不锈钢(2).ppt

1、不锈钢（1）,主讲 侯哲哲,石家庄铁道大学,金属材料学,主要内容,钢铁材料的常见腐蚀类型 性能要求与提高钢耐腐蚀性能的途径,要求不锈钢要满足下列要求：,1.耐腐蚀性 2.有良好的力学性能 3.有良好的工艺性： 热加工成型性 冷成型性 切削加工性 焊接性 4.良好的经济性,一、钢铁材料的常见腐蚀类型,1、均匀腐蚀(general corrosion) 2、晶间腐蚀(intergranular corrosion) 3、点蚀（又叫孔蚀）、缝隙腐蚀(point corrosion) 4、应力腐蚀和氢脆(stress corrosion, hydrogen embrittlement ) 5、磨损腐蚀

2、(corrosion wear),图 各种腐蚀类型,1、均匀腐蚀,特点： 发生在金属裸露的整个表面上。 容易察觉 可预测寿命 危险性 结果： 使工件有效工作面积不断 直到破坏。,2、晶间腐蚀,原理 电化学腐蚀 结果： 现象： 危害：,电化学腐蚀,晶界比晶内自由能高，原子活性大，杂质含量高 当杂质对晶界的活性进一步活化时晶界的电位进一步 晶界与晶内的电位差 引起晶界间的深腐蚀晶间腐蚀。,电化学腐蚀,特点 不同金属或金属的不同相之间，电极电位不同 有液体介质，在两种金属（或相）之间形成回路 构成原电池，使金属产生腐蚀 腐蚀过程有电流产生。 珠光体的电化学腐蚀,电化学腐蚀过程示意图,珠光体电化学腐蚀

3、示意图,金属电化学腐蚀现象,不同金属的直接接触，如铜与锌；,同一金属在有浓差的介质中，浓差电池， 如存水的铁桶、盐炉中的电极； 不同电位的显微组织， 微电池，如生锈、 金相组织的腐蚀；,成分不均匀，微电池，如晶界与晶粒内部；,应力不均匀，如铁丝弯曲处易蚀，铆钉头易蚀,析氢腐蚀 吸氧腐蚀,定义:,由金属、金属中的杂质、电解质溶液 组成的局部电池引起的腐蚀。,特点:,局部形成短路小电池 (腐蚀电池),腐蚀类型,注意：腐蚀电池与原电池的区别：,答案,请你当医生,格林太太是位漂亮、开朗、乐观的妇女。当她开怀大笑的时候，人们可以发现她一口整齐洁白的牙齿中镶有两颗假牙：其中一颗是黄金的这是她富有的标志：另

4、一颗是不锈钢的这是一次车祸后留下的痕迹。 令人百思不解的是，自从车祸以后，格林太太经常头痛、夜间失眠、心情烦躁医生绞尽了脑汁，格林太太的病情仍未有好转 一位年轻的化学家来看望格林太太，并为她揭开了病因。 化学家发现了什么？你能为格林太太开一个药方吗？,答案,真相永远只有一个：,由于金与铁（钢的主要成分）是活动性不同的两种金属，唾液中含有电解液，故构成了原电池，产生了微小的电流，是的格林太太头疼，因此必须换掉其中的一颗假牙。,晶间腐蚀结果：,使晶粒之间的结合强度 整个金属碎裂 丧失强度。,晶间腐蚀现象：,发生晶间腐蚀的金属， 1）弯曲90时，就可看到在弯曲处有裂纹产生。 2）撞击时没有金属声音。

5、,3、点蚀、缝隙腐蚀,特点： 发生在金属件的极个别区域。 是由于不锈钢钝化膜局部破坏引起。 多数是由于溶液中含Cl或氯化物盐引起。 结果： 蚀孔一旦形成，迅速发展，穿透构件。 危害较大，较常见。 产生部位： 搭接缝 垫片底面,3、点蚀、缝隙腐蚀,原因： 在这些部位，溶液中物质迁移困难， 当缝隙中溶液的氧被耗尽时，则缝中构件表面的钝化膜被还原，溶解，使不锈钢露出活性表面，形成阳极，腐蚀。,4、应力腐蚀和氢脆,应力腐蚀和氢脆,异同点 共同点： 拉应力+腐蚀介质 不同点：应力腐蚀-阳极溶解产生破坏 氢脆阴极析氢产生的脆性破裂,5、磨损腐蚀,特点 腐蚀+机械磨损。二者相互加速工件的损坏。 磨损:机械运

