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不锈钢为什么不易生锈?优质

866次浏览| 2022-07-30 05:03:25 更新
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1,不锈钢不是不会生锈,也同样会在表面生成一种氧化物。目前市面上所有的不锈钢的不锈机理都是因为存在Cr元素。不锈钢耐蚀的根本原因(机理)是钝化膜理论。所谓钝化膜就是在不锈钢的表面有一层以Cr2O3为主的薄膜。由于这个薄膜的存在使不锈钢基体在各种介质中的腐蚀受阻,这种现象称为钝化。这种钝化膜的形成有两种情况,一种是不锈钢本身就有自钝化的能力,这种自钝化能力随铬含量的增加而加快,因此它才具有了抗锈性;另一种较广泛的形成条件是不锈钢在各种水溶液(电解质)中,在被腐蚀的过程中形成钝化膜而使腐蚀受阻。当钝化膜被损坏后,立即又可形成新的钝化膜。不锈钢钝化膜之所以具有抵抗腐蚀的能力,有三个特点:一是这个钝化膜厚度极薄,在铬含量>10.5%的条件下,一般只有几个微米;二是这个钝化膜的比重大于基体的比重;这两个特点说明这个钝化膜既薄又致密,因此,这个钝化膜很难被腐蚀介质击穿去快速腐蚀基体;第三个特点是这个钝化膜的铬浓度比基体高三倍以上;因此钝化膜有很高的耐腐蚀性。2,不锈钢一定条件下,也是会被腐蚀的。不锈钢的应用环境极其复杂,单纯的氧化铬钝化膜还不能适应高耐蚀性的要求。因而根据使用条件的不同还需要在钢中加入钼(Mo)、铜(Cu)、氮(N)等元素,以改善钝化膜的组成,进一步提高不锈钢的耐蚀性。添加Mo,由于腐蚀的产品MoO2-靠近基体而强烈促进集体的钝化,阻止了对基体的腐蚀;添加Cu使不锈钢表面钝化膜中含有了CuCl,因它与腐蚀介质不发生作用而提高了耐蚀性;添加N,由于钝化膜富集了Cr2N,使钝化膜中Cr浓度提高,因而提高了不锈钢的耐蚀性。不锈钢的耐蚀性是有条件的,一个牌号的不锈钢在某一种介质中是耐腐蚀的,但在另一种介质中可能遭到破坏。同时不锈钢的耐蚀性也是相对的,到目前为止,还没有一种不锈钢在所有环境中都是绝对不腐蚀的。3,敏化现象。不锈钢因含有Cr在表面形成氧化铬薄膜,失去化学活性,称为钝化状态,但奥氏体系若经过475~850℃温度范围时,C会与Cr结合生成碳化铬(Cr23C6)析出在晶体边界,因此晶界附近的Cr含量大减,成为贫Cr区。此时,其耐腐蚀性会降低,对腐蚀环境特别敏感,故称为敏化现象。敏化现象在氧化酸的使用环境最容易腐蚀,此外还有焊接热影响区和热间弯曲加工区。其防治方法有:a)      在475~850℃温度范围升降时,迅速通过,让Cr没有足够的时间和C结合,无法析出碳化铬。b)   对已经发生敏化现象的不锈钢施以高温固溶化处理,加热至足以使碳化铬分解的温度(1040~1150℃),然后急速冷却,使碳化铬来不及析出。c) 选用低碳型不锈钢加入304L、304LN、316L、316LN、316J1L、317L、317LN,使Cr无法与C结合。一般C含量在0.05%以下,焊接便不会产生晶界腐蚀,但须特别注意清洁,避免油污等含C物质的污染。在浓热硝酸或含氢氧酸的混合酸中使用,C含量最好在0.03%以下。d)   选用含钛(Ti)或铌(Nb)的安定型不锈钢,如316Ti、321、347、348,由于Ti、Nb与C的亲和力都大于Cr,而且碳化钛与碳化铌的析出温度比碳化铬高,所以可避免碳化铬析出。4,好了,那么不锈钢什么情况下会腐蚀呢?其实不锈钢并不是一定不生锈,只是在同一环境下比其它钢材的腐蚀速率低很多,有时甚至可以忽略不计。

一般钢材腐蚀分为化学腐蚀和电化学腐蚀。高温下被氧化属于化学腐蚀,而我们通常意义上钢材在室温下生锈通常属于电化学腐蚀。电化学腐蚀非常普遍,比方说珠光体组织在硝酸酒精溶液中的腐蚀。(共析反应生成的铁素体和渗碳体称为珠光体)铁素体与渗碳体电极电位不同,因而形成原电池发生电化学腐蚀。由两相组成的组织越细,能形成的原电池越多,就越容易被腐蚀。不锈钢是一种合金钢。碳钢在正火、退火及调质状态下均为铁素体和渗碳体,当其中加入合金元素,与碳亲和力强的元素溶于渗碳体,形成合金渗碳体,与铁亲和力强的则形成合金铁素体。溶于铁素体的元素能使其性能发生变化,不同的元素作用不同。我们常用的不锈钢是铬不锈钢,一般只有基体中铬含量大于等于11.7%时铬钢才具有高耐蚀性。铬含量大于等于11.7%的不锈钢在阳极区基体表面形成一层富铬的氧化物保护膜,阻碍阳极区反应,提高电极电位从而减缓电化学腐蚀。这种在阳极区形成氧化膜或氧的吸附层的方法叫钝化,只要在氧化性介质中产生效果,在酸性介质中则不然。所以所谓“不锈”也是有条件的。

不锈钢一般可分为奥氏体型、奥氏体-铁素体型、铁素体型、马氏体型和沉淀硬化型五类。其中,奥氏体型不锈钢主要合金元素为铬和镍;铁素体型钢主要合金元素为铬,不含镍;奥氏体-铁素体不锈钢是在18-8型奥氏体不锈钢的基础上添加更多的铬、钼和硅元素,或降低含碳量制成;马氏体型不锈钢主要合金含量是铬,其含量在13%以上;沉淀硬化型不锈钢是铁-铬-镍合金,为了发展高强度和高韧性,通过加入AL、Ti、Nb、V、N,在时效热处理过程 中形成沉淀相。不同类型的不锈钢,其耐蚀机理也尽不同。其中发生钝化现象是不锈钢耐蚀的主要原因(也就是其他两个回答的,在金属材质表面形成一层百度为几纳米的起保护作用的薄膜,阻滞了阳极反应的进行,使电位升高),但该现象至今都没有一个完整的统一的理论。实际应用中,防腐蚀措施有,在材料中加入高电位的合金元素,如在铬钢中加入镍;加入容易钝化的合金元素,如在铁中加入铬;此外还有减少合金中的杂质等等。

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