第5章_不锈耐酸钢.ppt

第五章不锈耐酸钢,主要内容,耐蚀性?成分？合金化？组织？环境（介质）？不锈钢钢种如何选择？,5.1钢的耐蚀性1.化学腐蚀2.电化学腐蚀,提高钢耐腐蚀性能的途径主要有：,（1）形成稳定保护膜，Cr、Al、Si有效。（2）固溶体电极电位或形成稳定钝化区Cr、Ni、Si：Ni贵而紧缺，Si易使钢脆化，Cr是理想的。（3）获得单相组织Ni、Mn单相奥氏体组织。（4）机械保护措施或复盖层，如电镀、发兰、涂漆等方法。,3.阳极极化引起阳极电位由负向正方向升高，这种现象称为阳极极化.主要是由于阳极表面形成保护膜，阻碍阳极金属离子进入溶液，降低了阳极表面电荷密度。4.钝化钢表面由于形成保护膜,从而引起腐蚀减轻或不腐蚀现象,称为钝化现象.,5.阴极极化阴极电位由正向负方向降低称为阴极极化.阴极极化是由于消耗电子的阴极过程的速度低于阳极流来的电子，造成阴极电子堆积，阴极表面电荷密度升高，导致阴极电位降低。,图具有活化-钝化转变金属的阳极极化曲线,三个不同的电化学行为区：1）活化区（A）2）钝化区（P）3）过钝化区（T）P称为初始钝化电位IP称为临界电流由于极化作用，阳极电位升高，当阳极达到最大电流IP时，阳极电位为P，此时产生了阳极钝化，阳极过程受到了极大的阻滞，电流IP突然下降到最小值Imin。,在很宽的阳极电极范围内保持Imin的腐蚀电流，此时阳极处于钝化区（P）阳极电位升高超过T后，腐蚀电流又增加，这种现象称为过钝化，称为过钝化电位(击穿电位)影响阳极和阴极极化曲线相对位置的主要因素有两方面：1）合金的成分；2）介质。,一个交点A：稳定的活化区，ANi30倍）；C提高，强度提高；但C与Cr形成碳化物，降低耐蚀性。一般在不锈钢中C0.4%,多在0.1-0.2%。如：2Cr13（0.2%C）;0Cr17Ti（C0.08%）;00Cr18Ni10（C0.03%）只有滚动轴承、弹簧和刃具的不锈钢用高C：如9Cr18,Mn，N提高高铬不锈钢在有机酸中的耐蚀性。Mo提高不锈钢的钝化能力，扩大其钝化介质范围（浓硫酸、稀盐酸、磷酸和有机酸），且能阻止点腐蚀倾向。含Mo的钝化膜：Fe2O3-Cr2O3-MoO3，致密，稳定性好，能防止Cl-穿透。Cu少量加入可有效地提高不锈钢在硫酸及有机酸中的耐蚀性。,Si提高在盐酸、硫酸和高浓度硝酸中耐蚀性。Mo,Cu,Ni,Si复合加入如在Cr18Ni9中加入Mo,Cu,Ni后进一步扩大了在硫酸中的耐蚀性和使用温度范围。Ti,Nb在Cr-Ni奥氏体不锈钢和高铬铁素体不锈钢中均有晶间腐蚀倾向，加入Ti或Nb（固C），可防止晶间腐蚀。,5.3不锈钢的组织与分类不锈钢中的合金元素可分为两类:扩大相区：C,N,Ni,Mn,Cu等;缩小相区：Cr,Si,Ti,Nb,Mo等;谁占优势，就易形成以或为基体的不锈钢组织；如果稳定元素其作用程度还不足以使钢的Ms点降到室温以下，则高温冷却时会发生M转变。,为了简便起见，表明不锈钢的实际成分和所得组织的关系，制成铬当量Cr-镍当量Ni图（适合于Ni-Cr系）。钢中铁素体形成元素折合成铬的作用，奥氏体形成元素折合成镍的作用。