第5章不锈耐酸钢--03ppt课件

1、第五章第五章 不锈耐酸钢不锈耐酸钢 耐蚀性耐蚀性? ? 成分？合金化？成分？合金化？ 组织？组织？ 环境介质）？环境介质）？ 不锈钢钢种如何选择？不锈钢钢种如何选择？一一. . 关于耐蚀性的几个概念关于耐蚀性的几个概念 1. 1. 化学腐蚀化学腐蚀2. 2. 电化学腐蚀电化学腐蚀 如何提高钢的耐蚀性如何提高钢的耐蚀性 1 1使钢表面形成稳定的表面保护膜；使钢表面形成稳定的表面保护膜； 2 2得到单相均匀的固溶体组织；得到单相均匀的固溶体组织； 3 3提高固溶体阳极的电极电位。提高固溶体阳极的电极电位。3. 3. 阳极极化阳极极化引起阳极电位由负向正方向升高，这种现象称为阳引起阳极电位由负向正方

2、向升高，这种现象称为阳极极化极极化. . 主要是由于阳极表面形成保护膜，阻碍阳极金属离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。子进入溶液，降低了阳极表面电荷密度。4. 4. 钝化钝化钢表面由于形成保护膜钢表面由于形成保护膜, , 从而引起腐蚀减轻或不腐从而引起腐蚀减轻或不腐蚀现象蚀现象, , 称为钝化现象称为钝化现象. .5. 5. 阴极极化阴极极化阴极电位由正向负方向降低称为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

3、电极流来的电子，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。荷密度升高，导致阴极电位降低。 图图 具有活化具有活化- -钝化转变金属的阳极极化曲线钝化转变金属的阳极极化曲线三个不同的电化学行为区：三个不同的电化学行为区： 1 1活化区活化区A A） 2 2钝化区钝化区P P） 3 3过钝化区过钝化区T T） P P 称为初始钝化电位称为初始钝化电位IP IP 称为临界电流称为临界电流 由于极化作用，阳极电位升高，当阳极由于极化作用，阳极电位升高，当阳极达到最大电流达到最大电流IPIP时，阳极电位为时，阳极电位为P P ，此，此时产生了阳极钝化，阳极过程受到了极大时产生了阳极钝化，

4、阳极过程受到了极大的阻滞，电流的阻滞，电流IPIP突然下降到最小值突然下降到最小值IminImin。 l在很宽的阳极电极范围内保持在很宽的阳极电极范围内保持IminImin的腐蚀电流，此时阳极的腐蚀电流，此时阳极处于钝化区处于钝化区P P）l阳极电位升高超过阳极电位升高超过TT后，腐蚀电流又增加，这种现象称为后，腐蚀电流又增加，这种现象称为过钝化，过钝化， 称为过钝化电位称为过钝化电位 ( (击穿电位击穿电位) ) 。l影响阳极和阴极极化曲线相对位置的主要因素有两方面：影响阳极和阴极极化曲线相对位置的主要因素有两方面：l 1 1合金的成分；合金的成分；l 2 2介质。介质。l所存在的相对位置有

5、四种情况所存在的相对位置有四种情况: : 一个交点一个交点A A：稳定的活化区，：稳定的活化区，APANi 30Ni 30倍）；倍）；vC C 进步，强度提高；但进步，强度提高；但C C与与CrCr形成碳化物，形成碳化物，降低耐蚀性。降低耐蚀性。v 一般在不锈钢中一般在不锈钢中C0.4%, C0.4%, 多在多在0.1-0.1-0.2%0.2%。如：。如：v 2Cr13 2Cr13 （0.2%C0.2%C）; ; v 0Cr17Ti 0Cr17Ti （C0.08%C0.08%）; ; v 00Cr18Ni10 00Cr18Ni10C0.03%C0.03%）v 只有滚动轴承、弹簧和刃具的不锈钢用

6、只有滚动轴承、弹簧和刃具的不锈钢用高高C C：v 如如 9 Cr18 9 Cr18 v vMnMn，N N v 提高高铬不锈钢在有机酸中的耐蚀性。提高高铬不锈钢在有机酸中的耐蚀性。vMo Mo v 提高不锈钢的钝化能力，扩大其钝化介质范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），且能围浓硫酸、稀盐酸、磷酸和有机酸），且能阻止点腐蚀倾向。阻止点腐蚀倾向。v 含含MoMo的钝化膜：的钝化膜：Fe2O3-Cr2O3-MoO3Fe2O3-Cr2O3-MoO3，致密，稳定性好，能防止致密，稳定性好，能防止Cl-Cl-穿透。穿透。vCuCuv 少量加入可有效地提高不锈钢在硫酸及

