不銹鋼鈍化及耐腐蝕性能的研究分析

浙江至德鋼業(yè)有限公司本次以不銹鋼材料耐腐蝕性能問題，從不銹鋼的耐腐蝕角度出發(fā)，分析了不銹鋼材料出現(xiàn)腐蝕的幾種情況，并論述了如何更好的防止不銹鋼材料出現(xiàn)腐蝕。

 通常，不銹鋼材料因?yàn)樽陨淼囊恍┨刭|(zhì)，使其具備了很好的耐腐蝕性能，但是，不銹鋼并非完全不會(huì)受到腐蝕的侵害，在一些特殊的情況下，不銹鋼依然會(huì)出現(xiàn)腐蝕，因此，分析不銹鋼材料耐腐蝕性能很有現(xiàn)實(shí)應(yīng)用意義。

一、不銹鋼常見的腐蝕類型

 1. 均勻腐蝕  

   是一種最常見的腐蝕形式，由于侵蝕均勻并可預(yù)測(cè)，因而這類腐蝕的危險(xiǎn)性最小，均勻腐蝕的程度取決于鋼種和介質(zhì)條件。

 2. 晶間腐蝕

   是一種局部的選擇性的自晶界區(qū)發(fā)生的腐蝕，它使晶粒之間的結(jié)合力受到破壞，不易被察覺，特別是不銹鋼類材料，即使晶界腐蝕已發(fā)展到相當(dāng)嚴(yán)重的程度，其表觀仍保持光亮無異的原態(tài)。

 3. 點(diǎn)腐蝕 

  是一種外觀隱蔽而破壞性大的局部腐蝕，雖然因點(diǎn)蝕而損失的金屬重量很小，但若連續(xù)發(fā)展，能導(dǎo)致腐蝕穿孔直至整個(gè)設(shè)備失效。造成巨大的經(jīng)濟(jì)損失，甚至產(chǎn)生危害性更大的事故。

 4. 縫隙腐蝕

  是在電解液中由于不銹鋼與金屬或非金屬間存在極狹窄的縫隙，使有關(guān)物質(zhì)的遷移受到阻抑形成濃差電池而在縫隙內(nèi)或其近旁產(chǎn)生的局部腐蝕縫隙腐蝕可在多種介質(zhì)中發(fā)生，但在氯化物溶液中最為嚴(yán)重。在海水中，縫隙腐蝕通常是由于縫內(nèi)氧含量較低和周圍溶液中氧含量較高形成氧濃差電池所致。這時(shí)縫間成為陽極，而縫邊金屬表面成為陰極。

二、氯離子對(duì)雙相不銹鋼腐蝕的基本機(jī)理

  在我國(guó)以往的化工生產(chǎn)過程中，化工設(shè)備的毀壞問題是一個(gè)比較普遍的現(xiàn)象，嚴(yán)重的影響著化工產(chǎn)業(yè)的生產(chǎn)力，而在化工生產(chǎn)設(shè)備的日常維護(hù)中可以發(fā)現(xiàn)，化工設(shè)備維護(hù)最普遍的部位就是壓力容器，多數(shù)體現(xiàn)在壓力容器雙相不銹鋼的腐蝕上。對(duì)于雙相不銹鋼來說，它比普通鋼材具有更加優(yōu)良的機(jī)械性能與耐腐蝕性能，是一種非常好的剛性材料，在工業(yè)生產(chǎn)中被普遍應(yīng)用。

  在雙相不銹鋼的構(gòu)成元素中，除了鐵元素之外還含有大量的鉻元素和鎳元素，這也是其具有耐腐蝕性能的根本原因，因?yàn)檫@兩種元素可以使不銹鋼在氧化介質(zhì)中生成一層非常致密的氧化膜，使不銹鋼產(chǎn)生鈍化現(xiàn)象，這樣就相當(dāng)于給不銹鋼鍍了一層防氧化膜，可以使不銹鋼的腐蝕速度大大降低，從而達(dá)到雙相不銹鋼的耐腐蝕的目的。在當(dāng)今時(shí)期，人們對(duì)氯離子活化不銹鋼氧化膜的現(xiàn)象還沒有一個(gè)準(zhǔn)確的定論，但是經(jīng)過研究人員的不斷的研究與探索，得出了以下兩種有效結(jié)論：

 1. 成相膜理論

  在成相膜理論中，人們認(rèn)為氯離子的半徑小，具有良好的穿透力，可以很容易的穿透不銹鋼的氧化膜達(dá)到金屬表面，然后氯離子就會(huì)和金屬發(fā)生一系列的化學(xué)反應(yīng)，產(chǎn)生一些可溶性的物質(zhì)作用于不銹鋼的氧化膜，使氧化膜的結(jié)構(gòu)發(fā)生變化，失去阻止金屬氧化的性能，使不銹鋼產(chǎn)生腐蝕現(xiàn)象。

