1、均勻(全面)腐蝕

對(duì)于硝酸，18-8系鋼有良好的耐蝕性，可是含Mo的18-8Mo系，對(duì)氧化性酸的耐腐性較為低劣。

對(duì)于鹽酸，不銹鋼僅能用于稀鹽酸。但是根據(jù)使用條件可能產(chǎn)生孔腐蝕和應(yīng)力腐蝕，所以也不宜使用。由于Cr是Fe的耐鹽酸性的有害合金元素，所以C系合金鋼的耐鹽酸性非常惡劣。但是，加入改善耐鹽酸性的合金元素Ni、Cu、Mo、W、Co等的耐鹽酸材料如蒙乃爾(Mo、hastelloy等則有良好的耐鹽酸性。

對(duì)于硫酸，不銹鋼只限于在很狹的濃度范圍和溫度范圍內(nèi)具有耐腐蝕性。鎳含量增加或添加Si、Mo、Cu等元素可改善不銹鋼的耐硫酸性能。

對(duì)于醋酸，Cr-Ni系不銹鋼，在室溫下可耐所有濃度的醋酸。可是在高溫且濃度高的時(shí)候呈活性。Cr系不銹鋼僅耐特別稀的醋酸，沒有利用價(jià)值。Ni-Cr系的18Cr-8Ni、18Cr-8Ni-Ti、18Cr-8Ni-Nb可耐50℃以下的99%純醋酸，可是對(duì)50℃以上沸騰純醋酸則有顯著的侵蝕。

添加 Mo、Si對(duì)耐醋酸性的改善是有效的。

如在醋酸中有不純物存在時(shí)，腐蝕情況將會(huì)改變，即適量的氧化性離子及空氣的存在，可抑制對(duì)不銹鋼的腐蝕。可是，當(dāng)有鹵族元素時(shí)能促進(jìn)腐蝕，在使用時(shí)應(yīng)予注意。

對(duì)于稀堿液，一般具有良好的耐腐蝕性。

由于增加Ni的添加量，對(duì)堿的耐蝕性提高。可是奧氏體不銹鋼的優(yōu)越的耐蝕性界限是溫度100℃，濃度50%。鐵素體系不銹鋼比奧氏體不銹鋼的耐蝕性低劣。

2、局部腐蝕

晶間腐蝕

腐蝕從表面沿品界深入內(nèi)部，外表看不出腐蝕跡象。晶間腐蝕是由于晶界沉積了雜質(zhì)或某一元素增多或減少而引起的。以?shī)W氏體不銹鋼為例，它在焊接時(shí)焊縫兩側(cè)2~3mm 處可被加熱至400~910℃，這時(shí)晶界的鉻和碳化合為Cr23C6，從固溶體中析出，由于鉻的流動(dòng)很慢，不易從晶內(nèi)擴(kuò)散到品晶界，因此形成貧鉻區(qū)，在適合的腐蝕溶液中，就形成“碳化銘(陰極)一貧鉻區(qū)(陽(yáng)極)”電池，使晶界貧鉻區(qū)產(chǎn)生腐蝕。

奧氏體不銹鋼晶間腐蝕，有三種常用的控制方法:

a.熱處理，將材料加熱至1100℃，隨即水淬，即固溶火處理。因在1100℃時(shí)碳化銘被溶解，可得到均一的合金;

b.加人與碳素的親合力比鉻更強(qiáng)的元素，如Ti和Nb;

c.將碳含量降低到0.03%以下，產(chǎn)生的碳化鉻量少，就不致引起晶間腐蝕。因此，當(dāng)使用低碳奧氏體系不銹鋼管即穩(wěn)定化的奧氏體系不銹鋼管以外的奧氏體不銹鋼管時(shí)，由于加工或焊接要加熱至碳化物析出的溫度，應(yīng)在最終溫度1000~1100℃時(shí)急冷，使析出的碳化物固溶，是非常必要的。

當(dāng)穩(wěn)定化奧氏體不銹鋼管用于濃硝酸等嚴(yán)重的產(chǎn)生品間腐蝕的環(huán)境，焊接后原封不動(dòng)將會(huì)引起晶間腐蝕的特殊形態(tài)的腐蝕(Knife line attack)。為此，應(yīng)在840~900℃進(jìn)行2~4h穩(wěn)定化處理，使Ti或NbC 充分的析出。