7、有机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。酸中的耐蚀性。vSi Si v 提高在盐酸、硫酸和高浓度硝酸中耐蚀性。提高在盐酸、硫酸和高浓度硝酸中耐蚀性。 vMo, Cu, Ni, SiMo, Cu, Ni, Si复合加入复合加入 v 如在如在Cr18Ni9Cr18Ni9中加入中加入Mo,Cu,NiMo,Cu,Ni后进一步扩大了后进一步扩大了在硫酸中的耐蚀性和使用温度范围在硫酸中的耐蚀性和使用温度范围 。vTi, Nb Ti, Nb v 在在Cr-NiCr-Ni奥氏体不锈钢和高铬铁素体不锈钢中均奥氏体不锈钢和高铬铁素体不锈钢中均有晶间腐蚀倾向，加入有晶间腐蚀倾向，加入TiTi或或Nb

8、Nb固固C C） ，可防止，可防止晶间腐蚀。晶间腐蚀。三三. . 不锈钢的组织不锈钢的组织不锈钢中的合金元素可分为两类不锈钢中的合金元素可分为两类: : 扩大扩大 相区：相区： C, N, Ni, Mn, Cu C, N, Ni, Mn, Cu等等; ; 缩小缩小 相区：相区： Cr, Si, Ti, Nb, Mo Cr, Si, Ti, Nb, Mo等等; ; 谁占优势，就易形成以谁占优势，就易形成以 或或 为基体的不锈为基体的不锈钢组织；如果稳定钢组织；如果稳定 元素其作用程度还不足元素其作用程度还不足以使钢的以使钢的MsMs点降到室温以下，则高温冷却点降到室温以下，则高温冷却时会发生时会

9、发生MM转变。转变。 l为了简便起见，表明不锈钢的实际成分和所得组织的关为了简便起见，表明不锈钢的实际成分和所得组织的关系，制成铬当量系，制成铬当量Cr-Cr-镍当量镍当量NiNi图适合于图适合于Ni-CrNi-Cr系）。系）。l钢中铁素体形成元素折合成铬的作用，奥氏体形成元素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。折合成镍的作用。l Ni =Ni+Co+0.5Mn+30C+25N+0.3Cu Ni =Ni+Co+0.5Mn+30C+25N+0.3Cul Cr =Cr+Mo+2.0Si+1.5Ti+1.75Nb+5.5Al+ Cr =Cr+Mo+2.0Si+1.5Ti+

10、1.75Nb+5.5Al+l 5V+0.75W 5V+0.75Wl可以根据钢的实际化学成分来估算钢的组织可以根据钢的实际化学成分来估算钢的组织. . Cr与与Ni状态图状态图四四. . 不锈钢的分类不锈钢的分类 根据不锈钢的基本组织，可将它分为五类：根据不锈钢的基本组织，可将它分为五类：MM不锈钢不锈钢 Cr13 Cr13型型 ，Cr17Ni2 Cr17Ni2 ，9Cr18 9Cr18 F F不锈钢不锈钢 0Cr17Ti, Cr25Ti, Cr26Mo1 0Cr17Ti, Cr25Ti, Cr26Mo1 A A不锈钢不锈钢 1Cr18Ni9, 1Cr18Ni9Ti, 1Cr18Ni9, 1Cr

11、18Ni9Ti,A-FA-F不锈钢不锈钢 Cr21Ni5Ti, 00Cr22Ni5Mo3N Cr21Ni5Ti, 00Cr22Ni5Mo3N 沉淀硬化不锈钢：在马氏体基体上析出金属沉淀硬化不锈钢：在马氏体基体上析出金属间化合物，产生沉淀强化间化合物，产生沉淀强化. . 六、不锈耐酸钢的腐蚀特性六、不锈耐酸钢的腐蚀特性?晶间腐蚀晶间腐蚀应力腐蚀应力腐蚀点腐蚀点腐蚀 （一奥氏体不锈钢的晶间腐蚀（一奥氏体不锈钢的晶间腐蚀1. 1. 现象现象 奥氏体不锈钢焊接后奥氏体不锈钢焊接后, ,焊缝及热影响区焊缝及热影响区(550-(550-800800）在许多介质中产生晶间腐蚀。）在许多介质中产生晶间腐蚀。