6、动磨损； 腐蚀流体磨损；金属表面相对运动磨损。 机理 腐蚀使金属表面产生氧化膜成膜 磨损将膜去掉去膜 二者交替进行腐蚀被加速。,金属腐蚀从原理上分为两类,化学腐蚀 特点 腐蚀过程不形成微电池、不产生电流。 金属与介质直接发生化学反应。 在金属表面形成一层化学反应产物反应生成物,电化学腐蚀,例如 在轧钢过程中，当 T 700时，会发生氧化脱碳： Fe3C (s) + O2 (g) Fe (s) + CO2 (g) Fe3C (s) + CO2 (g) Fe (s) + CO (g) Fe3C (s) + H2O (g) Fe (s) + CO (g) + H2(g),化学腐蚀,二、性能要求与提高

7、钢耐腐蚀性能的途径,（1）不锈钢具有较高的耐蚀性,（2）不锈钢应具有一定的力学性能。很多 构件是在腐蚀介质下承受一定的载荷,（3）不锈钢应具有良好的工艺性能。管 材、板材、型材等要经过加工变形制成构 件，如容器、管道、锅炉等。因此不锈钢 的工艺性也很重要，主要是焊接性、冷变 形性等,性 能 要 求,1、金属的防腐措施:,1)覆盖层保护: 涂漆、电镀、发蓝、磷化等工艺。,2)形成氧化层: 加入合金元素Cr、Al、Si 等,形成Cr2O3、SiO2、Al2O3等氧化膜。,3)提高金属的电极电位: 加入合金元素Cr、Ni、 Si等,提高金属基体的电极电位。,4)使钢在室温下呈单相组织: 加入合金元素

8、 Mn、Ni、Co等能扩大区,可在室温获得奥氏体钢。 加入合金元素 Cr、Mo、W、V、Ti、Si 等能扩大区,可在室温获得铁素体钢。,5)减少与消除钢中的各种不均匀现象: 偏析、应力、组织等。,6)牺牲阳极保护阴极 : 镶嵌一些比金属或合金基体电极电位更低的金属块。,2、金属腐蚀的防护,1）改善金属的本质 2）形成保护层 3）缓释剂法 4）电化学保护法,1）改善金属的本质,根据不同的用途选择不同的材料组成耐蚀合金，或在金属中添加合金元素，提高其耐蚀性，可以防止或减缓金属的腐蚀。例如，在钢中加入镍制成不锈钢可以增强防腐蚀能力。 加入Cr，Ti，V等元素可防止腐蚀，铜合金 铅等在稀盐酸 稀硫酸中

9、是相当耐腐蚀的。当含Cr 18%，Ni 8%不锈钢在大气，水和硝酸中极耐腐蚀。,生活生产中的一些不锈钢材料,可以有效地延长金属的使用寿命,顾名思义:不锈钢它是不会锈的,4.金属保护层,它是以一种金属镀在被保护的另一种金属制品表面上所形成的保护镀层。前一金属常称为镀层金属。金属镀层的形成，除电镀、化学镀外，还有热浸镀、热喷镀、渗镀、真空镀等方法。热浸镀是将金属制件浸入熔融的金属中以获得金属涂层的方法，作为浸涂层的金属是低熔点金属，如Zn、Sn、Pb和A1等，热镀锌主要用于钢管、钢板、钢带和钢丝，应用最广；热镀锡用于薄钢板和食品加工等的贮存容器；热镀铅主要用于化工防蚀和包覆电缆；热镀铝则主要用于钢

10、铁零件的抗高温氧化等。,2）形成保护层,在金属表面覆盖各种保护层，把金属与腐蚀性介质隔开，是防止金属腐蚀的有效方法 工业上普遍使用的保护层有非金属保护层和保护层两大类。,Go,（1）非金属保护层,用非金属物质如油漆、塑料、搪瓷、矿物性油脂等涂覆在金属表面上形成保护层，称为非金属涂层，可达到防腐蚀的目的。,Return,健身器材刷油漆以防锈,衣架和电线的外面 包上一层塑料层,Return,（2）金属保护层,以一种金属镀在被保护金属制品的表面上，形成保护镀层。可以用电镀、化学镀、热喷镀等。,金属保护层,镀铬的保险杠,镀锌,Return,3）缓蚀剂法,缓释剂：加入到介质中能明显抑制金属腐蚀的少量物质

