奥氏体系不锈钢和热处理工艺

前言
随着经济建设的深入发展,不锈钢在石油工业、医用器械、国防工业和民用工业等领域的应用逐渐扩大。

随着改革开放以来国外先进技术的引进,进口不锈钢牌号和种类日渐增多,因此要求有许多焊接材料,以及一些工艺、新技术与之相应。

对不锈钢焊接结构,如何保证焊接过程质量,是保证焊接结构质量的核心。

本论文主要论述奥氏体系不锈钢及其热处理工艺分析；比较全面地论述了奥氏体不锈钢化学成分及其合金化的原理,奥氏体不锈钢化学成分、合金元素在奥氏体不锈钢中的作用,奥氏体不锈钢的主要优点；相应地分析了金属的腐蚀及防护；腐蚀的现象及意义；化学腐蚀及保护膜。

电化学腐蚀及其防护,腐蚀损坏的形式〔均匀腐蚀、点腐蚀、晶间腐蚀、应力腐蚀、疲劳腐蚀〕及材料抗蚀性的评定,同时也分析奥氏体不锈钢焊缝热影响区的组织及热处理奥氏体不锈钢的热处理工艺。

目录
一、奥氏体不锈钢5
〔一〕奥氏体不锈钢成分5
〔二〕奥氏体不锈钢合金化原理6
〔三〕奥氏体不锈钢型号8
〔四〕奥氏体不锈钢种类10
〔五〕奥氏体不锈钢的特点13
〔六〕奥氏体不锈钢优缺点14
〔七〕奥氏体不锈钢生产工艺14
二、金属的腐蚀15
〔一〕金属的腐蚀及防护15
〔二〕腐蚀的现象及意义17
〔三〕化学腐蚀及保护膜17
〔四〕电化学腐蚀及其防护20
〔五〕腐蚀损坏的形式及特点24
〔六〕材料抗蚀性的评定30
三、奥氏体不锈钢晶间腐蚀32
〔一〕晶间腐蚀产生的机理32
〔二〕不锈钢晶间腐蚀原因分析23
〔三〕影响晶间腐蚀的因素33
〔四〕防止晶间腐蚀的措施36
四、奥氏体不锈钢焊缝热影响区的组织分析39
〔一〕焊缝凝固裂纹40
〔二〕热影响区〔液化〕裂纹31
〔三〕高温低塑性裂纹30
五、奥氏体不锈钢的热处理工艺分析46
〔一〕固溶化处理46
〔二〕稳定化退火47
〔三〕消除应力处理48
〔四〕敏化处理48
〔五〕奥氏体不锈钢的冷加工强化及去应力处理50 〔六〕奥氏体不锈钢热处理应注意的一些问题52 六、奥氏体不锈钢工程热处理实例分析43
〔一〕奥氏体不锈钢的发展方向43
参考文献54
致456
摘要
奥氏体不锈钢1913年在德国问世,在不锈钢中一直扮演着最重要的角色,其生产量和使用量约占不锈钢总产量及用量的70%。

钢号也最多,奥氏体不锈钢是不锈钢中应用最广泛、牌号种类最多的钢种,也是较重要的一类不锈钢。

当今我国常用奥氏体不锈钢的牌号就有40多个,最常见的就是18-8型。

本文首先简要介绍了奥氏体不锈钢的成分特点,金属腐蚀形式及防护措施,尤其是对奥氏体不锈钢的晶间腐蚀及奥氏体不锈钢焊缝热影响区的组织作出重要分析,然后详细对奥氏体不锈钢热处理工艺及其应注意的若干问题进行研究。

关键词: 金属腐蚀晶间腐蚀热影响区热处理工艺
奥氏体系不锈钢及其热处理工艺
一、奥氏体不锈钢
〔一〕奥氏体不锈钢成分
奥氏体不锈钢,是指在常温下具有奥氏体组织的不锈钢。

