不锈耐蚀钢-第四讲.ppt

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。