12、介质：热浓硝酸介质：热浓硝酸50-65%50-65%）、含铜盐和氧化）、含铜盐和氧化铁的硫酸溶液、热有机酸等铁的硫酸溶液、热有机酸等 2. 2. 形成原因形成原因 贫铬理论贫铬理论 奥氏体不锈钢晶间腐蚀主要是晶界上析出网状奥氏体不锈钢晶间腐蚀主要是晶界上析出网状富铬的富铬的Cr23C6Cr23C6引起晶界周围基体产生贫铬区，引起晶界周围基体产生贫铬区，贫铬区的宽度约贫铬区的宽度约10-5cm10-5cm，Cr12%Cr12%。在许多介。在许多介质中没有钝化能力质中没有钝化能力, , 贫铬区成为微阳极而发生腐贫铬区成为微阳极而发生腐蚀。蚀。 3. 3. 影响因素影响因素 C%C%：C0.03%C

13、0.03%时无晶间腐蚀时无晶间腐蚀; ;化学成分：加入化学成分：加入Ti, NbTi, Nb固固C C，使奥氏体内固溶的，使奥氏体内固溶的C0.03%C800T800时时K K重溶；重溶；T500T35%35%）；）； 3 3采用高纯度采用高纯度15-25%F15-25%F不锈钢；不锈钢；4 4采用奥氏体和铁素体采用奥氏体和铁素体50-70%50-70%）双相钢。）双相钢。（三不锈钢的点腐蚀（三不锈钢的点腐蚀1. 1. 现象现象 不锈钢在含不锈钢在含Cl-Cl-离子介质中表面会出现点状凹坑腐离子介质中表面会出现点状凹坑腐蚀，称为点腐蚀。蚀，称为点腐蚀。2. 2. 主要原因主要原因 主要是表面钝

14、化膜的稳定性受到破坏所致。主要是表面钝化膜的稳定性受到破坏所致。3. 3. 影响因素影响因素 1 1含有含有Cl-Cl-、Br Br 等，易于产生点腐蚀等，易于产生点腐蚀; ; 去极化去极化作用的阳离子作用的阳离子Fe3+Fe3+、Cu2+Cu2+等，有加速点腐蚀作等，有加速点腐蚀作用用 2 2夹杂物夹杂物MnSMnS）、晶界析出相）、晶界析出相 相）、晶界相）、晶界等容易发生点腐蚀等容易发生点腐蚀-易破坏钝化膜的均匀性易破坏钝化膜的均匀性 。4. 4. 预防措施预防措施1 1尽可能降低介质中的尽可能降低介质中的Cl-Cl-浓度浓度; ;2 2选用高选用高CrCr和含和含MoMo钢种，钝化膜稳

15、定性钢种，钝化膜稳定性提高提高, , 如如 Cr22Ni26Mo5Ti; Cr26Mo1; Cr22Ni26Mo5Ti; Cr26Mo1; Cr26Mo4Cr26Mo4 有时用有时用Cr%+Mo%Cr%+Mo%量来衡量抗点蚀指标量来衡量抗点蚀指标3 3参与进步参与进步NiNi，也可提高抗点蚀能力。，也可提高抗点蚀能力。4 4含含N N不锈钢的击穿电位不锈钢的击穿电位BB值较正，当钢值较正，当钢中中 N 0 . 3 %N 0 . 3 % ， 不， 不 发 生 点 腐 蚀 。 如发 生 点 腐 蚀 。 如 00Cr18Ni12Mo2.5N00Cr18Ni12Mo2.5N七七. . 不锈钢种类不锈钢

16、种类（一品种（一品种1 1、马氏体、铁素体不锈钢、马氏体、铁素体不锈钢（1 1Cr13Cr13型型 0Cr13 0Cr13 （F F 组织）组织） 1Cr13 1Cr13，2Cr132Cr13，3Cr13 3Cr13 （MM组织）组织） 4Cr13 4Cr13 （M+KM+K） 特点：高强度，特点：高强度，HRCHRC高；高； 耐蚀性良好在大气、水气、耐蚀性良好在大气、水气、弱介质中）弱介质中）; ; 价格低廉。价格低廉。 （2含Cr16%的铁素体钢 如0Cr17Ti, Cr25Ti, Cr28等 特点：1具有抗氧化性介质腐蚀能力，可用于硝酸和氮肥工业生产中；2脆性大;3强度不高，但可加Ti,