钢中含Cr约18%、Ni 8%~10%、C约0.1%时,具有稳定的奥氏体组织。

奥氏体铬镍不锈钢包括著名的18Cr-8Ni钢和在此基础上增加Cr、Ni含量并加入Mo、Cu、Si、Nb、Ti等元素发展起来的高Cr-Ni系列钢。

奥氏体不锈钢无磁性而且具有高韧性和塑性,但强度较低,不可能通过相变使之强化,仅能通过冷加工进行强化,如加入S,Ca,Se,Te等元素,则具有良好的易切削性。

奥氏体不锈钢在不锈钢中一直扮演着最重要的角色,其生产量和使用量约占不锈钢总产量及用量的70%。

由于奥氏体不锈钢具有优良的性能和特点,使其越来越受到重视和应用,特别是在核电设备的制造生产中,更是被应用于制造重要、关键的零部件。

此类钢除耐氧化性酸介质腐蚀外,如果含有Mo、Cu等元素还能耐硫酸、磷酸以及甲酸、醋酸、尿素等的腐蚀。

此类钢中的含碳量若低于0.03%或含Ti、Ni,就可显著提高其耐晶间腐蚀性能。

高硅的奥氏体不锈钢浓硝酸具有良
好的耐蚀性。

由于奥氏体不锈钢具有全面的和良好的综合性能,在各行各业中获得了广泛的应用。

以上是奥氏体不锈钢新旧牌号化学成份对照表1
奥氏体不锈钢新旧牌号化学成份对照表1
〔二〕奥氏体不锈钢合金化原理
提高钢耐蚀性的方法很多,如表面涂一层耐蚀金属、涂敷非金属层、电化学保护和改变腐蚀环境介质等。

但是利用合金化方法,提高材料本身的耐蚀性是最有效的防止腐蚀破坏的措施之一,其原理及方法如下：
1.加入合金元素,提高钢基体的电极电位,从而提高钢的抗电化学腐蚀能力。

一般钢中加入Cr、Ni、Si多元素均能提高其电极电位。

由于Ni较缺,Si 的大量加入会使钢变脆,因此,只有Cr才是显著提高钢基体电极电位常用的
元素。

Cr 能提高钢<不锈钢>的电极电位,但不是呈线性关系。

实验证明钢的电极电位随合金元素的增加,存在着一个量变到质变的关系,遵循1/8规律。

当Cr含量达到一定值时即1／8原子〔l／8、2／8、3/8……〕时,电极电位将有一个突变。

因此,几乎所有的不锈钢中,Cr含量均在12.%〔原子〕以上,即11.7%〔质量〕以上。

2.加入合金元素使钢<不锈钢>的表面形成一层稳定的、完整的与钢的基体结合牢固的钝化膜。

从而提高钢的耐化学腐蚀能力。

如在钢中加入Cr、Si、Al等合金元素,使钢的表层形成致密的Cr2O3,SiO2,Al2O3等氧化膜,就可提高钢<不锈钢>的耐蚀性。

3.加入合金元素使钢<不锈钢>在常温时能以单相状态存在,减少微电池数目从而提高钢的耐蚀性。

如加入足够数量的Cr或Cr－Ni,使钢在室温下获得单相铁素体或单相奥氏体。

4.加入Mo、Cu等元素,提高抗腐蚀的能力。

5.加入Ti,Nb等元素,消除Cr的晶间偏析,从而减轻了晶间腐蚀倾向。

6.加入Mn、N等元素,代替部分Ni获得单相奥氏体组织,同时能大大提高铬不锈钢在有机酸中的耐蚀性。

随着医学界就环境中的微量元素对健康影响的深入研究,现已证实了许多金属元素如铬、镍、钼、镉、锰、钛等及其化合物对人体健康有着不同性
质,不同程度的危害。

我国对于用不锈钢制成的厨具也已制订出卫生标准。

但是如果使用者缺乏这方面的知识,使用不当,不锈钢中的微量金属元素同样会在人体慢慢累积,当累积的数量达到某一限度,就会危害人体健康。

所以使用不锈钢厨具、食具必须注意如下几点：
〔1〕切忌用不锈钢锅煲中药,因中药含有多种生物碱、有机酸等成分,特别是在加热条件下,很难避免不与之发生化学反应,而使药物失效,甚至生成某些毒性更大的络合物。

〔2〕切勿用强碱性或强氧化性的化学药剂如打、漂白粉、次氯酸钠等进行洗涤。

因为这些物质都是强电解质,同样会与不锈钢起电化学反应。

〔3〕不可长时间盛放盐、酱油、醋、菜汤等,因这些食品中含有很多电解质,如果长时间盛入,则不锈钢同样会像其他金属一样,与这些电解质起电化学反应,使有毒的金属元素被溶解出来。

