不锈钢在16种环境中的耐腐蚀性能全解析
2024-06-13 16:20:04
作者：金属压力加工 来源：金属压力加工
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不锈钢的耐腐蚀性能一般随着铬含量的增加而提高。其基本原理是，当钢中有足够的铬时，在钢的表面形成非常薄的致密氧化膜，它可以防止进一步的氧化。氧化性的环境可以强化这种膜，而还原性环境则必然破坏这种膜，造成钢的腐蚀。不锈钢的耐大气腐蚀性能基本上是随大气中氯化物的含量而变化的。因此，靠近海洋或其他氯化物污染源对不锈钢的腐蚀影响是极为重要的。在农村环境中，1Cr13、1Cr17和奥氏体型不锈钢可以适应各种用途，其外观上不会有显著的改变。因此，在农村暴露使用的不锈钢可以根据价格、市场供应情况、力学性能、制作加工性能和外观等来选择。在工业环境中，如果没有氯化物污染，1Cr17和奥氏体型不锈钢能长期工作，基本上保持无锈蚀，可能在表面形成污膜，但当将污膜清除后，还保持着原有的光亮外观。但在有氯化物的工业环境中，将造成不锈钢锈蚀。在海洋环境中，1Cr13和1Cr17不锈钢在短时期就会形成薄的锈膜，但不会造成明显的尺寸上的改变，奥氏体型不锈钢如1Cr17Ni7、1Cr18Ni9和0Cr18Ni9，当暴露于海洋环境时，可能出现一些锈蚀。锈蚀通常是浅薄的，可以很容易地清除。0Cr17Ni12M02含钼不锈钢在海洋环境中基本上是耐腐蚀的。除了大气条件外，还有另外两个影响不锈钢耐大气腐蚀性能的因素——即表面状态和制作工艺。精加工级别会影响不锈钢在有氯化物的环境中的耐腐蚀性能。无光表面（毛面）对腐蚀非常敏感。即正常的工业精加工表面对锈蚀的敏感性较小。表面精加工级别还影响污物和锈蚀的清除。从高精加工的表面上清除污物和锈蚀物很容易，但从无光的表面上清除则很困难。对于无光表面，如果要保持原有的表面状态则需要经常的清理。淡水来源于江河、湖泊、池塘或井中的水。淡水的腐蚀性受水的pH值、氧含量和成垢倾向性等影响。结垢（硬）水的腐蚀性主要由在金属表面形成垢的数量和类型来决定。这种垢的形成是存在其中的矿物质和温度共同作用引起的。非结垢（软）水一般比硬水的腐蚀性强。可以通过提高pH值或减少含氧量来降低其腐蚀性。1Cr13不锈钢明显比碳素钢耐淡水腐蚀，而且在淡水中有极好的使用性能。这种钢广泛用于例如需要高强度和耐腐蚀的船坞和水坝等用途。然而，应当考虑到在某些情况下，1Cr13不锈钢在淡水中可能对中度点蚀敏感，但是点蚀完全可以用阴极防蚀方法来避免。1Cr17和奥氏体型不锈钢在室温（环境温度）几乎完全可以耐淡水腐蚀。酸性水是指从矿石和煤浸析出的被污染的自然水，由于具有较强的酸性所以其腐蚀性比自然淡水强得多。由于水对矿石和煤中所含硫化物的浸析作用，酸性水中通常含有大量的游离硫酸，此外，这种水含有大量的硫酸铁，对碳钢的腐蚀有非常大的作用。受酸性水作用的碳钢设备通常很快被腐蚀。用受酸性河水作用的各种材料所做试验的结果表明，在这种环境下奥氏体型不锈钢有较高的耐腐蚀性能。奥氏体型不锈钢在淡水和酸性河水中有极好的耐腐蚀性能，特别是其腐蚀膜对热传导的阻碍较小，所以在热交换用途中广泛使用不锈钢管。盐性水的腐蚀特点是经常以点蚀的形式出现。对于不锈钢，在很大程度上是由于盐性水导致起耐腐蚀作用的钝化膜局部破坏。这些钢发生点蚀的其他原因是附着于不锈钢设备上的茗荷介和其他海水有机物可形成氧的浓差电池。一旦形成，这些电池非常活跃，并且造成大量腐蚀和点蚀。在盐性水高速流动的情况下，例如泵的叶轮，奥氏体型不锈钢的腐蚀通常是非常小的。对使用不锈钢管的冷凝器，需保持水流速大于1.5m/s，以使海水有机物和其他固体在管中集聚得最少。对处理盐性水的不锈钢设备的结构，在设计时最好减少缝隙和使用厚壁部件。埋入土壤中的金属的腐蚀情况，取决于天气和其他因素，处于随时都在变化的复杂的状态下。实践证明，奥氏体型不锈钢一般具有极好的耐大多数土壤腐蚀的性能，而1Cr13和1Cr17不锈钢则在很多种土壤中易产生点蚀。0Cr17Ni12Mo0不锈钢在所有土壤的试验中完全可以耐点蚀。含铬不小于14%的铁素体型不锈钢和奥氏体型不锈钢有极好的耐硝酸腐蚀的性能。1Cr17不锈钢己广泛用于硝酸工厂的加工设备。