不锈钢一般在大气中是“不生锈的”,所谓的不锈是一个相对的概念,其耐蚀性是有条件的,在一定条件下,不锈钢也会发生腐蚀。目前还没有在任何腐蚀环境中均有不锈性、耐蚀性的不锈钢。不锈钢紧固件易发生的比较严重的腐蚀形式是局部腐蚀;这其中主要包括应力腐蚀开裂、点蚀、晶间腐蚀、缝隙腐蚀及疲劳腐蚀等。 1、环境介质的影响 一定腐蚀类型通常是在一些特定环境条件下发生,点蚀易发生于有特殊离子的介质;缝隙腐蚀可能发生于溶液停滞的缝隙中或屛蔽的表面内,金属或金属与非金属的结合处,与铆钉、螺栓、垫圈、阀座、松动的表面沉积物以及海生物相接触处;应力腐蚀开裂发生的必要条件是有拉应力(不论是残余应力还是外加应力,或二者兼而有之)和特定的腐蚀介质存在等等。 环境影响不锈钢紧固件的耐蚀性能,以点蚀为例,环境介质的组成、浓度、压力、温度、PH值等对不锈钢紧固件的耐蚀性能都有影响。不锈钢易在含卤族元素阴离子CI-、Br-、I-的介质中发生点蚀。一般认为只有当卤族元素达到一定浓度时才能发生点蚀,不锈钢紧固件的点蚀电位与卤族元素浓度等关系,介质中如存在OH-、SO42-等阴离子,会对不锈钢紧固件的点蚀起缓蚀作用,效果按下列而递减;OH->NO3->AC->SO42->CIO4-。同时介质中的温度、PH值、流速都影响不锈钢紧固件的点蚀;温度升高,不锈钢紧固件的点蚀电位降低,更易发生点蚀;PH>10使点蚀电位上升,小于10时影响很小,一般介质流速增大,点蚀倾向降低。对不锈钢紧固件而言,有利减少点蚀的流速为1m/s左右,若流速过大,则将发生冲刷腐蚀。 2、组织结构的影响 不锈钢按GB/T20878-2007《不锈钢和耐热钢牌号及化学成分》标准中的牌号有143个。铁素体不锈钢有18个牌号;马氏体不锈钢有38个牌号;奥氏体不锈钢有66个牌号;沉淀硬化不锈钢有10个牌号;以及奥氏体-铁素体(双相)不锈钢有11个牌号。一般而言,在铬含量相当的不锈钢中,奥氏体不锈钢的耐蚀性最好,铁素体不锈钢次之,马氏体不锈钢较差。 2.1 奥氏体不锈钢 奥氏体不锈钢在许多介质中具有优良的耐全面腐蚀性能,但对晶间腐蚀和应力腐蚀最敏感。 晶间腐蚀产生的一个重要因素就是材料本身的组织结构,即金属或合金本身晶粒与晶界化学成分差异,晶界结构、元素的固溶特点,沉淀析出过程、固溶扩散等金属学问题,导致电化学不均匀性,使金属具有晶间腐蚀倾向。 2.2 铁素体不锈钢 铁素体不锈钢也有晶间腐蚀倾向,但与含碳、铬-镍奥氏体不锈钢相比,一般普通钝度的铁素体不锈钢更易遭受敏化,从而具有更高的晶间腐蚀倾向。铁素体不锈钢在氯化物介质中具有良好的抗应力腐蚀开裂性能,比奥氏体不锈钢强得多,但也非绝对不产生,裂纹常源于晶间腐蚀和点蚀。 2.3 奥氏体-铁素体(双相)不锈钢 奥氏体-铁素体(双相)不锈钢兼有奥氏体钢和铁素体钢的特征,一般来说,双相不锈钢的耐蚀性能大体同含铬钼相当的高铬铁素体不锈钢或铬镍奥氏体不锈钢相近,并受组织结构相比例影响,但与奥氏体不锈钢相比,双相不锈钢具有更高的耐晶间腐蚀性能和耐应力腐蚀开裂性能。 2.4 马氏体不锈钢 马氏体不锈钢的耐蚀性较奥氏体、铁素体不锈钢都要差,其主要优点是可以通过热处理强化,适用于对强度、硬度、耐磨性等要求较高并兼有一定耐蚀性的紧固件。 2.5 沉淀硬化不锈钢 沉淀硬化不锈钢兼具有强度高、耐蚀性好的特点,其耐蚀性不但与成分有关,且与热处理密切相关。微细相的析出、时效反应对耐蚀性能都是有害的。这类不锈钢的高强度特点,使用时也可能发生氢脆或应力腐蚀。这是必须注意的。 3、化学成分的影响 不锈钢紧固件之所以在某些环境中耐蚀,是与其钝化性能有关的。钢处于钝化状态时,在表面能形成致密的氧化膜,使腐蚀过程受到阻滞,腐蚀暂时停止。 铬是不锈钢中最基本的元素,同时也是提高钢的钝化膜稳定性的必要元素。当含铬量达到12%时,合金可达完全自钝化的能力。合金的自钝化能力在一定程度上决定着不锈钢的耐蚀性能,因此,奥氏体不锈钢中的含铬量不能少于12%,现在市场较多SUS304的含铬量均少于12%。 镍是提高钢的耐蚀性的元素,在非氧化性的硫酸中更为显著。镍加入铬不锈钢中,能提高其在硫酸、醋酸、草酸及中性盐(特别是硫酸盐)中的耐蚀性。 锰也能提高铬不锈钢在有机酸如醋酸、甲酸和乙醇酸中的耐蚀性,且比镍更有效。 钼能提高不锈钢钝化能力,扩大其钝化介质范围,如在热硫酸、稀盐酸、磷酸和有机酸中的使用。含钼的不锈钢中可形成含钼的钝化膜,在许多强腐蚀介质中具有很高的稳定性,它还能防止氯离子对膜的破坏。 硅能提高钢在盐酸、硫酸和高浓度硝酸中的耐蚀性。不锈钢中一般加入2%-4%的硅,可提高其在上述介质中的耐蚀性。 总之,不锈钢紧固件中的各种组织结构、相及化学成分含量,如硫化物、δ-铁素体相、σ-相、αˊ-相、沉淀硬化不锈钢中的析出相,敏化的晶界及焊缝都可能对不锈钢紧固件的抗点蚀性能有影响。
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