳定奥氏体,稳定奥氏体的能力为镍的30倍; 碳与铬能形成一系列碳化物,使不锈钢耐蚀性受到严重影响; (3)镍 提高钢的耐蚀性,在非氧化性的硫酸中更为显著。摩尔分数为12.5%和25%时,耐蚀性明显提高。 镍是γ稳定化元素,镍能有效地降低Ms点,使奥氏体能保持到很低的温度。 (4)锰 提高铬不锈钢在有机酸如醋酸、甲酸等中的耐蚀性,比镍更有效。 锰是镍的代用品,是γ稳定化元素;锰在奥氏体不锈钢中部分替代Ni,2%Mn相当1%Ni。 (5)钼 提高不锈钢的钝化作用和耐蚀性,可阻止点蚀。 (6)硅 提高钢在盐酸、硫酸和高浓度硝酸中的耐蚀性。 在不锈钢中加入2-4%的Si,提高耐蚀性。 (7)钛、铌 钛和铌是强的碳化物形成元素,可优先于铬同碳形成碳化物,防止晶间腐蚀,提高耐蚀性。 3、环境对不锈钢耐蚀性的影响 大气、水、水蒸气等弱腐蚀介质,固溶体中Cr含量>10-12%,就能保证不锈。 氧化性酸如硝酸等,Cr含量>16%的钢,才有较高的钝化能力。 非氧化性酸如稀硫酸等,需要加入Ni、Mo、Cu等,提高耐蚀性。 盐酸中不锈耐蚀钢也不耐蚀,一般采用Ni-Mo合金。 强有机酸中,一般Cr和Cr-Ni不锈钢难以钝化,加入Mo、Cu、Mn等,提高耐蚀性。 在含Cl的介质中,加Mo提高抗点蚀的能力。 2 不锈耐蚀钢的组织 一、Cr-Mn系不锈钢 1、Fe-Cr-Mn相图 1000℃时,单相γ相区仅溶解14%Cr。 2 Cr-Mn-C-N钢中的组织: 要获得单相γ,所需最少的C、N于钢中Cr之间的关系为: C+N=0.078[Cr-12.5] N在钢中的溶解度取决于氮化物形成元素Cr和Mn在钢中的含量: N=1/100[Cr+Mn] 二、Cr-Ni系不锈钢 更多的合金元素可归纳为铬,镍当量对不锈钢组织的影响。 铬,镍当量可由下列公式计算: 铬当量由铁素体形成元素来确定: Cr当量 = (Cr)+2(Si)+1.5(Mo)+5(V)+5.5(Al)+1.75(Nb)+1.5(Ti)+0.75(W) 镍当量由奥氏体形成元素确定: Ni当量=(Ni)+(Co)+0.5(Mn)+0.3(Cu)+25(N)+30(C) 以上各元素均为重量百分比。 根据上述计算式算出的铬,镍当量数,在下图中求得其交点,根据交点所在相区,确定钢的相组成。

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