Ni=Ni+Co+0.5Mn+30C+25N+0.3CuCr=Cr+Mo+2.0Si+1.5Ti+1.75Nb+5.5Al+5V+0.75W可以根据钢的实际化学成分来估算钢的组织.,Cr与Ni状态图（焊后冷却）,不锈钢的分类根据不锈钢的基本组织，可将它分为五类：M不锈钢Cr13型，Cr17Ni2，9Cr18F不锈钢0Cr17Ti,Cr25Ti,Cr26Mo1A不锈钢1Cr18Ni9,1Cr18Ni9Ti,A-F不锈钢Cr21Ni5Ti,00Cr22Ni5Mo3N沉淀硬化不锈钢：在马氏体基体上析出金属间化合物，产生沉淀强化,5.4不锈耐酸钢的腐蚀特性?晶间腐蚀应力腐蚀点腐蚀,图示各种腐蚀类型,（一）奥氏体不锈钢的晶间腐蚀1.现象奥氏体不锈钢焊接后,焊缝及热影响区(550-800）在许多介质中产生晶间腐蚀。介质：热浓硝酸（50-65%）、含铜盐和氧化铁的硫酸溶液、热有机酸等2.形成原因贫铬理论奥氏体不锈钢晶间腐蚀主要是晶界上析出网状富铬的Cr23C6引起晶界周围基体产生贫铬区，贫铬区的宽度约10-5cm，Cr0.3%，不发生点腐蚀。如00Cr18Ni12Mo2.5N。,5.5不锈钢种类,一、铁素体不锈钢1.主要有三种类型：（1）Cr13型如0Cr13、0Cr13Al、0Cr11Ti等；（2）Cr17型如1Cr17、0Cr17Ti、1Cr17Mo等；（3）Cr25-30型如1Cr28、1Cr25Ti、00Cr30Mo2等。,基本特点,含碳量15Cr时，随Cr其脆化倾向也。在400525长时间加热或缓慢冷却时，钢就变得很脆,以475加热为最甚原因:在脆化T范围内长期停留时，铬有序化相，与母相共格大内应力。AK,（3）金属间化合物相的形成相具有高硬度，有大的体积效应，且常沿晶界分布，所以使钢产生了很大的脆性,二、马氏体不锈钢,这类钢主要含1218%Cr，淬火冷却能产生M。（一）马氏体不锈钢的成分和组织特点马氏体不锈钢可分为三类：（1）Cr13型，有1Cr13、2Cr13、3Cr13、4Cr13等钢号；（2）高碳高铬钢，如9Cr18、9Cr18MoV等；（3）低碳17%Cr-2%Ni钢，如1Cr17Ni2。,1Cr13：M+F,2Cr13：M,3Cr13：M,4Cr13：M+K,类似于调质钢,制造不锈结构件,类似于工具钢,制造耐蚀工具（手术刀等）,（二）马氏体不锈钢的热处理特点,常用的热处理工艺有软化处理、球化退火、调质处理和淬火+低温回火。,软化处理,软化处理有两种方法：一是进行高温回火，将锻轧件加热至700800保温26小时后空冷，使马氏体转变为回火索氏体。另外也可以采用完全退火。,调质处理,1Cr13、2Cr13常用于结构件调质。因为铬抗回火性和AC1点，所以调质回火温度也相应.通常为640700。回火后应采用油冷?,淬火低回,3Cr13、4Cr13常做有一定耐蚀性的工具，所以采用淬火低温回火。T淬在10001050，为减少变形，可用硝盐分级冷却。组织为马氏体+碳化物+少量AR,三、奥氏体不锈钢（1）特点与F或M-F不锈钢相比，1）有很高耐蚀性（主要在氧化性酸如HNO3）；2）高塑性，易于成形（板、带、管、丝、材）；3）焊接性能较好（无相变）；4）韧性和低温韧性好，无冷脆倾向；5）可用作550热强钢（奥氏体的T再高）；6）价格贵；容易加工硬化，切削加工性不好；7）导热性差，加热和冷却时要注意。