奥氏体不锈钢除耐氧化性酸介质腐蚀

什么是不锈钢？不锈钢的组织成分是什么？这些组织对不锈钢有何影响？我们一起来了解不锈钢的知识。

什么是不锈钢？

在材料科学领域中，将Cr含量大于10.5%，且以耐蚀性和不锈性为主要使用性能的一系列铁基合金称为不锈钢。通常对在大气、水蒸气和淡水中等腐蚀性较弱的介质中不锈和耐蚀的钢种称为不锈钢，对在酸碱盐等腐蚀性强烈的环境中具有耐蚀性的钢种称为耐酸钢。（钢是碳含量小于2.11%的铁碳（或铁基）合金。）

按基体组织不锈钢分类如下：

（1）铁素体不锈钢

含铬12％～30％。其耐蚀性、韧性和可焊性随含铬量的增加而提高 ， 耐氯化物应力腐蚀性能优于其他种类不锈钢。

这类钢具有导热系数大，膨胀系数小、抗氧化性好、抗应力腐蚀优良等特点。这类钢存在塑性差、焊后塑性和耐蚀性明显降低等缺点，因而限制了它的应用。

（2）奥氏体不锈钢

含铬大于18％，还含有8％左右的镍及少量钼、钛、氮等元素。综合性能好，可耐多种介质腐蚀。无磁性而且具有高韧性和塑性，但强度较低，不可能通过相变使之强化，仅能通过冷加工进行强化。如加入S，Ca，Se，Te等元素，则具有良好的易切削性。此类钢除耐氧化性酸介质腐蚀外，如果含有Mo、Cu等元素还能耐硫酸、磷酸以及甲酸、醋酸、尿素等的腐蚀。此类钢中的含碳量若低于0.03%或含Ti、Ni，就可显著提高其耐晶间腐蚀性能。高硅的奥氏体不锈钢对浓硝酸也有良好的耐蚀性。由于奥氏体不锈钢具有全面的和良好的综合性能，在各行各业中获得了广泛的应用。

（3）奥氏体- 铁素体双相不锈钢

兼有奥氏体和铁素体不锈钢的优点，并具有超塑性。是奥氏体和铁素体组织各约占一半的不锈钢。在含C较低的情况下，Cr含量在18%~28%，Ni含量在3%~10%。有些钢还含有Mo、Cu、Si、Nb、Ti，N等合金元素。该类钢兼有奥氏体和铁素体不锈钢的特点，与铁素体相比，塑性、韧性更高，无室温脆性，耐晶间腐蚀性能和焊接性能均显著提高，同时还保持有铁素体不锈钢的475℃脆性以及导热系数高，具有超塑性等特点。与奥氏体不锈钢相比，强度高且耐晶间腐蚀和耐氯化物应力腐蚀有明显提高。双相不锈钢具有优良的耐孔蚀性能，也是一种节镍不锈钢。

（4）马氏体不锈钢

强度高，但塑性和可焊性较差。通过热处理可以调整其力学性能的不锈钢，通俗地说，是一类可硬化的不锈钢。典型牌号为Cr13型，如2Cr13 ,3Cr13 ,4Cr13等。淬火后硬度较高，不同回火温度具有不同强韧性组合，主要用于蒸汽轮机叶片、餐具、外科手术器械。根据化学成分的差异，马氏体不锈钢可分为马氏体铬钢和马氏体铬镍钢两类。根据组织和强化机理的不同，还可分为马氏体不锈钢、马氏体和半奥氏体（或半马氏体）沉淀硬化不锈钢以及马氏体时效不锈钢等。

不锈钢为什么耐腐蚀

• 主要取决于钢中所含的合金元素

铬是使不锈钢获得耐蚀性的基本元素，当钢中含铬量达到12％左右时，铬与腐蚀介质中的氧作用，在钢表面形成一层很薄的氧化膜（ 自钝化膜），可阻止钢的基体进一步腐蚀。除铬外，常用的合金元素还有镍、钼、钛、铌、铜、氮等，以满足各种用途对不锈钢组织和性能的要求。

所有金属都和大气中的氧气进行反应，在表面形成氧化膜。而且所形成的氧化铁继续进行氧化，使锈蚀不断扩大，最终形成孔洞。

不锈钢的耐腐蚀性取决于铬，但是因为铬是钢的组成部分之一，所以保护方法不尽相同。

在铬的添加量达到10.5％时，钢的耐大气腐蚀性能显著增加，但铬含量更高时，尽管仍可提高耐腐蚀性，但不明显。原因是用铬对钢进行合金化处理时，把表面氧化物的类型改变成了类似于纯铬金属上形成的表面氧化物。这种紧密粘附的富铬氧化物保护表面，防止进一步地氧化。这种氧化层极薄，透过它可以看到钢表面的自然光泽，使不锈钢具有独特的表面。而且，如果损坏了表层，所暴露出的钢表面会和大气反应进行自我修理，重新形成这种氧化物"钝化膜"，继续起保护作用。

