第六章 材料耐腐蚀性

6.3 铁素体不锈钢
按含铬不同，铁素体钢可分crl3型、crl6—19型和cr25—28型 及超纯高铬型。铁素体不锈钢随cr含量增加，耐蚀性显着 地增加。
• （1)crl3型铁素体不锈钢。一般在大气、蒸馏水、天然淡水中是稳定的， 但在含有Cl-离子的水中易产生局部腐蚀，在过热蒸汽介质中具有非常 高的稳定性，在稀硝酸中是稳定的，在还原性酸中耐蚀性差。常作为 耐热钢，用于汽车排气阀等。 • (2)crl6—19型铁素体不锈钢。这类钢焊接性比Crl3钢差，但在氧化性 环境中，耐蚀性尚好。在非氧化性酸中耐蚀性很差。crl7在高温质量分 数不超过60％的HNo3中稳定．因此，广泛用于生产硝酸工业中，如 制造吸收塔、热交换器等。 • (3)cr25—28型铁素体不锈钢。它是铁素体不锈钢中耐酸腐蚀和耐热性 最好的钢。耐HNo3腐蚀，甚至在H2SO4中含有Fe3+、Cu2+等离于时， 也具有较高的稳定性。但在含有Cl-的介质中耐蚀性明显下降，不耐烧 碱溶液腐蚀。
4.2 镍铸铁
• 镍与硅一样，是促进铸铁石墨化的元素，但其作用仅为硅 的1／3。Ni在铸铁中既不形成碳化物，也不固溶于渗碳体 中，而是全部溶于基体中。依据Ni含量不同，可把镍铸铁 分为低镍铸铁，中镍铸铁及高镍铸铁。 • 高镍铸铁对各种无机和有机还原性稀酸，以及各类碱性溶 液都有很高的耐蚀性。在高温高浓度的碱性溶液中，甚至 在熔融的碱中都耐蚀。 • 但在氧化性酸(如HNO3)中，耐蚀性较差。 • 高镍铸铁对海洋大气、海水和中性盐类水溶液具有非常好 的耐蚀性，所以，它是海水淡化装置中(海水泵等)的理想 材料。 • 低镍铸铁(M(Ni)＝2％-3％)可提高铸铁的耐碱腐蚀性能， 如低镍铸铁用作浓缩烧碱的蒸煮锅等。
1.2 自钝性 • 由活化态转为钝化态而耐蚀。
最容易钝化的金属有Ti、Ta（钽）、Nb、Al、cr、Be、Mo、 Mg、Ni、Co等。 • 多数可钝化的金属都是在氧化性介质中易钝化;而当介质中 含有活性离子(C1-、Br-、F-)时．以及在还原性介质中大 部分金属的钝态会受到破坏。
1.3 生成保护性腐蚀产物膜 生成较致密的保护性能良好的腐蚀产物膜而耐蚀。
第六章 材料的耐蚀性
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主要内容 纯金属的耐蚀性 合金的耐蚀性 铁基材料的耐蚀性 耐蚀铸铁及其应用 耐蚀低合金 不锈钢 镍及镍基耐蚀合金 铝及铝基耐蚀合金 钛及钛基合金 非晶态合金的耐蚀性
第一节 纯金属的耐蚀性
1.1 热力学稳定性
各种纯金属的热力学稳定性可根据其标准电极电位值作出近似的 判断。标准电极电位较正的金属，其热力学稳定性也较高；较负的则 稳定性较低。 根据PH＝7(中性溶液)和pH＝0(酸性溶液)，氧和氢的平衡电极电 位分别为+0.815v，+1.23V及-0.414v，0.000V，可粗略地把金属分为 四类，见下表：
6.4 奥氏体-铁素体双相不锈钢
• 特点：兼有铁素体和奥氏体钢的性能；具有良好的耐蚀性， 如对晶间腐蚀不敏感．耐点蚀、缝隙腐蚀反优良的耐应力 腐蚀性能；良好的焊接性、韧性等。 • 缺点：冷热加工性较差，不能在脆性敏感区(350- 850℃) 长期使用，因为将产生475℃脆性。 • 现有的Cr-Ni双相不锈钢的成分范围一般为crl8-28、Ni210，同时加入Mn、si等元素。此外，还有cr-Mn-Ni-N等系 双相不锈钢。大致可分三类：crl8型、cr21型和Cr25型。