11、,促进钝化,形成沉淀膜,形成吸附膜,-铬酸盐、亚硝酸盐,-聚磷酸盐、聚硅酸盐、有机磷酸,-多数有机物,4）电化学保护法,（1）牺牲阳极的阴极保护法 （2）外加电流阴极保护法,（1）牺牲阳极的阴极保护法,牺牲阳极保护法是用电极电势比被保护金属更低的金属或合金做阳极，固定在被保护金属上，形成腐蚀电池，被保护金属作为阴极而得到保护。牺牲阳极一般常用的材料有铝、锌及其合金。此法常用于保护海轮外壳，海水中的各种金属设备、构件和防止巨型设备（如贮油罐）以及石油管路的腐蚀。,船的外壳上镀有锌跟铝一些活泼金属,码头钢柱的阴极保护,（2）外加电流阴极保护保护法,外加电流法将被保护金属与另一附加电极作为电解池的两

12、个极，使被保护的金属作为阴极，在外加直流电的作用下使阴极得到保护。此法主要用于防止土壤、海水及河水中金属设备的腐蚀。,1储水罐基础 2储水罐 3阳极串 4配重块 5参比电极 6分线盒 7恒电位,储罐内壁外加电流的阴极保护法,主要内容,提高耐蚀性的途径 Me对钢的极化和电极电位的影响 Me对不锈钢组织和性能的影响,* 低碳:耐蚀性要求愈高,碳含量愈低。 * 合金元素:主加Cr。 辅加Ni、Mo、Cu、Ti、 Nb、Mn 等。,.不锈钢化学成分特点:,三、不锈钢的分类,（1）M不锈钢：1Cr134Cr13等Cr13型 Cr17Ni2、9Cr18等,（2）F不锈钢：如0Cr17Ti、1 Cr25Ti

13、、 00Cr27Mo等,（3）A不锈钢：具有单相A组织， 如0Cr18Ni9、1Cr18Mn8Ni5N等,（4）A-F复相不锈钢： 如0Cr21Ni5Ti,（5）沉淀硬化不锈钢,不 锈 钢 分 类,按化学成分分： Cr不锈钢 Cr-Ni不锈钢 Cr-Mn不锈钢,四、提高耐蚀性的途径,根据钢的耐蚀机理，通过加入不同的合金元素达到： 使钢对具体介质具有稳定钝化区的阳极极化曲线； 提高钢基体的电极电位； 使钢具有单相组织； 使钢表面生成稳定的保护膜。,图腐蚀电池在电路接通后阳极、阴极的电位变化,极化现象 Fe、Cr、Ni、Ti等金属的阳极极化特征 极化曲线 具有活化、钝化转变的阳极极化曲线 最佳工作

14、点钝化区,五、Me对钢的极化和电极电位的影响,耐蚀性的极化曲线特征 钝化区扩大 Me使钝化区扩大（C、D点左移，F、G点右移）时耐蚀性。 钝化性能 Me使钝化性能 （C、D、F、G点下移）。都使腐蚀电流耐蚀性。 B点右移或下移 Me使B点（初始腐蚀电位、电流）右移或下移初始腐蚀电位时耐腐蚀性。,1、铬元素的作用,Cr是决定钢 耐蚀性的 主要元素,固溶体电极电位,表面形成致密氧化膜,Cr提高耐蚀性的作用符合n/8定律,2、碳和氮的作用,3、其它元素的影响,Ni是奥氏体形成元素，能适当提高固溶体 电极电位；能形成单相奥氏体； 锰可不分代Ni，但不单独加入；,1、Me对基体的影响 Me是稳定剂、还是

15、稳定剂。 稳定剂占优势可获得单相。 稳定剂占优势可获得相。,六、Me对不锈钢组织和性能的影响,合金元素对不锈钢基体组织的影响,2、基体组织 是不锈钢获得力学性能和工艺性能的保证， 更是耐蚀性的保证。 单相组织的金属，有良好的耐蚀性,合金元素对不锈钢组织的影响,1） C、Cr配合对不锈钢组织的影响 2）Ni、Cr配合对不锈钢组织的影响 3） 其它Me对不锈钢组织的影响,1）C、Cr配合对不锈钢组织的影响,获得强度高的M类不锈钢。 是不锈钢强化的主要元素。 与Cr形成碳化物降低钢的耐蚀性。 固溶体中Cr%n/8时出现晶间腐蚀 降低加工性能和焊接性能使F不锈钢组织变脆。,2）Ni、Cr配合对不锈钢组织的影响,Ni是扩大相区的元素， Cr是缩小相的元素。 单相A F+A双相不锈钢 单相F Ni还能有效Ms点，使A能保持到-50