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  • 分类:标准详解
  • 发布时间:2020-12-10 13:27:17
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 THE WASI STAINLESS STEEL ENCYCLOPEDIA
 WASI 不锈钢百科全书

Corrosion of stainless steel 不锈钢锈蚀

Common causes of stainless steel corrosion 不锈钢件产生锈蚀的常见原因 

不锈钢由于其特殊的金相组织和表面钝化膜,使得它在一般情况下较难与介质发生化学反应而被腐蚀,但并不是在任何条件下都不能被腐蚀。在腐蚀介质和诱因(如划伤、飞溅、割渣等)存在的条件下,不锈钢也能与腐蚀介质发生缓慢的化学和电化学反应被腐蚀,而且在一定条件下的腐蚀速度相当快而产生锈蚀现象,尤其是点蚀和缝隙腐蚀。不锈钢件的腐蚀机理主要为电化学腐蚀,不锈钢紧固件易发生的比较严重的腐蚀形式是局部腐蚀。腐蚀类型主要分为:a) 均匀腐蚀 b) 点蚀 c) 缝隙腐蚀 d) 电偶腐蚀 e) 晶体间腐蚀 f) 应力腐蚀开裂 g)振动腐蚀 h)疲劳腐蚀等。

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。着重介绍下以下不锈钢腐蚀:

化学腐蚀

 表面污染:附着在工件表面的油污、灰尘及酸、碱、盐,或者一些等在一定条件转化为腐蚀介质,与不锈钢件中的某些成分发生化学反应,引起局部腐蚀,产生化学腐蚀而生锈。就连生活中的有机物汁液(如瓜菜、面汤、痰等),在有水氧情况下,构成有机酸,长时间则有机酸对金属表面的腐蚀。

 点腐蚀:指在金属材料表面大部分不腐蚀或腐蚀轻微而分散发生高度的局部腐蚀,常见蚀点的尺寸小于1.00mm,深度往往大于表面孔径,轻者有较浅的蚀坑,严重的甚至形成穿孔。点蚀在金属表面没有缝隙出现的情况下也可产生,主要由于特殊的腐蚀剂如氯化物而造成的,氯离子广泛存在,比如食盐/汗迹/海水/海风/土壤等等,另外不及时清洗表面、表面喷洒消毒剂、消毒水等都造成腐蚀。不锈钢在氯离子存在下的环境中,腐蚀很快,甚至超过普通的低碳钢。点蚀是由卤化物离子与钝化层的相互作用引起的,钝化层被完全穿透,产生针状的裂缝形式。当它们进一步扩展时,就会出现不同形状的坑状区域。随着卤化物离子浓度的增加、温度的升高和钢铁的电化学电位的增加,点蚀的风险增加。

 缝隙腐蚀:在金属构件缝隙处发生斑点状或溃疡形的宏观蚀坑,当金属表面出现某种沉淀或附着物时产生,是局部腐蚀的一种形式,它可能发全于溶液停滞的缝隙之中或屏蔽的表面内。一般发生在流体与环境交互有限的缝隙中。这些裂缝与工件的结构或操作有关,例如法兰、管道废料标记、密封件、螺丝头或水垢处的裂缝。其腐蚀机理与点蚀基本相同

 表面划伤:各种划伤对钝化膜的破坏,使不锈钢保护能力降低,易与化学介质发生反应,产生化学腐蚀而生锈。

 在有污染的空气中(如含有大量硫化物、氧化碳、氧化氮的大气),遇冷凝水,形成硫酸、硝酸、醋酸液点,引起化学腐蚀。

 清洗:酸洗钝化后清洗不干净造成残液存留,直接腐蚀不锈钢件(化学腐蚀)。

电化学腐蚀

不锈钢表面存积着含有其他金属元素的粉尘或异类金属颗粒的附着物,在潮湿的空气中,附着物与不锈钢间的冷凝水,将二者连成一个微电池,引发了电化学反应,保护膜受到破坏,称之谓电化学腐蚀,主要包括:

 碳钢污染:与碳钢件接触造成的划伤与腐蚀介质形成原电池而产生电化学腐蚀。

 切割:割渣、飞溅等易生锈物质的附着与腐蚀介质形成原电池而产生电化学腐。

 烤校:火焰加热区域的成份与金相组织发生变化而不均匀,与腐蚀介质形成原电池而产生电化学腐蚀。

 焊接:焊接区域的物理缺陷(咬边、气孔、裂纹、未熔合、未焊透等)和化学缺陷(晶粒粗大、晶界贫铬、偏析等)与腐蚀介质形成原电池而产生电化学腐蚀。

 材质:不锈钢材质的化学缺陷(成份不均匀、S、P杂质等)和表面物理缺陷(疏松、砂眼、裂纹等)有利于与腐蚀介质形成原电池而产生电化学腐蚀。

 钝化:酸洗钝化效果不好造成不锈钢表面钝化膜不均匀或较薄,易于形成电化学腐蚀。

 清洗:存留的酸洗钝化残液与不锈钢发生化学腐蚀的生成物与不锈钢件形成电化学腐蚀。

应力腐蚀

 应力集中易于造成应力腐蚀。环境介质含有强效作用的成分,特别是氯离子,会导致不锈钢在同时受到拉应力影响下发生腐蚀侵蚀并形成裂纹,即使该不锈钢为被物理损伤,且对该环境介质有足够的抵抗力。这种应力腐蚀裂纹的出现可能是由外部施加的超出承受限制的拉应力引起的。其原因往往与焊接、磨削或冷成形过程中引入的内应力有关。

