不锈钢的防腐.docx

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不锈钢的防腐

以不锈钢为例，请问如何提高不锈钢基染料敏化太阳能电池的稳固？

通常，适应于依照金相组织把较普通的不锈钢分成三类：

奥氏体型不锈钢（面心立方）、铁素体型不锈钢（体心立方）和马氏体型不锈钢（体心正方或立方）。

当谈到在相当苛刻的环境中能够耐侵蚀的材料时，普通以为奥氏体不锈钢的耐蚀性是优良的。

在侵蚀性较为缓和的环境中，铁素体不锈钢具有足够的耐蚀性能，在轻度侵蚀性环境中，若要求材料具有高强度或高硬度则马氏体不锈钢和沉淀硬化不锈钢是可适用的。

归纳说来，应该熟悉到，对于某些会引发局部侵蚀（如点侵蚀和缠陈侵蚀）的超级苛刻的环境，即即是合金含量较高的奥氏体不锈钢也可能是不耐蚀的。

对于这种情形，在寻求耐侵蚀材料时，能够在奥氏体型的Ni—Cr—Fe—（Mo、Cu、Nb）合金系列中考虑、选用。

一样，对于在高温水、苛性碱或气态氯环境下利用的设备，也能够考虑选用Ni—Cr—Fe合金。

含镍不锈钢

（1）AISI300系列正如表1—1所示，300系列不锈钢是二十世纪七十年代美国所生产的各类不锈钢中产量最大的一类。

300系列不锈钢的化学成排列于表2—1，它们的机械性能列于表2—2。

300系列是经典的18／8（Cr8％一Ni8％）不锈钢的成分改型合金，是一种普遍应用已达五十年之久的耐侵蚀材料。

其中，为改善耐侵蚀性能而进展的较为重要的成份改型有：

（a）添加钼以改善钢的抗点侵蚀和裂缝侵蚀能力；

（b）降低含碳量或以钛或铌加钽稳固化，以减小焊接材料的品间侵蚀；

（c）添加镍和铬，以改善钢的抗高温氧化能力；

（d）添加镍以改善钢的抗应力侵蚀性能。

影响孔蚀的规律可归纳为内因和外因两大类：

内因是不锈耐蚀钢的成份相组织结构等：

外因是侵蚀环境的组成和温度等．不锈耐蚀钢产生孔蚀的特征为：

（1）pH＞3的中性的弱侵蚀环境；

（2）某界限浓度以上的卤素离子（如Cl¯、Br¯等）——孔蚀的活化剂——例如在1N硫酸溶液中铁的孔蚀是[Cl¯]＞0.0003克分子／升便引发孔蚀。

此浓度因金属和合金的组成和表面状态而异；

（3）孔蚀发生的临界电位，即孔蚀电位值因卤素离子浓度和添加元素而异；

（4）孔蚀发生前有孕育期（或称诱导期）；

（5）有氧化剂（如铁离子、汞离子，铜离子、双氧水和溶解氧等）存在时孔蚀加速，即孔蚀与金属离子的氧化还原电位有关；

（6）在钝化区，金属与有害的阴离子的亲合力大于氧的亲合力而产生孔蚀；

（7）孔蚀的钝化剂有氢氧根、硝酸根、铬酸根和硫酸根等。

一般孔蚀具有成核进程的孕育期和成长进程的扩展期。

2—2影响孔蚀的环境因素

1．侵蚀介质的种类．—

不锈耐酸钢的孔蚀是在特定的侵蚀介质中发生的，专门是含Cl¯的水溶液几乎是产生孔蚀的主要原因，其它卤素离子（如Br¯和I¯）也引发孔蚀。

另外也有氯酸根等介质产生孔蚀的报导，可是侵蚀破坏事例很少．

卤素离子的浓废

一般以为孔蚀只有当卤素离子在溶液中达到某一浓度以上时才产生．固然那个浓度界限是因利用材料成份和状态等的不同而异的．一般采用产生孔蚀的最小Cl¯浓度作为评定孔蚀趋势的一个参量。