當(dāng)使用鐵素體不銹鋼時(shí)，于925°以上的溫度急冷，在腐蝕環(huán)境會(huì)產(chǎn)生品間腐蝕，應(yīng)當(dāng)注意。

應(yīng)力腐蝕

金屬和合金在腐蝕與應(yīng)力的同時(shí)作用下產(chǎn)生的腐蝕。它只發(fā)生于一些特定的“材料一環(huán)境”體系，例如“奧氏體不銹鋼-Cl^-”，“碳鋼-NO3”等，當(dāng)然還必須存在應(yīng)力(外力或焊接、冷加工等產(chǎn)生的殘余應(yīng)力)。

在“奧氏體不銹鋼-Cl^-”體系中，溶液中氧的存在是促進(jìn)全面鈍化，而Cl破壞局部鈍化，同時(shí)進(jìn)入裂縫尖端，構(gòu)成鹽酸，使腐蝕加速。

一般應(yīng)力腐蝕的裂紋形態(tài)有兩種，一種是沿晶界發(fā)展，稱為晶間破裂；另一種是穿過晶粒，稱為穿晶破裂；也有混合型，如主縫為品間型，支縫為穿晶型。

防止應(yīng)力腐蝕方法，一般通過熱處理消除或減少應(yīng)力；設(shè)計(jì)中取低于臨界應(yīng)力腐蝕破裂強(qiáng)度值；改進(jìn)設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)，避免應(yīng)力集中；表面施加壓應(yīng)力；采用電化學(xué)保護(hù)、涂料或緩蝕劑等。

對(duì)于奧氏體系不銹鋼，腐蝕介質(zhì)濃度高則易產(chǎn)生裂紋，可是盡管在很稀薄的場(chǎng)所，由于吸收或在高溫、高壓下局部濃縮，致使局部濃度增高，所以必須規(guī)定腐蝕介質(zhì)濃度的下限值；腐蝕性介質(zhì)的溫度影響極大，盡管其他條件不變，溫度高時(shí)易于產(chǎn)生裂紋。在沸騰或蒸發(fā)溫度條件下是易于產(chǎn)生裂紋的苛刻條件。一般在50~60℃時(shí)是沒有問題的；產(chǎn)生裂紋敏感性大的元素Ni，在8%左右最易產(chǎn)生裂紋，45%以上則不產(chǎn)生裂紋。

縫隙腐蝕

這類腐蝕發(fā)生在縫隙內(nèi)，如焊、鉚縫、墊片或沉積物下面，由于滯留的液體構(gòu)成氧素“濃淡電池”、金屬離子“濃淡電池”而產(chǎn)生腐蝕。像不銹鋼那樣，存在耐蝕性鈍態(tài)的金屬，對(duì)縫隙腐蝕則敏感。

縫隙腐蝕的破壞形態(tài)為溝縫狀，嚴(yán)重的可穿透，是孔蝕的一種特殊形態(tài)。縫腐蝕和孔蝕一樣，在含Cl^-的溶液中最易發(fā)生，而且發(fā)生之前通常有一個(gè)較長(zhǎng)的孕育期，一旦發(fā)生就迅速進(jìn)展。防止縫隙腐蝕的最有效的辦法是消除縫隙。

孔蝕

孔蝕是一種高度局部的腐蝕形態(tài)，孔有大有小，孔徑或?qū)挾燃s為深度的4~10倍，小而深的孔可能使金屬板穿透，引起物料流尖、火災(zāi)、爆炸等事故，它是破壞性和隱患最大的腐蝕形態(tài)之一。

孔蝕通常發(fā)生在表面鈍化膜或有保護(hù)膜的金屬，如不銹鋼、鈦、鋁合金等。由于金屬表面缺陷或有非金屬夾雜物等和溶液內(nèi)存在能破壞鈍化膜的活性離子如Cl^-、Br^-等，鈍化膜在局部微小的膜破口處的金屬成為陽(yáng)極，其電流高度集中，破口周圍大面積膜成為陰極，因此腐蝕迅速向內(nèi)發(fā)展，形成蝕孔。