〔三〕奥氏体不锈钢型号
1. 200 系列：铬-镍-锰奥氏体不锈钢
2. 300 系列：铬-镍奥氏体不锈钢
------型号301：延展性好,用于成型产品。

也可通过机械加工使其迅速硬化。

焊接性好。

抗磨性和疲劳强度优于304 不锈钢,产品如：弹簧、钢构、车轮盖。

------型号302：耐腐蚀性同304,由于含碳相对要高因而强度更好。

------型号303：通过添加少量的硫、磷使其较304更易切削加工。

------型号304：通用型号；即18/8不锈钢。

产品如：耐蚀容器、餐
具、家俱、栏杆、医疗器材。

标准成分是18 % 铬加8 % 镍。

为无磁性、无法借由热处理方法来改变其金相组织结构的不锈钢。

------型号304 L：与304 相同特性,但低碳故更耐蚀、易热处理,但机械性较差适用焊接及不易热处理之产品。

------型号304 N：与304 相同特性,是一种含氮的不锈钢,加氮是为了提高钢的强度。

------型号309：较之304 有更好的耐温性。

------型号309 S：具多量铬、镍,故耐热、抗氧化性佳,产品如：热交换器、锅炉零组件、喷射引擎。

------型号310 S：含最多量铬、镍,故耐热、抗氧化性最佳热交换器、锅炉零组件、电机设备。

------型号316：继304 之后,第二个得到最广泛应用的钢种,主要用于食品工业和外科手术器材,添加钼元素使其获得一种抗腐蚀的特殊结构。

由于较之304其具有更好的抗氯化物腐蚀能力因而也作"船用钢"来使用。

SS316则通常用于核燃料回收装置。

18/10级不锈钢通常也符合这个应用级别。

特用于化学、海边等易腐蚀环境、船舶装配、建材。

------型号316 L：低碳故更耐蚀、易热处理,产品如：化学加工设备、核能发电机、冷冻剂储糟。

------型号321：除了因为添加了钛元素降低了材料焊缝锈蚀的风险之外其他性能类似304,适于焊接酿酒设备、蒸气管、航空零件。

------型号347：添加安定化元素铌,适于焊接航空器具零件及化学设
备。

严格意义上讲,由于200系列不锈钢中的锰在钢中电极电位起的作用不大,形成的氧化膜的保护作用非常低,不能起到耐腐蚀作用,因此锰合金化的奥氏体不锈钢,不能称之为真正的"不锈钢"。

目前国很多厂家处于成本考虑,在不锈钢中降低了铬、镍,增加了锰的含量。

专家认为,不锈钢之所以能不锈,就是因为有铬和镍的存在,降低这两种成分的含量会降低防锈性能。

以下是我国与发达工业国家〔美国、日本、德国〕的奥氏体不锈钢牌号对比<表2>：
GB<中国> ASTM<美国> JIS<日本> DIN<德国>
1Cr17Ni7 301SUS301 X12CrNi177
1Cr18Ni9 302 SUS302 X12CrNi188
1Cr18Ni10 303 SUS303 X12CrNiS188
0Cr18Ni9 304 SUS304 X5CrNi189
00Cr19Ni10 304L SUS304LX2CrNi189
0Cr17Ni12Mo2316 SUS316 X5CrNiMo1810
00Cr17Ni14Mo2 316L SUS316L X2CrNiMo1810
0Cr18Ni10Ti 321 SUS321 X10CrNiTi189
0Cr19Ni13Mo3317 SUS317 X2CrNiMo1816
〔四〕奥氏体不锈钢种类
1.物理上
不锈钢通俗地说,不锈钢就是不容易生锈的钢,实际上一部分不锈钢,既有
不锈性,又有耐酸性〔耐蚀性〕。

不锈钢的不锈性和耐蚀性是由于其表面上富铬氧化膜〔钝化膜〕的形成。

这种不锈性和耐蚀性是相对的。

试验表明,钢在大气、水等弱介质中和硝酸等氧化性介质中,其耐蚀性随钢中铬含量的增加而提高,当铬含量达到一定的百分比时,钢的耐蚀性发生突变,即从易生锈到不易生锈,从不耐蚀到耐腐蚀。