17、 Mo细化与强化；4有很好的高温抗氧化性，可作抗氧化钢。 v475 脆性脆性v 含铬含铬16%的的F不锈钢在不锈钢在400-550内停内停留长时间后，钢在室温时很脆，韧塑性甚至趋留长时间后，钢在室温时很脆，韧塑性甚至趋于于0，最高脆化温度接近，最高脆化温度接近475 。v 原因：从铁素体中析出高铬相含原因：从铁素体中析出高铬相含80%铬，铬，体心立方），与基体保持共格关系，但点阵常体心立方），与基体保持共格关系，但点阵常数大于铁素体，产生共格应力。但具有可逆性。数大于铁素体，产生共格应力。但具有可逆性。加热到加热到600-650以上高铬相溶解，快冷可消以上高铬相溶解，快冷可消除。除。 （3 3

18、1Cr17Ni21Cr17Ni2 组织：组织：M + F M + F 兼有兼有Cr13Cr13型和高型和高CrCr不锈钢的特点：不锈钢的特点： 有较高强度和耐蚀性有较高强度和耐蚀性可广泛用于化工机械、造船和航空工业中。可广泛用于化工机械、造船和航空工业中。 2 2、奥氏体不锈钢、奥氏体不锈钢1 1特点特点 与与 F F 或或 M - F M - F不锈钢相比，不锈钢相比， 1 1有很高耐蚀性主要在氧化性酸如有很高耐蚀性主要在氧化性酸如HNO3HNO3）；）； 2 2高塑性，易于成形板、带、管、丝、高塑性，易于成形板、带、管、丝、材）；材）； 3 3焊接性能较好无相变）；焊接性能较好无相变）；

19、4 4韧性和低温韧性好，无冷脆倾向；韧性和低温韧性好，无冷脆倾向； 5 5可用作可用作550550热强钢奥氏体的热强钢奥氏体的T T再再高）；高）； 6 6价格贵；容易加工硬化，切削加工性价格贵；容易加工硬化，切削加工性不好；不好； 7 7导热性差，加热和冷却时要注意。导热性差，加热和冷却时要注意。 2 2主要钢种：主要钢种：18-818-8型铬镍型铬镍 奥氏体不锈钢奥氏体不锈钢 1Cr18Ni9, 1Cr18Ni9Ti, 1Cr18Ni9, 1Cr18Ni9Ti, 0Cr18Ni18Mo2Cu2Ti 0Cr18Ni18Mo2Cu2Ti 00Cr18Ni12Mo2Ti 00Cr18Ni12Mo

20、2Ti Cr-Mn-N, Cr-Ni-Mn-NCr-Mn-N, Cr-Ni-Mn-N型型 A A或或A-FA-F不锈钢不锈钢 如如 Cr17Mn9, 0Cr17Mn13Mo2N, Cr17Mn9, 0Cr17Mn13Mo2N, 1Cr18Mn8Ni5N 1Cr18Mn8Ni5N 其中有许多复相钢（其中有许多复相钢（+Mo,Nb,Cu+Mo,Nb,Cu），提），提高了抗晶间腐蚀和抗应力腐蚀的能力。高了抗晶间腐蚀和抗应力腐蚀的能力。 vA A不锈钢可分为组织稳定与亚稳大类不锈钢可分为组织稳定与亚稳大类v1 1稳定稳定A A不锈钢不锈钢 v 具有低的屈服强度和高的塑性、韧性，具有低的屈服强度和高的塑

21、性、韧性，低的韧低的韧脆转化温度。影响其强度的因素脆转化温度。影响其强度的因素之一是合金元素的固溶强化。之一是合金元素的固溶强化。v2 2亚稳亚稳A A不锈钢不锈钢v 用来制造不锈弹簧。用来制造不锈弹簧。v 可实行零下轧制大变形量下要发生马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。氏体转变），有较好的强化效果。 3 3、高强度不锈钢、高强度不锈钢一般在马氏体基体上产生沉淀强化的方法。一般在马氏体基体上产生沉淀强化的方法。+Mo, Ti, Al +Mo, Ti, Al 形成形成 新沉淀强化相。如新沉淀强化相。如 Fe2Mo, Ni3Mo, Ni3Ti, Ni3AlFe2Mo,