,（2）主要钢种18-8型铬镍奥氏体不锈钢1Cr18Ni9,1Cr18Ni9Ti,0Cr18Ni18Mo2Cu2Ti00Cr18Ni12Mo2TiCr-Mn-N,Cr-Ni-Mn-N型A或A-F不锈钢如Cr17Mn9,0Cr17Mn13Mo2N,1Cr18Mn8Ni5N其中有许多复相钢（+Mo,Nb,Cu），提高了抗晶间腐蚀和抗应力腐蚀的能力。,A不锈钢可分为组织稳定与亚稳大类1）稳定A不锈钢具有低的屈服强度和高的塑性、韧性，低的韧脆转化温度。影响其强度的因素之一是合金元素的固溶强化。2）亚稳A不锈钢用来制造不锈弹簧。可实行零下轧制（大变形量下要发生马氏体转变），有较好的强化效果。,四、高强度不锈钢一般在马氏体基体上产生沉淀强化的方法。+Mo,Ti,Al形成新沉淀强化相。如Fe2Mo,Ni3Mo,Ni3Ti,Ni3Al等。根据基体和热处理工艺，沉淀硬化不锈钢可分为两类：1)马氏体沉淀硬化不锈钢2)半奥氏体沉淀硬化不锈钢,（1）马氏体沉淀硬化不锈钢在Cr17Ni6的基础上通过降Cr增Ni以消除铁素体，并加入Mo,Al,Ti,Nb等强化元素。高温奥氏体化后发生马氏体转变；在425-600范围内时效，析出金属间化合物时效强化。可在固溶处理后精加工，然后再时效强化。这类钢有良好的工艺性能和低的加工费用。存在475脆性和高温回火脆性。,（2）半奥氏体沉淀硬化不锈钢在Crl7Ni7钢的基础上加入强化元素发展起来的。Mo、Ni、Al等形成金属间化合物，在M基体上析出产生沉淀强化。钢经固溶处理后，在室温下为奥氏体及少量铁素体组织。这类钢要获得马氏体，要通过热处理（冷处理加大变形量变形）;在475脆性和高温回火脆性，要限制其使用温度（12%，如Cr13型。在氧化性硝酸中，Cr16%，才有较高的钝化能力，如高铬不锈钢。在稀硫酸等非氧化性酸中，一般的Cr不锈钢和Cr18Ni9型不锈钢难以达到钝化状态，不耐蚀；+Ni,Mo,Cu，提高钝化能力。如1Cr18Ni12Mo2Ti,0Cr18Ni18Mo2Cu2Ti在盐酸或含Cl-离子中，加入Mo、Cr，形成MoOCl2保护膜，也可防止点腐蚀。在强有机酸中，须在铬（镍）不锈钢中加入Mo,Cu,Mn，N等，提高钝化能力。如1Cr17Mn13Mo2N,1Cr17Mn13Mo2CuN等。,二、钢种选择,Cr18Ni9型奥氏体不锈钢是用量最大的一类不锈钢（化工、石油、航空）1）对不要求焊接的零件，可直接选用1Cr18Ni9或0Cr18Ni9钢；2）焊接用钢，一种是以Ti、Nb作C稳定剂的1Cr18Ni9Ti或0Cr18Ni9Nb钢；另一种是超低C的00Cr18Ni10钢；3）要求深冲的钢，可采用含铜的00Cr17Ni7Cu2；0Cr17Ni8SiCu2,含Ni高的奥氏体不锈钢的Ms低,可作液氮或更低温度液体的压力容器。高强度不锈弹簧选用亚稳奥氏体不锈钢制作，并经零下轧制和低温回火。常用钢种有1Cr18Ni8,1Cr18Ni8Mo。非氧化性酸中工作的部件，应选择含有Mo、Cu以及Ni量较高的钢种，如1Cr18Ni12Mo3Ti,0Cr23Ni28Mo3Cu3Ti。,在含Cl-离子介质中，抗点腐蚀的钢选用含Mo、N钢种和高Cr不锈钢，如0