不锈钢的腐蚀汇总

第三部分

不锈钢的腐蚀

一、概述

1、不锈钢的定义

不锈钢是一系列在空气，水，盐的水溶液，酸以及其它腐蚀介质中具有高度化学稳定性的钢种。在空气中耐腐蚀的钢称为“不锈钢”，在各种腐蚀性较强的介质中耐腐蚀的钢种称为“耐酸钢”。

通常，我们把不锈钢与耐酸钢统称为不锈耐酸钢，或简称为不锈钢。根据习惯用法，不锈钢一词常包括耐酸钢在内。

现有的不锈钢从化学成分来看，都是高铬钢。由于在大气中，当钢中的铬含量超过大约12%时，就基本上不会生锈。钢的这种不锈性一般认为与钢在氧化性介质中的钝化现象有关。

2、不锈钢的分类

不锈钢分类主要有以下几种方式：

1）按化学成分分有----铬钢（及铬钼钢），铬镍钢，铬锰钢（或铬锰氮钢），铬锰镍钢等。

2）按显微组织分有----奥氏体钢，铁素体钢，马氏体钢，奥氏体+铁素体双相钢，铁素体+马氏体双相钢奥氏体钢等

3）按用途分有----耐海水不锈钢，耐点蚀不锈钢（统一在某一钢种上），耐应力腐蚀破裂不锈钢，耐浓硝酸腐蚀不锈钢，耐硫酸腐蚀不锈钢，深冲用不锈钢，高强度不锈钢，易切削不锈钢，耐热不锈钢等。

二、不锈钢的点蚀

1、点蚀现象和识别

点蚀是在不锈钢表面上局部形成的具有一定深度的小孔或锈斑。由于点蚀常常被锈层，腐蚀产物等覆盖，因而难以发现。在金相显微镜下观察点蚀，其断面有多种形貌。

点蚀一般系在特定腐蚀介质中，特别是在含有Clˉ（包括Brˉ,Iˉ）离子的介质中产生。使不锈钢产生点蚀的常见介质有：大气，水介质及水蒸气，海水，漂白液，各种有机和无机氯化物等。

点蚀可在室温下出现并随腐蚀介质温度升高而更易产生并更趋严重。点蚀不仅可导致设备，管线等穿孔而破坏，而且常常诱发晶间腐蚀，应力腐蚀和疲劳腐蚀。虽然，不锈钢的点蚀事故仅占化工，石油等系统腐蚀破坏的~20%，但在大气中使用的不锈钢，却有近80%是由于点蚀和锈斑而损坏。见图1（a）、（b）。

2、机理

一般认为，不锈钢的点蚀是在金属表面非金属夹杂物，析出相，晶界，位错露头等缺

陷处，由于钝化膜较脆弱，在特定腐蚀介质作用下，钝化膜修复能力差而造二氧化碳引起的点蚀（a）Cr13不锈钢的局部腐蚀（b）

图1

成的破坏。点蚀的出现包括成核和扩展二个阶段。现以钢的表面上存在硫化锰夹杂为例简述如下：

点蚀的成核：在溶液中有Clˉ存在时，金属表面有硫化锰夹杂的部位，由于难以钝化，再钝化而产生优先溶解并形成小孔坑。硫化物溶解产生H+(或H2S)，对不锈钢的新鲜表面产生活化作用，防止小孔坑的再钝化而形成孔蚀源。

点蚀的扩展：孔蚀源形成后，溶解下来的金属离子会产生水解而生成H+并使局部溶液的pH值下降，进而又加速金属的溶解，使孔坑进一步扩大，加深。随着蚀孔加深并由于腐蚀产物覆盖了蚀坑口，从而使蚀孔内物质迁移困难，导致蚀孔内pH值的进一步降低。同时，Cl¯在蚀孔内富集，使蚀孔进一步加速扩大并加深，最后形成点蚀。研究表明，在特定介质中，只要不锈钢的腐蚀电位超过点蚀电位，就能产生点蚀。