22、 Ni3Mo, Ni3Ti, Ni3Al等。等。根据基体和热处理工艺，沉淀硬化不锈钢可根据基体和热处理工艺，沉淀硬化不锈钢可分为两类：分为两类： 1) 1)马氏体沉淀硬化不锈钢马氏体沉淀硬化不锈钢 2) 2)半奥氏体沉淀硬化不锈钢半奥氏体沉淀硬化不锈钢 （1 1马氏体沉淀硬化不锈钢马氏体沉淀硬化不锈钢在在Cr17Ni6Cr17Ni6的基础上通过降的基础上通过降CrCr增增NiNi以消除以消除 铁素体，铁素体，并加入并加入Mo,Al,Ti,NbMo,Al,Ti,Nb等强化元素。等强化元素。高温奥氏体化后发生马氏体转变；在高温奥氏体化后发生马氏体转变；在425-600425-600范范围内时效，析

23、出金属间化合物时效强化。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。有良好的工艺性能和低的加工费用。存在存在475475脆性和高温回火脆性。脆性和高温回火脆性。 （2 2半奥氏体沉淀硬化不锈钢半奥氏体沉淀硬化不锈钢在在Crl7Ni7Crl7Ni7钢的基础上加入强化元素发展起来的。钢的基础上加入强化元素发展起来的。MoMo、NiNi、AlAl等形成金属间化合物，在等形成金属间化合物，在MM基体上析基体上析出产生沉淀强化。钢经固溶处理后，在室温下出产生沉淀强化。钢经固溶处理后，在室温下为

24、奥氏体及少量铁素体组织。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）大变形量变形） ; ;在在475475脆性和高温回火脆性，要限制其使用温度脆性和高温回火脆性，要限制其使用温度（250 12%Cr12%，如，如Cr13Cr13型；型；在氧化性硝酸中，在氧化性硝酸中，Cr16%Cr16%，才有较高的钝化能力，才有较高的钝化能力，如高铬不锈钢；如高铬不锈钢； 在稀硫酸等非氧化性酸中，一般的在稀硫酸等非氧化性酸中，一般的CrCr不锈钢和不锈钢和Cr18Ni9Cr18Ni9型不锈钢难以达到钝化状态，不耐蚀；型不锈钢难以达到钝

25、化状态，不耐蚀；+Ni, Mo, Cu+Ni, Mo, Cu，提高钝化能力。如，提高钝化能力。如1Cr18Ni12Mo2Ti, 0Cr18Ni18Mo2Cu2Ti1Cr18Ni12Mo2Ti, 0Cr18Ni18Mo2Cu2Ti在盐酸或含在盐酸或含Cl-Cl-离子中，加入离子中，加入MoMo、Cr Cr ，形成，形成MoOCl2 MoOCl2 保护膜，也可防止点腐蚀；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在强有机酸中，须在铬镍不锈钢中加入Mo, Cu, Mo, Cu, MnMn，N N等，提高钝化能力。如等，提高钝化能力。如 1Cr17Mn13Mo2N, 1Cr17Mn13

26、Mo2N, 1Cr17Mn13Mo2CuN1Cr17Mn13Mo2CuN等等2 2、钢种选择、钢种选择pCr18Ni9Cr18Ni9型奥氏体不锈钢是用量最大的一类不锈钢型奥氏体不锈钢是用量最大的一类不锈钢 （化（化工、石油、航空）工、石油、航空）p 1 1对不要求焊接的零件，可直接选用对不要求焊接的零件，可直接选用 1Cr18Ni9 1Cr18Ni9或或0Cr18Ni90Cr18Ni9钢钢 ; ;p 2 2焊接用钢，一种是以焊接用钢，一种是以TiTi、NbNb作作C C稳定剂的稳定剂的1Cr18Ni9Ti1Cr18Ni9Ti或或 0Cr18Ni9Nb 0Cr18Ni9Nb钢；另一种是超低钢；另一种是超低C C的的00Cr18Ni1000Cr18Ni10钢钢 ; ;p 3 3要求深冲的钢，可采用含铜的要求深冲的钢，可采用含铜的 00Cr17Ni7Cu2 00Cr17Ni7Cu2； 0Cr17Ni8SiCu20Cr17Ni8SiCu