不锈钢的分类方法很多。

按室温下的组织结构分类,有马氏体型、奥氏体型、铁素体和双相不锈钢；按主要化学成分分类,基本上可分为铬不锈钢和铬镍不锈钢两大系统；按用途分则有耐硝酸不锈钢、耐硫酸不锈钢、耐海水不锈钢等等,按耐蚀类型分可分为耐点蚀不锈钢、耐应力腐蚀不锈钢、耐晶间腐蚀不锈钢等；按功能特点分类又可分为无磁不锈钢、易切削不锈钢、低温不锈钢、高强度不锈钢等等。

由于不锈钢材具有优异的耐蚀性、成型性、相容性以及在很宽温度围的强韧性等系列特点,所以在重工业、轻工业、生活用品行业以及建筑装饰等行业中获取得广泛的应用。

2.化学上
〔1〕奥氏体不锈钢在常温下具有奥氏体组织的不锈钢。

钢中含Cr约18%、Ni8%~10%、C约0.1%时,具有稳定的奥氏体组织。

奥氏体铬镍不锈钢包括著名的18Cr-8Ni钢和在此基础上增加Cr、Ni含量并加入Mo、Cu、Si、Nb、Ti等元素发展起来的高Cr-Ni系列钢。

奥氏体不锈钢无磁性而且具有高韧性和塑性,但强度较低,不可能通过相变使之强化,仅能通过冷加工进行强化。

如加入S,Ca,Se,Te等元素,则具有良好的易切削性。

〔2〕铁素体不锈钢在使用状态下以铁素体组织为主的不锈钢。

含铬量在11%~30%,具有体心立方晶体结构。

这类钢一般不含镍,有时还含有少量
的Mo、Ti、Nb等到元素,这类钢具导热系数大,膨胀系数小、抗氧化性好、抗应力腐蚀优良等特点,多用于制造耐大气、水蒸气、水及氧化性酸腐蚀的零部件。

这类钢存在塑性差、焊后塑性和耐蚀性明显降低等缺点,因而限制了它的应用。

炉外精炼技术〔AOD或VOD〕的应用可使碳、氮等间隙元素大大降低,因此使这类钢获得广泛应用。

〔3〕奥氏体--铁素体双相不锈钢是奥氏体和铁素体组织各约占一半的不锈钢。

在含C较低的情况下,Cr含量在18%~28%,Ni含量在3%~10%。

有些钢还含有Mo、Cu、Si、Nb、Ti,N等合金元素。

该类钢兼有奥氏体和铁素体不锈钢的特点,与铁素体相比,塑性、韧性更高,无室温脆性,耐晶间腐蚀性能和焊接性能均显著提高,同时还保持有铁素体不锈钢的475℃脆性以及导热系数高,具有超塑性等特点。

