第五章_不锈钢案例.ppt

第五章;材料失效的主要形式;每年被腐蚀破坏掉的钢材占全球钢年产量的1/10，因腐蚀而损失的金属价值就占到全球生产总值的4％左右，这还不包括因为腐蚀造成设备失效引发的间接损失； 2006年全球钢产量达到创纪录的12.39亿吨 ，中国的钢产量达到4.18亿吨 ，为全球第一大产钢国； 鞍本钢铁集团 2255.76万吨 宝钢集团有限公司 2253.18万吨 广州钢铁企业集团有限公司 331.51万吨;第一节 金属腐蚀的机理;化学腐蚀的特点：不产生腐蚀电流，在反应表面形成一层化学生成物。 氧化膜的形成及氧化膜的结构和性质是化学腐蚀的重要特征。 致密的氧化物膜（钝化膜）能阻止进一步的腐蚀；Al2O3，SiO2，Cr2O3 不连续的或者多孔状的氧化膜对基体金属没有保护作用。 有些金属氧化物，如Mo2O3、WO3在高温下具有挥发性，完全没有覆盖基体的保护作用。;电化学腐蚀的特点：有液体电介质存在，不同金属或不同相之间有电极电位差并连通或接触，同时有腐蚀电流产生。 在金属材料中，电化学腐蚀是由金属材料中不同相之间的电极电位的不同，在介质存在时构成原电池而产生的。 在生产实际中遇到的腐蚀主要是电化学腐蚀。; 电化学腐蚀过程示意图;; 珠光体组织发生电化学腐蚀的示意图;均匀腐蚀：腐蚀发生在金属裸露的整个表面上或零件使用的整个工作面上。又称一般腐蚀或连续腐蚀。 晶间腐蚀：晶界的电极电位低于晶内，导致晶界比晶内腐蚀程度大。 ;点腐蚀：在金属表面上极局部区域由于氯离子或氯化物盐引起的一种腐蚀破坏形式，它是由钝化膜的局部破坏所引起的。又称点蚀或孔蚀。 应力腐蚀：在张应力状态和特定的腐蚀介质（主要是氯化物盐、碱的水溶液以及蒸汽介质）作用下，材料发生破裂的现象。 氢脆：在张应力状态作用下的金属合金，发生腐蚀吸收阴极析出的氢（或其它氢）导致的脆化破裂。;腐蚀疲劳：在腐蚀介质和交变载荷共同作用下发生的破坏。 磨损腐蚀：在同时存在着腐蚀和机械磨损时，两者相互加速的腐蚀称为磨损腐蚀。 另外，由于宏观电池作用也会产生腐蚀。 例如，金属构件中铆钉与铆接材料不同、异种金属的焊接、船体与螺旋桨材料不同等因电极电位差别而造成的腐蚀。 ;腐蚀速度应取决于单位时间内从阳极上溶解的金属离子数，即等于单位时间内导线中流过的电量。 在腐蚀之后，阴、阳极的电位会发生变化，即向着电位差缩小的方向变化，使原电池的电动势减小，这种电极电位的变化称为极化。;产生阳极极化的原因 主要是由于在腐蚀过程中形成有保护作用的钝化膜阻碍了阳极金属和溶液的直接接触，使金属形成离子的速度减慢，因而降低了阳极表面的电荷密度，从而升高了阳极的电极电位。;;常用的铁、铬、镍、钛等金属的阳极极化过程具有独特的极化形式（相同的规律）：;极化的作用对提高金属材料的耐蚀性意义很大： 一切增强阳极极化或阴极极化的因素都能提高金属材料的耐蚀性能； 或者说一切去阳极极化或去阴极极化的因素都降低金属材料的耐蚀性能。 ;从上述腐蚀机理和类型的分析可见，要解决金属的电化学腐蚀问题，主要从以下几个方面入手：;从提高钢本身的耐蚀性能（即金属材料的成分、组织设计）来说，可以有以下途径：;一、合金元素对铁的极化和电极电位的影响 1. 合金元素对铁的阳极极化曲线的影响;镍、硅、钼等也不同程度地扩大钝化区，增强钝化性能，所以它们也是不锈钢合金化的有效合金元素；同时钼不仅能增强钝化能力，而且还可升高F点电位的元素，说明钼的钝化能够提高钢抗点蚀的性能。;2. 合金元素对铁的电极电位的影响 一般说来，合金固溶体的电极电位总是比其它合金化合物的电极电位低，因此在电化学腐蚀过程中，合金固溶体总是作为阳极而被腐蚀。 研究表明，钢中加入Cr、Ni、Si等元素均能提高铁的电极电位。但实用中由于Ni较缺，而Si的大量加入会使钢变脆，因此只有Cr才是显著提高铁基固溶体电极电位的常用合金元素。;Cr含量对Fe-Cr合金电极电位的影响;Tammann定律： 铁基固溶体（钢基体）中Cr含量达12.5%原子比（即1/8）时，电极电位有一个突跃升高；当Cr的含量提高到25%原子比（即2/8）时，铁基固溶体的电极电位又有一个突跃的升高。这一现象称为二元合金固溶体电位的n/8规律。许多二元合金固溶体合金中存在这种规律。;1. Me对铁基固溶体即钢的基体组织的影响 首先取决于所加入的合金元素是α相稳定元素还是γ相稳定元素。 α相稳定元素占优势时可获得单相α基固溶体合金； γ相稳定元素占优势时可获得单相γ基固溶体合金。;2. 为了减少微电池的数量，可将金属材料设计成单相组织 不锈钢的基体组织不仅是获得所需力学性能和工艺性能的保证，