卤素离子的浓度与孔蚀电位的关系，能够下式表示之：

E²¯=a+blogC卤¯

1）.各类元素对不锈钢的性能和组织的影响和作用

1-1.铬在不锈钢中的决定作用：

决定不锈钢性属的元素只有一种，这就是铬，每种不锈钢都含有必然数量的铬。

迄今为止，尚未不含铬的不锈钢。

铬之所以成为决定不锈钢性能的主要元素，

根本的原因是向钢中添加铬作为合金元素以后，促使其内部的矛盾运动向有利于

抵抗侵蚀破坏的方面进展。

这种转变能够从以下方面取得说明：

①铬使铁基固溶体的电极电位提高

②铬吸收铁的电子使铁钝化

钝化是由于阳极反映被阻止而引发金属与合金耐侵蚀性能被提高的现象。

组成金

属与合金钝化的理论很多，主要有薄膜论、吸附论及电子排列论。

1-2.碳在不锈钢中的双重性

碳是工业用钢的主要元素之一，钢的性能与组织在专门大程度上决定于碳在钢中的

含量及其散布的形式，在不锈钢中碳的影响尤其显著。

碳在不锈钢中对组织的影

响主要表此刻两方面，一方面碳是稳固奥氏体的元素，而且作用的程度专门大（约

为镍的30倍），另一方面由于碳和铬的亲和力专门大，与铬形成—系列复杂的碳

化物。

所以，从强度与耐腐烛性能两方面来看，碳在不锈钢中的作用是彼此矛盾的。

熟悉了这一影响的规律，咱们就可以够从不同的利用要求动身，选择不同含碳量的

不锈钢。

例如工业中应用最普遍的，也是最最少的不锈钢——0Crl3～4Cr13这五个钢号

的标准含铬量规定为12～14％，就是把碳要与铬形成碳化铬的因素考虑进去以

后才决定的，目的即在于使碳与铬结合成碳化铬以后，固溶体中的含铬量不致低

于％这一最低限度的含铬量。

就这五个钢号来讲由于含碳量不同，强度与耐侵蚀性能也是有区别的，0Cr13～

2Crl3钢的耐侵蚀性较好但强度低于3Crl3和4Cr13钢，多用于制造结构零件，

后两个钢号由于含碳较高而可取得高的强度多用于制造弹簧、刀具等要求高强度

及耐磨的零件。

又如为了克服18－8铬镍不锈钢的晶间侵蚀，能够将钢的含碳

量降至％以下，或加入比铬和碳亲和力更大的元素（钛或铌），使之不

形成碳化铬，再如当高硬度与耐磨性成为主要要求时，咱们能够在增加钢的含碳

量的同时适本地提高含铬量，做到既知足硬度与耐磨性的要求，又兼顾—定的耐

侵蚀功能，工业上用作轴承、量具与刃具有不锈钢9Cr18和9Cr17MoVCo钢，

含碳量虽高达～％，由于它们的含铬量也相应地提高了，所以仍保证

了耐侵蚀的要求。

总的来讲，目前工业中取得应用的不锈钢的含碳量都是比较低的，大多数不锈钢

的含碳量在～％之间，耐酸钢则以含碳～％的占多数。

含碳量大于0.

4％的不锈钢仅占钢号总数的一小部份，这是因为在大多数利用条件下，不锈钢

老是以耐侵蚀为主要目的。

另外，较低的含碳量也是出于某些工艺上的要求，如

易于焊接及冷变形等。

1-3.镍在不锈钢中的作用是在与铬配合后才发挥出来的

镍是优良的耐侵蚀材料，也是合金钢的重要合金化元素。

镍在钢中是形成奥氏体

的元素，但低碳镍钢要取得纯奥氏体组织，含镍量要达到24％；而只有含镍27

％时才使钢在某些介质中的耐侵蚀性能显著改变。

所以镍不能单独组成不锈钢。

可是镍与铬同时存在于不锈钢中时，含镍的不锈钢却具有许多宝贵的性能。

基于上面的情形可知，镍作为合金元素在不锈钢中的作用，在于它使高铬钢的组

织发生转变，从而使不锈钢的耐侵蚀性能及工艺性能取得某些改善。

1-4.锰和氮能够代替铬镍不锈钢中镍

铬镍奥氏体钢的长处虽然很多，但近几十年来由于镍基耐热合金与含镍20％以

下的热强钢的大量进展与应用，和化学工业日趋进展对不锈钢的需要量愈来愈

大，而镍的矿藏量较少且又集中散布在少数地域，因此活着界范围内出现了镍在

供和需方面的矛盾。

所以在不锈钢与许多其他合金领域（如大型铸锻件用钢、工

具钢、热强钢等）中，专门是镍的资源比较缺乏的国家，普遍地开展了节镍和

以其他元素代镍的科学研究与生产实践，在这方面研究和应用比较多的是以锰和

氮来代替不锈钢与耐热钢中的镍。

锰对于奥氏体的作用与镍相似。

但说得确切一些，锰的作用不在于形成奥氏体，

而是在于它降低钢的临界淬火速度，在冷却时增加奥氏体的稳固性，抑制奥氏体

的分解，使高温下形成的奥氏体得以维持到常温。

在提高钢的耐侵蚀性能方面，

锰的作用不大，如钢中的含锰量从0到%转变，也不使钢在空气与酸中的

耐侵蚀性能发生明显的改变。

这是因为锰对提高铁基固溶体的电极电位的作用不

大，形成的氧化膜的防护作用也很低，所以工业上虽有以锰合金化的奥氏体钢（如40Mn18Cr4,50Mn18Cr4WN、ZGMn13钢等），但它们不能作为不锈钢利用。