• 当M(si)＝14．5％时，腐蚀速度有明显的降低，但si质量 分数一般不大于18％，否则严重降低力学性能。 • M(si)＞14％的合金铸铁称为高si铸铁：它对各种无机酸包 括Hcl均有良好的耐蚀性能。 • M(si)＞15％时形成价稳定的η相(Fe5Si2)，所以多数耐蚀 铸铁si质量分数不大于15％。高si铸铁在Hcl中耐蚀性不如 在H2S04和HN03中好，为此通常把si质量分数提高到18 ％，并加入质量分数为3％的Mo。 • 高si铸铁在H3P04中耐蚀性良好，在98℃以下，各种浓度 的H3P04中的腐蚀速度一般不超过0．1mm／a．最高不 超过0．2mm／a。 • 高si铸铁不耐碱腐蚀。
4.3 铬铸铁
• 铬铸铁有低Cr(M(cr)＜1％)和高cr(w(Cr)＝12％-35％)两类。 前者主要适用于600°以下的耐热铸件，并能改善铸铁对 海水和低浓度酸中耐蚀能力，常用于地下管线。 • 高铬铸铁且适合用在氧化性腐蚀介质中受磨损或冲击的部 件．如输送腐蚀性浆液的泵管道、搅拌器等。 • 高铬铸铁在中性或弱酸性盐水镕液中是耐腐蚀的(PH＞5 时，腐蚀速度＜0．1mm／a)。
2）加入析氢过电位高的合金元素 • 适用于由析氢过电位控制的析氢腐蚀过程。 合金中加入析氢过电位高的合金元素，提高合金的阴 极析氢过电位，降低合金在非氧化性或氧化性不强的酸中 的活性溶解速度。 2.3 降低合金的阳极活性 是提高合金耐蚀措施中最高效、应用最广的一． 一般可由以下三种途径来实现： 1）减少阳极面积 合金的第二相相对基体是阳极相，在腐蚀过程中减少 这些微阳极相的数量．可加大阳极极化电流密度，增加阳 极极化程度，阻滞阳极过程的进行，提高合金耐蚀性。
• 奥氏体-铁素体双相不锈钢耐应力腐蚀性能较高。认为与 钢中奥氏体和铁素体两相相对含量有关。实验结果表明， 在氯化物溶液中，耐应力腐蚀断裂，以含40％一50％铁素 体的双相不锈钢为最好。但在高应力下双相不锈钢与普通 奥氏体不绣钢相当。
第五节 耐蚀低合金钢
耐蚀低合金钢尚属发展中的钢种，较成熟的耐蚀低合金 钢主要有； (1)耐大气腐蚀低合金钢； (2)耐硫酸露点腐蚀低合金钢； (3)耐海水腐蚀低合金钢； (4)耐硫化物腐蚀低合金钢； (5)其它耐蚀低合金钢，如耐高温、高压、耐氢钢及耐 盐卤腐蚀的低合金钢等。
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5.1 耐大气腐蚀低合金钢
6.2 奥氏体不锈钢
奥氏体不锈钢的耐蚀性 • 奥氏体不锈钢的耐蚀性主要取决于cr、Ni、Mo、Pd(钯)、 Ti、c等合金元素的含量。
• 一般不锈钢耐大气腐蚀(工业大气，海洋大气腐蚀)，也耐 土壤腐蚀，在水介质中，其耐蚀性与水中氯化物含量有关。
• 耐氧化性酸腐蚀：耐中等浓度的稀硝酸腐蚀，但不耐浓 HNO3腐蚀（原因是在浓HNO3中发生过钝化溶解，钢中cr 以cr6+离子形式溶解）； 一般不锈钢只耐稀H2S04腐蚀，钢中加入 Mo、Cu、Si可降低其腐蚀速度。耐H2S04腐蚀较好的奥氏 体不锈钢是0Cr23Ni28M03Cu3Ti钢．但对腐蚀条件非常苛 刻的热H2S04，则需采用镍基合金。 • Cr-Ni奥氏体不锈钢耐碱蚀性能非常好，其耐碱蚀性能随纲 中镍含量升高而增加。铬镍奥氏体钢最大缺点是在含氯化 物溶液中不耐应力腐蚀，易发生点蚀及缝隙腐蚀。奥氏体 不锈钢的严重缺点之一就是具有应力腐蚀断裂敏感性。