 2. 吸附理論

  在吸附理論中，人們認(rèn)為氯離子具有超強(qiáng)的金屬吸附能力，在不銹鋼表面可以優(yōu)先被金屬吸附，在這個(gè)過程中就會(huì)把金屬表面的癢元素給排除掉。而不銹鋼表面之所以能夠處于鈍化狀態(tài)，能夠形成抑制不銹鋼氧化的氧化膜，關(guān)鍵就在于氧元素，而這時(shí)氯離子具有超強(qiáng)的吸附性，就會(huì)代替氧元素在金屬表面的位置，將氧化膜變成氯化物，而氯化物又會(huì)與不銹鋼的金屬表面發(fā)生化學(xué)反映，形成一種可溶性的物質(zhì)，起到加速不銹鋼腐蝕的作用，使雙相不銹鋼失去其耐腐蝕性的作用。

  研究人員在對(duì)不銹鋼的研究過程中發(fā)現(xiàn)，氯離子在金屬表面發(fā)生活化作用是需要一定條件的，只有存在一個(gè)特定的電位值，給予其相應(yīng)的電位條件，才能夠使不銹鋼的鈍化表面出現(xiàn)活化現(xiàn)象。而這個(gè)特定的電位，指的是不銹鋼氧化膜的擊穿電位，在此可知不銹鋼氧化膜的擊穿電位與不銹鋼的耐腐蝕性有著直接的聯(lián)系，擊穿電位越大則金屬的鈍化越穩(wěn)定，耐腐蝕性越強(qiáng)，所以在此可以通過不銹鋼氧化膜的擊穿電位值來衡量不銹鋼鈍化狀態(tài)的穩(wěn)定性，衡量不銹鋼在各種環(huán)境中的耐腐蝕性的強(qiáng)大與否。

 3. 不銹鋼的耐腐蝕機(jī)理

  不銹鋼按組織結(jié)構(gòu)，分為馬氏體不銹鋼、鐵素體不銹鋼、奧氏體不銹鋼和雙相不銹鋼等。304和316屬于奧氏體不銹鋼，奧氏體不銹鋼有著優(yōu)良的機(jī)械性能和耐腐蝕性能，是不銹鋼中最重要的一類鋼。

三、不銹鋼的鈍化膜理論

  不銹鋼耐腐蝕性的基本原因（機(jī)理）是鈍化膜理論。所謂鈍化膜就是在不銹鋼的表面有一層以Cr₂O₃為主的薄膜。這個(gè)膜使不銹鋼基體在各種介質(zhì)中的腐蝕受阻。鈍化膜的形成有兩種情況：一種是不銹鋼本身就有的自鈍化能力，這種自鈍化能力隨鉻含量的增加而加快；另一種較廣泛的形成條件是不銹鋼在各種水溶液電解質(zhì)中，在被腐蝕的過程中形成鈍化膜而使腐蝕受阻，當(dāng)鈍化膜被損壞后，立即又可形成新的鈍化膜。

  在沿海地區(qū)氣候環(huán)境下，主要的腐蝕形式是化學(xué)腐蝕與微電池腐蝕，裸露的不銹鋼表面與空氣中的氧氣接觸，表面形成致密的氧化層——鉻鐵氧化物薄膜，這層氧化膜具有一定的電阻，即鈍化膜；在內(nèi)陸環(huán)境下，這層鈍化膜能阻止氧氣向材料內(nèi)部進(jìn)一步滲透。

  不銹鋼鈍化膜之所以具有抵抗腐蝕的能力，有兩個(gè)特點(diǎn)：

  1. 此鈍化膜厚度極薄，在鉻含量>10.5%的條件下，一般只有幾個(gè)微米；

  2. 此鈍化膜的比重大于基體的比重；前兩個(gè)特點(diǎn)說明鈍化膜既薄又密，因此這個(gè)鈍化膜很難被腐蝕介質(zhì)擊穿，從而快速腐蝕基體。

四、不銹鋼的穩(wěn)定化元素

   不銹鋼的應(yīng)用環(huán)境是極其復(fù)雜的，單純的氧化鉻鈍化膜還不能適應(yīng)高耐蝕性的要求。因而根據(jù)使用條件的不同還需要在鋼中加入鉬、銅、氮等元素，以改善鈍化膜的組成，進(jìn)一步提高不銹鋼的耐蝕性。添加鉬可以使腐蝕產(chǎn)生MoO-2基體，而強(qiáng)烈促進(jìn)基體的鈍化，阻止對(duì)基體的腐蝕；添加銅可使不銹鋼表面鈍化膜中含有了CuCl，因它與腐蝕介質(zhì)不發(fā)生作用而提高耐蝕性；添加氮，由于鈍化膜中富集Cr₂N，使鈍化膜中鉻濃度提高，因而提高不銹鋼的耐蝕性。

 綜上所述，不銹鋼材料耐腐蝕性能是相對(duì)而言的，沒有絕對(duì)不會(huì)腐蝕的不銹鋼材料，這就要求在各個(gè)行業(yè)應(yīng)用不銹鋼材料的過程中，科學(xué)的進(jìn)行選材，提升不銹鋼材料耐腐蝕性能。