3、材料选择

提高不锈钢的纯度并降低不锈钢的不均匀性，选择钝化和再钝化能力强的材料是防止不锈钢点蚀的有力措施。提高不锈钢的纯度，可通过炉外精炼手段，降低钢中的气体和非金属夹杂物的含量。研究表明，钢中的氧化物，特别是Al2O3；钢中的硫化物，特别是MnS；钢中氮化物，特别是TiN，由于它们本身的物理，化学性质，在介质作用下，常常作为敏感位置而诱发点蚀。研究还表明，对于常用的18-8型Cr-Ni钢和18-12-2型Cr-Ni-Mo 钢，在降低钢中S量的同时降低Mn量也有利于耐点蚀性能的提高。降低不锈钢的不均匀性，特别是要防止M23C6等碳化物和金属间相的析出。因为它们周围Cr,Mo等耐点蚀元素的贫化，使它们极易成为点蚀的敏感位置。由于Cr,Mo,N等元素对提高不锈钢的耐点蚀性非常有效，为了提高不锈钢的钝化和再钝化能力，就要选用高Cr,Mo含量的奥氏体，奥氏体+铁素体双相钢和铁素体不锈钢；选用高Cr,Mo且含N的奥氏体和奥氏体+铁素体双相不锈钢。如果把常用的不锈钢按其耐点蚀能力由小到大排列起来，大致可以得到下列顺序：

铁素体不锈钢：

注：顺表中箭头方向耐点蚀能力提高

二、缝隙腐蚀

1、现象和识别

不锈钢表面上若存在金属和非金属夹杂物,例如金属微粒，砂粒，灰尘，脏物，海生物，或者由于结构上的原因，例如铆接，螺栓联接，垫片（圈），管与管板胀接，与非金属接触等，均可形成缝隙。在腐蚀介质作用下，缝隙内出现腐蚀，就是缝隙腐蚀。

缝隙腐蚀一般根据缝隙形状不同而具有一定的外形。轻微时，可以是缝隙内的一般（全面）腐蚀，严重时，多为成片的点蚀状或溃疡状。研究表明，几乎所有的腐蚀介质均可引起不锈钢的缝隙腐蚀，而没有特定介质的选择。但是在含Cl¯环境中的缝隙腐蚀则最为常见；缝隙腐蚀对缝隙尺寸有一定的要求，既要使缝隙内，外溶液之间的物质迁移发生困难，还要能允许溶液进入缝隙内，不锈钢产生缝隙腐蚀的缝隙宽度一般在0.025~0.1mm范围内。

2、机理：

缝隙腐蚀可分为孔蚀型缝隙腐蚀和活化型缝隙腐蚀二种。

前者是以孔蚀为起源的缝隙腐蚀，主要是由于缝隙内钝化膜的氧化性破坏而引起的；

后者的形成机理简述如下：由于缝隙的存在，缝隙内溶液组成物质迁移产生困难。例如，腐蚀溶液中能使不锈钢钝化的氧进入缝隙，只能通过扩散，因而过程缓慢。为了维持不锈钢钝态，缝隙内氧迅速耗掉而又的不到及时补充，致使不锈钢表面钝化膜开始还原性溶解。这种溶解的结果使腐蚀产物金属盐逐渐浓缩，通过水解，缝隙内溶液的pH值急剧下降。当pH值降低到不锈钢在溶液中的去钝化pH值*时，缝隙内不锈钢表面的钝化膜便产生还原性破坏而形成缝隙腐蚀。

3、材料选择

不锈钢的缝隙腐蚀主要是因为缝隙内的溶液酸化，缺氧而引起表面钝化膜破坏。因而，提高不锈钢钝化膜的稳定性和钝化，再钝化能力同样是提高不锈钢耐缝隙腐蚀能力的重要措施。因此，选用耐点蚀材料的一些措施同样适用于耐缝隙腐蚀材料的选择。