影響孔蝕的因素有環(huán)境因素和金屬因素之分。

環(huán)境因素：Cl^-、Br^-等鹵族元素離子或硫氰鹽離子與氧或氧化性金屬離子等在適當(dāng)?shù)难趸瘎┐嬖跁r(shí)會(huì)產(chǎn)生孔蝕。當(dāng)溶液的PH值在3以上中性附近時(shí)最易產(chǎn)生孔蝕，PH值增大的堿側(cè)則不易發(fā)生。通常，當(dāng)溫度上升時(shí)孔蝕增加，液體流動(dòng)則孔蝕減少。由于介質(zhì)的流動(dòng)將除去固形物的沉積，對(duì)保持鈍化膜是有利的。所以流速>1.5m/s、管系沒有死角是防止管系產(chǎn)生孔蝕的必要條件。

金屬側(cè)因素，不銹鋼中的Cr、Ni、Mo、Si、Cu、N等元素含量的增加，將減少孔蝕。但含C量多則易發(fā)生孔蝕。

腐蝕疲勞

腐蝕疲勞是由交變應(yīng)力和腐蝕的共同作用引起的破裂。當(dāng)鐵基合金所承受的交變應(yīng)力低于一定數(shù)值時(shí)，可經(jīng)過無限周期而不產(chǎn)生疲勞破裂，這個(gè)臨界應(yīng)力值稱為疲勞極限，對(duì)于其他合金，疲勞極限為在一定周期下不破裂的最大交變應(yīng)力。在腐蝕環(huán)境中疲勞極限值大大下降，因而在不高的交變應(yīng)力下就很容易發(fā)生腐蝕疲勞。

腐蝕疲勞的特征是：有許多溶蝕孔，裂縫通過蝕孔，可有若干條，方向與應(yīng)力垂直是典型的穿晶型(在低頻率周期應(yīng)力下，也有晶間型)，沒有分支裂縫，縫邊呈現(xiàn)鋸齒形。振動(dòng)部件，由于溫度變化產(chǎn)生周期熱應(yīng)力的換熱器管和鍋爐管等都易產(chǎn)生腐蝕疲勞。

氫腐蝕

氫腐蝕有低溫型和高溫型。低溫型是在有水溶液的情況下發(fā)生的，被認(rèn)為是電化學(xué)腐蝕。金屬電化學(xué)反應(yīng)生成的原子氫滲透到金屬內(nèi)，然后結(jié)合為分子，形成鼓泡。這就是低溫氫腐蝕。

在產(chǎn)生氫鼓泡的腐蝕環(huán)境中，通常含有硫化物、砷化合物、化物、含磷離子等毒素阻止了放氫反應(yīng)(H+H→H2)，石油化工生產(chǎn)流體中常含有這類毒素。因此在石油化工工業(yè)中氫鼓泡是一個(gè)重要問題。消除這類毒素是有效的防氫鼓泡的方法。

也可選用沒有空穴的鎮(zhèn)靜鋼代替有許多空穴的沸騰鋼，采用對(duì)氫滲透低的奧氏體不銹鋼或鎳的襯里層，或橡膠、塑料保護(hù)層、瓷磚襯里和加人緩蝕劑等。

高溫型氫腐蝕是高溫氫侵入低碳鋼內(nèi)，在無水溶液的情況下進(jìn)行，與低溫氫腐蝕有本質(zhì)上的不同。高溫氫分子擴(kuò)散到鋼的內(nèi)部會(huì)產(chǎn)生氫脆和氫蝕。所謂氫脆，是在高溫、高壓下分子氫部分分解變成原子氫，或者是氫氣在濕的腐蝕性氣體中經(jīng)過電化學(xué)反應(yīng)而生成氫原子這些氫原子滲透到鋼里之后，使鋼材晶粒間的原子結(jié)合力降低，造成鋼材的延伸率、斷面收縮率降低，強(qiáng)度也出現(xiàn)變化，這種現(xiàn)象叫氫脆。

所謂氫蝕是鋼材長(zhǎng)期與高溫、高壓氫氣接觸之后，氫原子或分子通過晶格和晶間而向鋼內(nèi)擴(kuò)散,這些氫與鋼中的碳化物(滲碳體)發(fā)生化學(xué)反應(yīng)生成甲烷(Fe,C+2H,--3Fe+CH。)，即鋼材的內(nèi)部脫碳。甲烷氣體不能從鋼中擴(kuò)散出去，而聚積在品間形成局部高壓，造成應(yīng)力集中，晶間變寬，致使產(chǎn)生微小裂紋或起泡。開始時(shí)，裂紋微小，但時(shí)間久后，無數(shù)裂紋相連，使鋼材的強(qiáng)度及韌性下降失去原有塑性變脆，這就叫氫蝕。氫脆是一次脆化，是可逆現(xiàn)象。而氫蝕是永久的脆化，是不可逆的。