与奥氏体不锈钢相比,强度高且耐晶间腐蚀和耐氯化物应力腐蚀有明显提高。

双相不锈钢具有优良的耐孔蚀性能,也是一种节镍不锈钢。

〔4〕马氏体不锈钢通过热处理可以调整其力学性能的不锈钢,通俗地说,是一类可硬化的不锈钢。

典型牌号为Cr13型,如2Cr13,3Cr13,4Cr13等。

粹火后硬度较高,不同回火温度具有不同强韧性组合,主要用于蒸汽轮机叶片、餐具、外科手术器械。

根据化学成分的差异,马氏体不锈钢可分为马氏体铬钢和马氏体铬镍钢两类。

根据组织和强化机理的不同,还可分为马氏体不锈钢、马氏体和半奥氏体〔或半马氏体〕沉淀硬化不锈钢以及马氏体时效不锈钢等。

对于产品的检验,知道产品的来源和组织性能是无损检测最好的手段,也
是NDT从业者的创新。

〔五〕奥氏体不锈钢的特点
奥氏体不锈钢最基本的合金元素是铬和镍,代表性的牌号是含铬为18%左右、含镍为8%左右的铬-镍奥氏体不锈钢。

铬和镍的元素配比基本上保证了钢的组织是稳定的奥氏体。

奥氏体不锈钢的发展很快,为了适应不同条件的需要,在18-8钢的基础上,改变被的含量或添加其他合金元素,赋予了这类不锈钢更优良的性能。

奥氏体不锈钢的组织结构决定了其力学性能的特点是强度较低而塑性和韧性较高。

在我国不锈钢标准中,给定的奥氏体不锈钢抗拉强度—般为480～520N/mm2；个别的还有400N/mm2。

按标准,奥氏体不锈钢锻材、轧材没给出冲击试验值,实际上,奥氏体不锈钢固溶化热处理后的冲击功可达
120J或更高。

奥氏体不锈钢的力学性能不能通过热处理进行调整。

18-8型奥氏体不锈钢对氧化性介质,如大气、稀硝酸或中等浓度的硝酸、浓硫酸是耐腐蚀的,在氢氧化钠和氢氧化钾的溶液中,在相当宽的浓度和温度围有较好的耐腐蚀性。

而在还原性介质,如盐酸、亚硫酸中不耐腐蚀,在浓硝酸中也不耐腐蚀。

此外,奥氏体不锈钢加热后在850℃～400℃区间缓慢冷却时,铬的碳化物会从晶界析出,使晶界处产生局部贫铬区,从而产生晶间腐蚀。

奥氏体不锈钢的抗晶间腐蚀能力与含碳呈有关,含碳量越低,抗晶间腐蚀能力越强。

奥氏体不锈钢对应力腐蚀开裂敏感。

钢中的含镍量对提高耐应力腐蚀开裂有重要的作用。

〔六〕奥氏体不锈钢优缺点
奥氏体不锈钢具有面心立方晶体结构,通常具有良好的塑性和韧性,这就决定了这类钢具有良好的弯折、卷曲和冲压成形行。

这类钢加工不会产生任何淬火硬化,尽管其线胀系数比较大,但焊接过程中的弹塑性应力应变量很大,故焊接过程中极少出现冷裂纹。

从这一点上看,其焊接性比铁素体不锈钢和马氏体不锈钢都要好。

不足之处奥氏体不锈钢焊接时焊缝及热影响区热裂纹敏感性大；接头容易产生碳化铬沉淀析出,耐蚀性下降；接头中碳素体含量高时,可能出现475℃或σ相相脆化。

〔七〕奥氏体不锈钢生产工艺
奥氏体不锈钢生产工艺性能良好,特别是铬镍奥氏体不锈钢,采用生产特殊钢的常规手段可以顺利地生产出各种常用规格的板、管、带、丝、棒材以及锻件和铸件。

由于合金元素<特别是铬>含量高而碳含量又低,多采用电弧炉加氩氧脱碳<AOD>或真空脱氧脱碳<VOD>法大批量生产这类不锈钢材,对于高级牌号的小批量产品可采用真空或非真空非感应炉冶炼,必要时加电渣重熔。

铬镍奥氏体不锈钢优良的热塑性使其易于施以锻造、轧制、热穿孔和挤压等热加工,钢锭加热温度为1150～1260℃,变形温度围一般为900～1150℃,含铜、氮以及用钛、铌稳定化的钢种偏靠低温,而高铬、钼钢种偏靠高温。

由于导热差,保温时间应较长。

热加工后工件空冷即可。

铬锰奥氏体不锈钢热裂纹敏感性较强,钢锭开坯时要小变形、多道次,锻件宜堆冷。

可以进行冷轧、冷拔和旋压等冷加工工艺和冲压、弯曲、卷边与折叠等成形操作。

铬镍奥氏体不锈钢加工硬化倾向较铬锰钢弱,一次退火后冷变形量可以达到70%～90%,但铬锰奥氏体不锈钢由于变形抗力大,加工硬化倾向强,应增加中间软化退火次数。

一般中间软化退火处理为1050～1100℃水冷。

奥氏体不锈钢也可生产铸件。

为了提高钢液的流动性,改善铸造性能,铸造钢种合金成分应有所调整：提高硅含量,放宽铬、镍含量的区间,并提高杂质元素硫的含量上限。

奥氏体不锈钢使用前应进行固溶处理,以便最大限度地将钢中的碳化物等各种析出相固溶到奥氏体基体中,同时也使组织均匀化及消除应力,从而保证优良的耐蚀性和力学性能。

正确的固溶处理制度为1050～1150℃加热后水冷<细薄件也可空冷>。

固溶处理温度视钢的合金化程度而定：无钼或低钼钢种应较低<≤1100℃>,而更高合金化的牌号如00Cr20Ni18Mo-6CuN、00Cr25Ni22Mo2N等宜较高<1080～1150℃>。