 应力腐蚀裂纹产生的风险会随着温度和氯离子浓度的增加而增加,例如点蚀和缝隙腐蚀。在材料方面,其他决定因素也有影响。18-10CrNi和18-10-2CrNiMo型奥氏体钢在50℃以上的温度下特别容易产生氯离子引起的应力腐蚀裂纹风险。提高钼的含量,特别是镍的含量,可以显著提高耐腐蚀性。甚至是铁素体、铁素体-奥氏体相比之下都具有较低的敏感度。

振动腐蚀

 所有不锈钢的抗振强度或多或少会因外部的化学侵蚀而降低。抗振强度的降低取决于侵蚀的介质以及震动轴向的数量。

疲劳腐蚀

 疲劳腐蚀出现于旋转零件中。点蚀常发生在依次产生应力上升区的表面上,在存在周期性应力并伴随有腐蚀的应用场合中会导致疲劳裂纹的加速发展。疲劳条纹(标志)可在断口表面上很典型地观察到,它是腐蚀疲劳的警告征兆。使用高强度合金或减小应力的方法可以防止腐蚀疲劳。

晶体间腐蚀

 晶间腐蚀是奥氏体不锈钢最常见的腐蚀形式,出现于某些特殊的合金中,通常当它们在焊接或热处理期间加热到其敏感温度区时即可能会发生晶间腐蚀。

 产生晶间腐蚀的不锈钢,受到应力作用时,晶间腐蚀由表面开始而逐渐向内部发展。这种腐蚀对于承受重载零件危害很大,因为它不引起零件外形的任何变化而使品粒之间结合遭到破坏,严重降低其机械性能,强度几乎完令损失,往往使机械设备发生突然破坏,是不锈钢最危险的一种破坏形式。晶间腐蚀可以分别产生在热影响区、焊缝或熔合线上。较低的碳含量使得在靠近焊缝的热影响区中所析出的碳化物减至最少,而碳化物的析出可能导致不锈钢在某些环境中产生晶间腐蚀(焊接侵蚀)。因它会损害不锈钢表面,并附着铁粉而形成生锈的原因。

化学成分的影响

  不同组织结构的不锈钢紧固件有不同的耐腐蚀性能,应该对应使用环境及场景。劣质、不合格不锈钢材料或者制造工艺导致:不锈钢材料铬含量不足,为追求表面亮度美观酸洗过度,钝化处理不佳等,造成不锈钢防腐效果减弱。
 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。

因此,在不锈钢产品在加工作业过程中应采取一切有效措施,尽量避免锈蚀条件和诱因的产生。实际上,许多锈蚀条件和诱因(如划伤、飞溅、割渣等)对于产品的外观质量也有显著的不利的影响,也应该和必须加以克服。  

不锈钢和碳钢之间,电位差异明显,如果相互接触而且外部有水或者其他导电的介质存在,则腐蚀就会发生,通常环境中是碳钢发生腐蚀,但是,如果是在含氯离子(如海水)的环境下,则碳钢腐蚀很轻微,不锈钢则会发生点蚀,这是因为不锈钢表面的氧化层保护膜在穿透性很强的氯离子作用下会很快被破坏,局部电偶腐蚀就会发生,但碳钢就不会有点蚀发生。

 Preventive measures for corrosion 不锈钢件锈蚀的预防措施  

 最佳的耐腐蚀性的前提是需要一个完全干净的金属表面。光滑的表面可以进一步阻止可能导致裂缝腐蚀的沉积物粘附。高耐点蚀/耐缝隙腐蚀的情况只有在像纯金属表面一样的完全无缝表面才能实现。因此,必须经常对装饰不锈钢表面进行清洁擦洗,去除附着物;必须彻底清除焊接后的变色、结垢、外来金属磨损、外来锈蚀、研磨剂残留等,尽可能消除引发锈蚀的外界因素。
 减少点蚀和缝隙腐蚀,由于点蚀和缝隙腐蚀主要是由接触氯离子引起的,另外较少见的卤化物、溴和碘也可能是诱因,远离或者预防这些接触为主要预防措施。
 应该关注为特定应用和环境选择合适等级的不锈钢紧固件,根据不锈钢材料特性及防腐能力,选择不同的不锈钢紧固件应用于不同的环境和使用要求,选择合适牌号的不锈钢,会延长其服务周期,免于维护,降低生命周期成本,具有良好
的可持续性。需要进行评估,对是否有环境污染、是否暴露于沿海气候或者除冰盐要求、当地天气模式、设计上的考虑、应用条件、工艺要求、维护计划、费用成本需要进行综合评估。一旦做好选择,不锈钢将无限会提供无限的使用寿命,并且毋需维护。"
 避免电偶腐蚀的基本规则是避免不同类金属在一起,不同类金属相互接触时,要确保次贵金属(阳极)的接触面远远大于贵金属(阴极)的要接触面。例如:铝制品要用不锈钢紧固件(永远不要在不锈钢产品上用铝制紧固件),同样规则也适用于不锈钢和碳钢。日常中经常有客户使用不锈钢与碳钢配套使用,实际应该禁用,避免电位腐蚀。
 加强工艺管控,做好钝化处理,同时减少过度酸洗。
  在运输、储运等各个环节应洁净并有隔离防护措施,以防灰尘、油污、铁锈、潮湿、化学介质等污染不锈钢,严禁拖拉,避免磕碰、划伤。
 所选级别一定要满足预期性能,寻找类似环境下的成功案例(通常可以找到)、寻找专业的紧固件供应商,选用优质的不锈钢产品,品牌产品。

 

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