鋼材在高溫高壓下的氫蝕破壞是有一段潛伏期的，超過潛伏期則產(chǎn)生裂紋并降低強(qiáng)度和韌性。潛伏期的長(zhǎng)短，根據(jù)不同的鋼種、受腐蝕的程度、溫度、壓力、冷變形程度等因素而異。在極苛刻的條件下，潛伏期僅幾小時(shí)，潛伏期的長(zhǎng)短將決定鋼材在臨氫工況下安全使用的年限。

對(duì)于耐高溫高壓氫氣的材料選擇，一般均以納爾遜(NELSON)曲線為準(zhǔn)，例如美國(guó)埃索(ESSO)標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定，選擇臨氫材料必須執(zhí)行NELSON曲線。在法國(guó)、意大利、日本等的多數(shù)工程公司的臨氫管道材料選用標(biāo)準(zhǔn)，基本上也是以NELSON曲線為基礎(chǔ)而編制的。我國(guó)的抗氫材料選擇的依據(jù)也是NELSON曲線。如圖1-4-3所示。

圖中上部的虛線表示鋼材與氫接觸后表面有脫碳傾向。圖中實(shí)線表示鋼材內(nèi)部脫碳。產(chǎn)生甲烷而開裂的傾向。所謂表面脫碳，是氣體中有氫或氧存在時(shí)，鋼材表面的碳與氫反應(yīng)生成甲烷或與氧反應(yīng)生成一氧化碳等含碳的氣體，結(jié)果形成表面脫碳。通常表面脫碳的結(jié)果可使鋼材的強(qiáng)度及硬度稍為降低，并不產(chǎn)生龜裂。

圖中實(shí)曲線的上邊是內(nèi)部脫碳產(chǎn)生裂紋而破壞的范圍。實(shí)曲線的下邊和左邊是碳鋼和各種合金鋼耐氫腐蝕的使用范圍。

在曲線上標(biāo)注的材料是選擇所需最小合金含量，并非為標(biāo)準(zhǔn)合金。在埃索標(biāo)準(zhǔn)上并規(guī)定當(dāng)溫度和氫分壓落在圖1-4-3(a)所示任一曲線上時(shí)，則應(yīng)選用更高一條曲線所示的所需最小合金含量。

據(jù)資料介紹，在稍高于0.7MPa的壓力下，經(jīng)過長(zhǎng)期和氫接觸的碳素鋼管焊接部位有蝕的情況。一根煨彎的彎管，氫蝕集中在受過熱的彎頭部位，而未加熱的直管段未受氫蝕。奧氏體不銹鋼在所有溫度、壓力下都耐氫蝕。圖1-4-3(a)的橫座標(biāo)分壓僅以氣相為基準(zhǔn)，氫分壓等于氣相中氫分子分?jǐn)?shù)乘系統(tǒng)總壓力。

圖中曲線的繪制是對(duì)鑄鋼、退火鋼和正火鋼進(jìn)行應(yīng)力評(píng)價(jià)而得出的。

納爾遜曲線是1967年由納爾遜繪制的，再版權(quán)授與了API。納爾遜曲線在1969年1977年、1983年和1996年曾進(jìn)行了修改，本圖是2004年API出版物941中的納爾遜曲線，即臨氫作業(yè)用鋼防止脫碳和裂紋的操作極限，它是截至目前最新的版本，將高溫臨氫作業(yè)用Cr-0.5Mo和1.25Cr-0.5Mo鋼使用經(jīng)驗(yàn)另繪圖，如圖1-4-3(b)所示。

一般抗氫蝕鋼管，不僅要滿足常溫時(shí)對(duì)強(qiáng)度、延性及韌性的要求還要滿足高溫機(jī)械性能的要求；不僅要滿足在交貨狀態(tài)時(shí)對(duì)機(jī)械性能的要求，還要考慮在使用時(shí)的性能退化(如回火脆性、石墨化)等因素。例如對(duì)催化重整裝置中設(shè)計(jì)溫度540℃、氫分壓1.25MPa的工藝管道，從NELSON曲線中，可選用1.25Cr-0.5Mo合金管，不必選用5.0Cr-0.5Mo合金鋼管。