生产中广泛采用先进技术,如炉外精炼率达到95%以上,连铸比超过80%,高速轧机和精、快锻机等普遍推广。

特别是在冶炼和加工过程中实现电子计算机控制,保证了产品质量和性能的可靠和稳定。

二、金属的腐蚀
〔一〕金属的腐蚀及防护
金属材料受周围介质的作用而损坏,称为金属腐蚀。

金属的锈蚀是最常见的腐蚀形态。

腐蚀时,在金属的界面上发生了化学或电化学多相反应,使金属转入氧化〔离子〕状态。

这会显著降低金属材料的强度、塑性、韧性等力学性能,破坏金属构件的几何形状,增加零件间的磨损,恶化电学和光学等物理性
能,缩短设备的使用寿命,甚至造成火灾、爆炸等灾难性事故。

美国1975年因金属腐蚀造成的经济损失为700亿美元,占当年国民经济生产总值的4.2%.据统计,每年由于金属腐蚀造成的钢铁损失约占当年钢产量的10~20%.金属腐蚀事故引起的停产、停电等间接损失就更无法计算。

金属的腐蚀现象非常普遍。

如铁制品生锈〔Fe2O3·xH2O〕,铝制品表面出现白斑〔Al2O3〕,铜制品表面产生铜绿[Cu2<OH>2CO3],银器表面变黑〔Ag2S,Ag2O〕等都属于金属腐蚀,其中用量最大的金属——铁制品的腐蚀最为常见。

金属腐蚀的本质：金属在腐蚀过程中所发生的化学变化,从根本上来说就是金属单质被氧化形成化合物。

金属腐蚀的途径：
金属腐蚀过程一般通过两种途径进行：化学腐蚀和电化学腐蚀。

化学腐蚀：金属表面与周围介质直接发生化学反应而引起的腐蚀。

电化学腐蚀：金属材料〔合金或不纯的金属〕与电解质溶液接触, 通过电极反应产生的腐蚀。

综上所述,防止金属材料腐蚀的措施：
1．金属的电化学保护法
〔1〕阴极保护法；〔2〕阳极保护法。

2．介质处理
〔1〕去除介质中的有害成分；〔2〕调节介质pH值；〔3〕降低气体中的湿度。

3．缓蚀剂保护法
〔1〕阳极型缓蚀剂；〔2〕阴极性缓蚀剂；〔3〕混合型缓蚀剂。

4、表面覆盖法
5.合理选材
6.改进防腐设计及生产工艺流程
〔二〕腐蚀的现象及意义
金属腐蚀的现象十分复杂,根据金属腐蚀的机理不同,通常可分为化学腐蚀和电化学腐蚀两大类。

[详见〔三〕化学腐蚀及保护膜和〔四〕电化学腐蚀及其防护]
〔三〕化学腐蚀及保护膜
化学腐蚀：金属表面与周围介质直接发生化学反应而引起的腐蚀。

金属的化学腐蚀是金属在干燥气体〔如氧、氯、硫化氢等〕和非电解质溶液中进行化学反应的结果。

化学反应作用引起腐蚀,在腐蚀过程中不产生电流。

金属的化学腐蚀只在特定的情况下发生,不具普遍性。

例如：金属的氧化M+O→MO。

金属材料与干燥气体或非电解质直接发生化学反应而引起的破坏称化学腐蚀。

钢铁材料在高温气体环境中发生的腐蚀,通常属化学腐蚀,在生产实际中常遇到以下类型的化学腐蚀。

1.钢铁的高温氧化
钢铁材料在空气中加热时,铁与空气中的O2发生化学反应,在570℃以下反应如下:
3Fe + 2O2= Fe304
生成的fe304是一层蓝黑色或棕褐色的致密薄膜,阻止了O2与Fe的继续反应,起了保护膜的作用.在570℃t22_k生成以FeO为主要成分的氧化皮渣,反应如下:2Fe + O2 =2FeO
生成的FeO是一种既疏松又极易龟裂的物质,在高温下O2可以继续与Fe反应,而使腐蚀向深层发展。