因此，所有的不锈钢元素都具有一种共同的特性，即铬含量均在10.5％以上。

不锈钢腐蚀的种类和定义

（1）应力腐蚀开裂（SCC）

是指承受应力的合金在腐蚀性环境中由于裂纹的扩展而互生失效的一种通用术语。应力腐蚀开裂具有脆性断口形貌，但它也可能发生于韧性高的材料中。发生应力腐蚀开裂的必要条件是要有拉应力（不论是残余应力还是外加应力，或者两者兼而有之）和特定的腐蚀介质存在。

（2）点腐蚀

是一种导致腐蚀的局部腐蚀形式。

（3）晶间腐蚀

晶粒间界是结晶学取向不同的晶粒间紊乱错合的界域，因而，它们是钢中各种溶质元素偏析或金属化合物（如碳化物和δ相）沉淀析出的有利区域。因此，在某些腐蚀介质中，晶粒间界可能先行被腐蚀乃是不足为奇的。这种类型的腐蚀被称为晶间腐蚀，大多数的金属和合金在特定的腐蚀介质中都可能呈现晶间腐蚀。

（4）缝隙腐蚀

是局部腐蚀的一种形式，它可能发生于溶液停滞的缝隙之中或屏蔽的表面内。这样的缝隙可以在金属与金属或金属与非金属的接合处形成，例如，在与铆钉、螺栓、垫片、阀座、松动的表面沉积物以及海生物相接蚀之处形成。

（5）全面腐蚀

是用来描述在整个合金表面上以比较均匀的方式所发生的腐蚀现象的术语。当发生全面腐蚀时，材料由于腐蚀而逐渐变薄，甚至材料腐蚀失效。不锈钢在强酸和强碱中可能呈现全面腐蚀。

常用304、316奥氏体不锈钢腐蚀

• 304奥氏体不锈钢

304奥氏体不锈钢（新标准的06Cr19Ni10钢、旧标准的0Cr18Ni9钢）由于具有较好的耐腐蚀性，强度高，寿命长，并且有良好的色泽和表面光泽度，常温和低温下有良好的韧性、塑性、焊接性、耐腐蚀性及无磁性。304奥氏体不锈钢之所以在大气环境下具有优良的耐腐蚀性能是由于其表面形成的一层Cr钝化膜，如果材料本身存在夹杂物，以及环境导致局部腐蚀条件苛刻都有可能导致材料腐蚀，小则影响产品外观，大则成为后期使用的安全隐患。

在304奥氏体不锈钢紧固件产品表面出现大量锈蚀点，例如，板式换热器304板片。从材料组织、夹杂物水平、耐晶界腐蚀性能、锈蚀点形貌、锈蚀发生位置成分、锈层组成等几个方面进行系统分析。

查阅相关文献资料，304奥氏体不锈钢锈蚀一般分为以下几类：

一是由于固溶处理不充分或者在碳化物析出温度范围内使用，导致碳化物在晶界的析出，材料局部贫铬引起的晶界腐蚀；

二是由于材料表面夹杂物，破坏材料表面均匀性，从而引发局部锈蚀；

三是在氯离子等穿透能力较强离子存在下发生的应力腐蚀。

不锈钢304局部贫铬引起的晶界腐蚀

• 316奥氏体不锈钢

316—继304之后，第二个得到最广泛应用的钢种，主要用于食品工业和外科手术器材，添加钼元素使其获得一种抗腐蚀的特殊结构。由于较之304其具有更好的抗氯化物腐蚀能力因而也作“船用钢”来使用。

316L含碳量比316低，抗晶间腐蚀性比316优良高温蠕变强度高。可在苛刻的条件使用,加工硬化性好,无磁性。

不锈钢不锈的特性与钢中的铬含量有直接关系，随着铬含量的提高而增强。当铬含量达到10.5%以上时，钢的这一特征发生突变，从易生锈到不锈，从不耐蚀到耐腐蚀，而且含铬量从10.5%以后随着铬含量的不断提高，其耐锈性和耐蚀性也不断得到改善。一般不锈钢的最高铬含量为26%，更高的铬含量已没有必要。

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