5.2 耐海水腐蚀低合金钢
有效合金元素有Cr、Al、Si、P、Cu、Mo、Nb（铌）、 V。其中以Cr的作用最为显著。当Cr和Al复合加入钢种或 者Cr和Al、Mo、Si共同加入，耐海水腐蚀性能更好。
5.3 耐硫酸露点腐蚀低合金钢
• 由于SO3与水气作用而凝结成H2SO4，引起这些部件腐蚀， 称为硫酸露点腐蚀。 • 研究表明，降低硫酸露点腐蚀的最重要的合金元素仍然是 铜、铬及硼。cr质量分数在1％-1．5％为宜。有研究指出， 含铜钢中加入sb（锑） 、Se（硒 ）、As（砷）等元素能提 高钢的耐H2S04腐蚀性能，其中As的效果显着。
2）加入易钝化的合金元素 提高合金的钝化能力，是增强合金耐蚀性的最重要的 方法。 3）加入阴极性合金元素促进阳极钝化，如Pd、Pt、cu等 阴极性元素，促使合金进入钝化状态，从而形成耐蚀合金。 加入阴极性合金元素促进阳极钝化是有条件的。
首先，腐蚀体系可钝化，否则加入阴极性元素只会加速腐蚀。 其次，加入阴极性元素的种类、数量要同基体合金、环境相适应， 加入的阴极性元素要适量，否则加速腐蚀。
第四节 耐蚀铸铁及其应用
普通铸铁是不耐腐蚀的。为提高铸铁的耐蚀性，在铸 铁中加入各种合金元素，如si、Ni、cr、Mo、Al、cu等， 形成各类耐蚀铸铁。如高硅铸铁，镍铸铁，铬铸铁．铝铸 铁等等： • 4.1高硅铸铁 铸铁中加入质量分数为14％-18％的si可使其具有优良 的耐酸性能，高硅铸铁的含硅量与耐蚀性的关系如下图。
• 合金元素对钢的耐大气腐蚀主要作用： 改变锈层的晶体结构及降低缺陷，提高锈层的致密程 度和对钢的附着力。 • 较有效的合金元素主要有cu、P、cr、Ni等。 这些元素在钢表面富集并形成非晶态层，提高钢在大 气环境中的耐蚀能力。
• 铜是耐大气腐蚀低合金钢中最有效元素，钢中的M(cu)一般 在0.2％-0.5％范围内。含铜钢在海洋大气和工业大气中比 在乡村大气环境中耐蚀效果更好。 • 磷在钢中通常被视为有害元素之一，但它在提高钢抗大气 腐蚀方面具有特殊的效果。这可能是由于P在促使锈层非晶 态转变具有独特的作用。一般认为cu、P复合效果更好。 • 铬是提高低合金钢耐大气腐蚀性能的合金元素之一。一般 cr与cu配合效果尤为明显。 • 钼能有效提高钢抗大气腐蚀能力。当钢中加入质量分数为 o．4％-o．5％的Mo时，在大气环境下(尤其工业大气)可使 钢腐蚀速度降低1/2以上。日本研究者的实验表明，在cu— P钢中加人Mo表现出比加cr或Ni更为有益的效果。 • 镍：一般认为，在m(Ni)＝3．5％左右时效果显着。当M(Ni) 低于1％时，尤其当钠中含合Cu时，改善耐蚀的效果并不 明显。
加入阴极性元素促进阳极钝化的方法，是很有发展前 途的耐蚀合金化途径。
• 上述几种途径是提高合金耐蚀性的总原则。由于腐蚀过程 十分复杂，研制耐蚀合金时应根据合金使用的环境选择最
பைடு நூலகம்
适宜的途径，才能提高合金的耐蚀性。
第三节 铁的耐蚀性
3.1 铁的电化学性质及其耐蚀性 • 铁形成铁离子的标准平衡电位
从热力学上看，铁是不稳定的。 • 铁在酸中的腐蚀速度是随着酸的浓度增加，腐蚀速度按指 数关系上升。 • 铁在碱中的腐蚀，在常温下，铁和钢在碱中是十分稳定的， 但当NaoH质量分数高于30％时，膜的保护作用下降，膜 以铁酸盐形式溶解，随着温度升高，溶解加剧。当质量分 数达到50％时，铁强烈地被腐蚀。