锰在钢中稳固奥氏体的作用约为镍的二分之一，即2％的氮在钢中的作用也是稳

定奥氏体，而且作用的程度比镍还要大。

例如，欲使含18％铬的钢在常温下获

得奥氏体组织，以锰和氮代镍的低镍不锈钢与元镍的铬锰氮不诱钢，目前已在工

业中取得应用，有的已成功地代替了经典的18-8铬镍不锈钢。

1-5.不锈钢中加钛或铌是为了避免晶间侵蚀。

1-6.钼和铜能够提高某些不锈钢的耐侵蚀性能。

1-7.其他元素对不锈钢的性能和组织的影响

以上主要的九种元素对不锈钢的性能和组织的影响，除这些元素对不锈钢性能与

组织影响较大的元素之外，不锈钢中还含有一些其他的元素。

有的是和一般钢一

样为常存杂质元素，如硅、硫、磷等.也有的是为了某些特定的目的而加入的，

如钴、硼、硒、稀土元素等。

从不锈钢的耐侵蚀性能这一主要性质来讲，这些元

素相对于已讨论的九种元素，都是非主要方面的，虽然如此，但也不能完全忽略，

因为它们对不锈钢的性能与组织一样也发生影响。

因为它们对不锈钢的性能与组织一样也发生影响。

硅是形成铁素体的元素，在一般不锈钢中为常存杂质元素。

钴作为合金元素在钢中应用不多，这是因为钴的价钱高及其在其它方面（如高速

钢、硬质合金、钴基耐热合金、磁钢或硬磁合金等）有着更重要的用途。

在一般

不锈钢中加钴作合金元素的也不多，常常利用不锈钢如9Crl7MoVCo钢（含钴）加钴，目的并非在于提高耐侵蚀性能而在于提高硬度，因为这种不锈钢的

主要用途是制造切片机械刃具、剪子及手术刀片等。

硼：

高铬铁素体不锈钢Crl7Mo2Ti钢中加％硼，可使在沸腾的65％醋酸

中的耐侵蚀性能提高。

加微量的硼（～％）可使奥氏体不锈钢的热

态塑性改善。

少量的硼由于形成低熔点共晶体，使奥氏体钢焊接时产生热裂纹的

偏向增大，但含有较多的硼（～％）时，反而可避免热裂纹的产生。

因为

当含有～％的硼时，形成奥氏体－硼化物两相组织，使焊缝的熔点降低。

熔池的凝固温度低于半溶化区时，母材在冷却时产生的张应力，由处于液态.固

态的焊缝金属经受，现在是不致引发裂痕的，即便在近缝区形成了裂纹，也能够

为处于液态－固态的熔池金属所填充。

含硼的铬镍奥氏体不锈钢在原子能工业中

有着特殊的用途。

不锈钢为何也生锈?

不锈钢具有抵抗大气氧化的能力---即不锈性，同时也具有在含酸、碱、盐的介质

中乃侵蚀的能力---即耐蚀性。

但其抗侵蚀能力的大小是随其钢质本身化学组成、

加互状态、利用条件及环境介质类型而改变的。

如304钢管，在干燥清洁的大

气中，有绝对优良的抗锈蚀能力，但将它移到海滨地域，在含有大量盐份的海雾

中，专门快就会生锈了；而316钢管则表现良好。

因此，不是任何一种不锈钢，

在任何环境下都能耐侵蚀,不生锈的。

不锈钢是靠其表面形成的一层极薄而牢固细密的稳固的富铬氧化膜（防护膜），

避免氧原子的继续渗入、继续氧化，而取得抗锈蚀的能力。

一旦有某种原因，这

种薄膜受到了不断地破坏，空气或液体中氧原子就会不断渗入或金属中铁原子

不断地析离出来，形成疏松的氧化铁，金属表面也就受到不断地锈蚀。

这种表

面膜受到破坏的形式很多，日常生活中多见的有如下几种：

1.不锈钢表面存积着含有其他金属元素的粉尘或异类金属颗粒的附着物，在潮

湿的空气中，附着物与不锈钢间的冷凝水，将二者连成一个微电池，引发了电

化学反映，保护膜受到破坏，称之谓电化学侵蚀。

2.不锈钢表面粘附有机物汁液（如瓜菜、面汤、痰等），在有水氧情形下，构

成有机酸，长时刻则有机酸对金属表面的侵蚀。

3.不锈钢表面粘附含有酸、碱、盐类物质（如装修墙壁的碱水、石灰水喷溅），

引发局部侵蚀。

4.在有污染的空气中（如含有大量硫化物、氧化碳、氧化氮的大气），遇冷凝

水，形成硫酸、硝酸、醋酸液点，引发化学侵蚀。

以上情形都可造成不锈钢表面防护膜的破坏引发锈蚀。

所以，为确保金属表面永

久光亮，不被锈蚀，咱们建议：

1.必需常常对装饰不锈钢表面进行清洁擦洗，去除附着物，消除引发修饰的外界

因素。

2.海滨地域要利用316材质不锈钢，316材质能抵抗海水侵蚀。

3.市场上有些

不锈钢管化学成份不能符合相应国家标准，达不到304材质要求。

因此也会引

起生锈，这就需要用户认真选择有信用厂家的产品。