然而，由于0Cr18Ni9通常具有较好的成形性能和焊接性能，因此在上述用途中己大量取代了1Cr17不锈钢。其他奥氏体型不锈钢的耐硝酸腐蚀性能与0Cr18Ni9相近。0Cr17不锈钢通常比0Cr18Ni9的腐蚀速率稍高，并且较高的温度和浓度对其有较大的不利影响。如果对钢进行的热处理不适当，热硝酸将使奥氏体和铁素体型不锈钢产生晶间腐蚀，因此，可用适当的热处理来预防这种类型的腐蚀，或者使用耐这种类型腐蚀的不锈钢。标准不锈钢牌号很少用于硫酸溶液，因为其可使用的范围很窄。在室温条件下，0Cr17Ni12Mo2不锈钢（最耐硫酸腐蚀的标准牌号）在硫酸浓度小于15%，或大于85%时是耐腐蚀的。然而在较高的浓度范围，通常使用碳钢。马氏体和铁素体型不锈钢一般不耐硫酸溶液腐蚀。如同硝酸的情况一样，如果对不锈钢不进行适当的处理，硫酸可造成晶间腐蚀。对于焊接后不能进行热处理的焊接结构，应使用低碳牌号00Cr19Ni10或00Cr17Ni14M02，或稳定化的牌号0Cr18Ni11Ti或0Cr18Ni11Nb不锈钢。奥氏体型不锈钢具有较好的耐磷酸溶液腐蚀的性能，并广泛用于磷酸的生产和处理设备。在温度最高达107℃的各种浓度的情况下，其具有有效的耐腐蚀性能。在温度最高约达95℃的情况下，用0Cr17Ni12M02不锈钢的设备可以很好地处理磷酸。应注意的是，氟化物或氯化物盐类微量杂质有时存在于用湿法工艺生产的磷酸中。酸中这些卤化物的存在可能对不锈钢的耐腐蚀性能有不利影响。马氏体和铁素体型不锈钢的耐磷酸腐蚀性能明显比奥氏体不锈钢要差，因此一般不用于这种酸。甚至在室温，各种浓度的盐酸溶液都会很快腐蚀不锈钢，因此在这种酸中不可能使用不锈钢。奥氏体型不锈钢在几乎各种浓度和温度下一般都具有较好的耐硼酸、碳酸、氯酸和铬酸腐蚀的性能，100%氯酸除外。1Cr13和1Cr17不锈钢对铬酸的耐腐蚀性能明显不如奥氏体型不锈钢，但具有相对较好的耐硼酸和碳酸腐蚀的性能。奥氏体型不锈钢一般有极好的耐乙酸腐蚀的性能，而马氏体和铁素体型不锈钢不适用于大多数耐乙酸腐蚀的用途。奥氏体型不锈钢在室温完全可以耐各种浓度乙酸的腐蚀，在较高的温度，0Cr17Ni12Mo2和0Cr19Ni13M03比其他奥氏体型不锈钢有更好的耐乙酸腐蚀性能。在室温情况下，可以用任何奥氏体型不锈钢完全地处理甲酸。然而，热的甲酸可以很快腐蚀不含钼的不锈钢，因此，需要使用0Cr17Ni12M02和0Cr19Ni13M03不锈钢。在各种温度下甲酸都会很快地腐蚀马氏体和铁素体型不锈钢。一般情况下，在室温、最高浓度至少为50%时，不锈钢有好的耐草酸腐蚀的性能。然而在较高的温度，草酸溶液正如在室温、浓度为100%时一样，对所有的不锈钢都会有相当程度的腐蚀。0Cr18Ni9不锈钢在温度最高约达38℃时可用于乳酸贮存设备。但是在较高的温度下，无钼奥氏体型不锈钢易产生点蚀，所以优先选用0Cr17Ni12M02和0Cr19Ni13M03不锈钢。马氏体和铁素体型不锈钢一般来说耐乳酸腐蚀的能力较低。不锈钢通常有较好的耐弱碱腐蚀的性能，例如氢氧化铵。对于强碱，如氢氧化钠和氢氧化钾，在温度最高约为105℃、浓度最高约为50%时，奥氏体型不锈钢有好的耐腐蚀性能；在较高的温度和浓度下，腐蚀速率可能变得显著。当温度高于常压沸点（和稍低的温度，接近50%浓度）时，奥氏体型不锈钢就会出现应力腐蚀裂纹。除在某些条件下的卤化物溶液之外，不锈钢一般来说有极好的耐盐酸溶液腐蚀的性能，对于酸性盐，不锈钢的耐腐蚀性能在一定程度上必然受盐水解所形成的特殊的酸的影响。对于较高温度的酸性盐溶液，含钼奥氏体型不锈钢（0Cr17Ni12Mo2和0Cr19Ni13Mo3）通常比其他牌号不锈钢的耐腐蚀性能要好。在不锈钢用于卤化物溶液，特别是氯化物溶液时，应考虑到即使腐蚀速率一般较低，但点蚀和（或）应力腐蚀裂纹在一定条件下也可能产生。尽管有很多在有氯化物的情况下使用不锈钢取得很好效果的实例（如食品加工设备和在相对低的温度条件下流动的海水），但仍需分别考虑各种用途。点蚀或应力腐蚀裂纹是否产生，取决于环境、设备设计及操作等方面很多种因素。
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