不仅空气中的氧气会造成钢铁的高温氧化,高温环境中的CO2,水蒸气也会造成钢铁的高温氧化,反应如下:
Fe + CO2= FeO + CO;Fe + H2O= FeO + H2
温度对钢铁高温氧化影响极大,温度升高,腐蚀速率显著增加,因此,钢铁材料在高温氧化性介质<O2,CO2,H20等>中加热时,会造成严重的氧化腐蚀。

2.钢的脱碳
钢中含碳量的多少与钢的性能密切相关.钢在高
温氧化性介质中加热时,表面的C或Fe3C极易与介
质中O2,CO2,水蒸气,H2等发生反应:
Fe3C<c> + 1/2O2=3Fe + CO; Fe3C<c> +
C02=3Fe + 2CO;
Fe3C<c> + H20 =3Fe + CO + H2; Fe3C<c> + 2H2 =3Fe + CH4图1 钢的脱碳
上述反应使钢铁工件表面含碳量降底,这种现象称为"钢的脱碳",如〔图1〕。

钢铁工件表面脱碳后硬度和强度显著下降,直接影响零件的使用寿命,
情况严重时,零件报废,给生产造成很大的损失。

3.氢脆
氢脆〔图2〕通常表现为应力作用下的延迟断裂现象。

含氢化合物在钢材表面发生化学反应,例如:
酸洗反应: FeO + 2HCl = FeCl2 + H20
Fe + 2HCl = FeCl2 + 2H
硫化氢反应: Fe + H2S = FeS + 2H
高温水蒸气氧化: Fe + H20 = FeO + 2H
图2 氢脆
这些反应中产生的氢,初期以原子态存在,原子氢体积小,极易沿晶界向钢材的部扩散,使钢的晶格变形,产生强大的应力,降低了韧性,引起钢材的脆性.这种破坏过程称为"氢脆".合成氨,合成甲醇,石油加氢等含氢化合物参与的工艺中,钢铁设备都存在着氢脆的危害,特别对高强度钢铁构件的危害更应引起注意。

4.高温硫化
钢铁材料在高温下与含硫介质<硫,硫化氢等>作用,生成硫化物而损坏的过程称"高温硫化",反应如下:
Fe + S = FeS ; Fe + H2S = FeS + H2
图3 钢1Cr5Mo高温氢硫化氢腐蚀高温硫化反应一般在钢铁材料表面的晶界发生,逐步沿晶界向部扩展,高
温硫化后的构件,机械强度显著下降,以至整个构件报废.在采油,炼油及高温
化工生产中,常会发生高温硫化腐蚀,应该引起注意。

5.铸铁的肿胀
腐蚀性气体沿铸铁的晶界,石墨夹杂物和细微裂缝渗入到铸铁部并发生化学作用,由于所生成的化合物体积较大,因此,不仅引起铸铁构件机械强度大大降低,而且构件的尺寸也显著增大,这种破坏过程称为"铸铁的肿胀"。

〔四〕电化学腐蚀及其防护
电化学腐蚀：金属材料〔合金或不纯的金属〕与电解质溶液接触, 通过电极反应产生的腐蚀。

金属表面由于外界介质的化学或电化学作用而造成的变质及损坏的现象
或过程称为腐蚀。

介质中被还原物质的
粒子在与金属表面碰撞时取得金属原子
的价电子而被还原,与失去价电子的被氧
化的金属"就地"形成腐蚀产物覆盖在金
属表面上,这样一种腐蚀过程称为化学腐蚀。

在金属腐蚀学中,习惯地把介质中接受金属材料中的电子而被还原的物质叫做去极化剂,经这种途径进行的腐蚀过程,称为电化学腐蚀。

腐蚀学里,通常规定电位较低的电极为阳极,电位较高的电极为阴极。

阳极发生氧化反应,阴极发生还原反应。

当电解质溶液中有氧气存在时,在阴极上发生氧去极化反应而导致阳极金属不断溶解的现象叫氧去极化腐蚀。

在海洋环境下,钢铁腐蚀的主要反应为。