表1-4-11是1.25Cr-0.5Mo及5.0Cr-0.5Mo鋼管的力學(xué)性能數(shù)據(jù)。

1.25Cr-0.5Mo及5.0Cr-0.5Mo合金鋼均屬耐熱鋼，1.25Cr-0.5Mo是一種較經(jīng)濟(jì)的鋼種，其價(jià)格約為5.0Cr -0.5Mo的1/2，有較高的蠕變強(qiáng)度，抗氧化溫度593℃，在≤550℃時(shí)1.25Cr-0.5Mo鋼最大許用應(yīng)力均比5.0Cr-0.5Mo高。在≤550℃時(shí)1.25Cr-0.5Mo鋼的高溫短時(shí)拉伸強(qiáng)度不低于5.0Cr-0.5Mo鋼，而塑性和延伸率基本相當(dāng)。5.0Cr-0.5Mo鋼抗腐蝕性能好，具有較高的蠕變斷裂強(qiáng)度，抗氧化溫度為648℃。

但是，在650℃范圍內(nèi)，1.25Cr-0.5Mo鋼比5.0Cr-0.5Mo鋼有較高的蠕變斷裂強(qiáng)度。從NELSON曲線查得，當(dāng)氫分壓1.37MPa(200psi)和2.07MPa(300psi)條件下1.25Cr-0.5Mo鋼的脫碳溫度分別為600℃和590℃，完全滿足目前催化重整反應(yīng)部分操作條件(溫度510~540℃、氫分壓1.25MPa)。

1979年，日本壓力容器研究委員會(huì)氫脆分會(huì)對(duì)日本催化裝置高溫氫蝕情況進(jìn)行了總結(jié)，認(rèn)為那些氫蝕發(fā)生的條件在NELSON曲線相應(yīng)鋼種操作極限以下的情況中：很大一部分氫蝕發(fā)生在焊縫處。未經(jīng)熱處理焊縫的殘余應(yīng)力和高硬度的激冷組織，對(duì)氫蝕的敏感均比母材高，因而易在焊縫處發(fā)生氫蝕現(xiàn)象。

氫分子尤其氫原子，有很高的擴(kuò)散率，在300℃時(shí)，鐵晶格中的擴(kuò)散率近14^-4cm²/s。在高溫時(shí),由于氫分子的分解，焊接質(zhì)量不高的焊縫處的氣孔，不連續(xù)處和夾雜物，就成為氫和甲烷聚集的場(chǎng)所，由于甲烷不能向鋼內(nèi)部擴(kuò)散，所以在內(nèi)部形成高壓，即在焊縫不夠致密的地方造成裂紋或鼓泡。因此，焊縫和熱影響區(qū)是抗氫蝕的薄弱部位。大多數(shù)情況下，氫蝕不發(fā)生在母材上而是在焊縫和熱影響區(qū)。在選擇和使用抗氫蝕鋼時(shí)，要特別重視施工時(shí)的焊接質(zhì)量，采用合適的焊接工藝，必要的焊前預(yù)熱和焊后熱處理。

生產(chǎn)實(shí)踐和試驗(yàn)表明，Cr-Mo鋼對(duì)焊接熱作用相當(dāng)敏感。對(duì)Cr-Mo鋼進(jìn)行焊接時(shí)熱影響區(qū)會(huì)出現(xiàn)馬氏體組織而產(chǎn)生明顯的脆化。例如Cr-Mo鋼母材的布氏硬度約為200，經(jīng)焊接的熱作用后希氏硬度增加至450以上。表征熱影響區(qū)塑性的彎曲角由180°下降到不足 30°，這種脆化現(xiàn)象隨Cr-Mo鋼中Cr 含量的增加而增加。

5.0Cr-0.5Mo鋼的脆化現(xiàn)象就比1.25Cr -0.5Mo鋼更為嚴(yán)重。如果使用環(huán)境的分壓偏高，將加劇脆化作用。為穩(wěn)定和提高高溫強(qiáng)度，增強(qiáng)耐蝕性，提高焊接區(qū)的延性和韌性，松弛焊接殘余應(yīng)力，確保焊接區(qū)的高溫耐氫蝕性能，必須進(jìn)行焊后熱處理。各國(guó)標(biāo)準(zhǔn)中有關(guān)1.25Cr-0.5Mo及5.0Cr-0.5Mo鋼焊前預(yù)熱、層間溫度、焊后熱處理的規(guī)定如表1-4-12和表1-4-13 所示。