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不可不知的不銹鋼常見腐蝕類型

2021-04-08 13:24:43 作者：本網整理來源：新材料在線分享至：

不銹鋼就是不容易生銹的鋼鐵，不銹鋼中的主要合金元素是Cr（鉻），只有當Cr含量達到一定值時，鋼材有耐蝕性，不銹鋼一般Cr含量至少為10.5%。不銹鋼的耐蝕機理為鈍化膜理論，即其表面形成一層極薄而堅固細密的穩定的富Cr鈍化膜，防止氧原子繼續滲入、繼續氧化，從而達到防銹蝕的能力。

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不銹鋼表面鈍化膜形成圖解

人們認為“不銹鋼是不生銹的，生銹的就不是不銹鋼了”。其實這是對不銹鋼缺乏了解的一種片面錯誤看法，不銹鋼在一定的條件下也會生銹的。如果我們能夠直觀的了解不銹鋼的各種腐蝕類型，面對不銹鋼腐蝕時可以有相應的應對措施來減少損失。下面結合工程實際講述幾種不銹鋼常見的腐蝕類型，簡要介紹相應的抗腐蝕措施，并重點介紹不銹鋼應力腐蝕原因及防治措施。

不銹鋼發生的腐蝕破壞多是局部腐蝕破壞，最常見的有晶間腐蝕（9%）、點蝕（23%）和應力腐蝕（49%）。[1]

晶間腐蝕

晶間腐蝕是由于晶界上貧Cr，導致該區域優先腐蝕，進而使晶粒整體從金屬上脫離。熱處理450℃~850℃溫度區間中C與Cr易形成碳鉻化合物（Cr23C6），晶界處消耗的Cr不能及時從晶粒中得到補充，使晶界區域貧Cr，這是導致晶間腐蝕的關鍵。

例如：某公司合成氨廠爐的工藝氣預熱管因為晶間腐蝕引起的開裂，發生泄漏事故。預熱管出現晶間腐蝕是因為奧氏體不銹鋼晶界析出Cr23C6，在管內Cl-作用下管子短期出現晶間腐蝕開裂。

晶間腐蝕微觀形貌及零件宏觀圖

數據來源：上海寶冶工程技術有限公司

為了預防不銹鋼發生晶間腐蝕，一般的解決辦法：

1、固溶退火金屬被均勻加熱到1050℃~1060℃，然后急速冷卻；2、添加穩定化元素Ti、Nb等；

3、選用低碳不銹鋼。

點蝕

點蝕是一種很危險的局部腐蝕，發生小孔然后急劇進行腐蝕的現象，嚴重時可導致穿孔。點蝕的影響因素主要有：

1、Cl-影響，Cl-使不銹鋼鈍化膜局部破壞，導致該部位優先發生腐蝕；2、溫度影響，溫度越高，腐蝕越快；

3、表面附著污染物阻止了氧氣流通。

例如，日常生活中不銹鋼（201或304不銹鋼居多）水槽就經常發生點蝕現象。如果一些酸性或者鹽類的物質盛放在水槽中未得到及時的處理，就會導致不銹鋼水槽出現點蝕。

出現點蝕現象的不銹鋼水槽

數據來源：中潔網、房天下

預防措施有如下幾條：

1、防止Cl-附著；

2、進行合理的表面處理，形成穩定鈍化膜；

3、選擇耐Cl-腐蝕性強的材料（如添加Mo的316L不銹鋼）。

應力腐蝕

應力腐蝕是指在拉應力作用下，金屬在腐蝕介質中引起的破壞。不銹鋼的應力腐蝕是不銹鋼失效中發生次數最多，后果最嚴重的腐蝕形式。若腐蝕過程中有輕微裂紋的產生，其擴展速率比其他腐蝕類型快幾個數量級，造成災難性的后果。化工廠，核電站，鍋爐等都出現過不銹鋼材料應力腐蝕開裂的現象。

例如，①某藥化企業羥基乙腈合成甘氨酸項目合成工段到濃縮段的316L不銹鋼管到焊縫發生了嚴重的應力腐蝕開裂。該事故中應力腐蝕開裂起源于焊縫缺陷，焊接過程熱處理控制不當出現晶間腐蝕，加之焊接中存在的殘余應力導致在晶間腐蝕的基礎上演變為應力腐蝕開裂。

出現應力腐蝕開裂的316L管件

數據來源：中國腐蝕與防護網

②核電站反應堆堆芯中堆內構件為304NG不銹鋼，在高溫高壓、強輻照的水環境中，發生過輻照促進應力腐蝕（IASCC）現象。嚴格控制核電站服役環境是目前解決該問題最有效的方法之一。

堆內構件發生輻照促進應力腐蝕（IASCC）

研究應力腐蝕的實驗是根據不同情況下應力腐蝕特征和實驗目的來設計的。根據材料、環境、應力狀態和實驗目的不同，已發展了多種應力腐蝕實驗方法。按實驗地點和環境性質分現場試驗、實驗室實驗和實驗室加速實驗；按加載方式分恒載荷實驗、恒變形實驗和慢應變速率拉伸實驗。同樣應力腐蝕實驗的試樣一般也分為三類：光滑試樣、帶缺口試樣和預制裂紋試樣。

預制裂紋的CT試樣

不銹鋼應力腐蝕問題得到了廣泛的研究，提出了多種不同的機理來解釋應力腐蝕現象，但迄今尚無公認的統一機理。由于應力腐蝕是一個與腐蝕有關的過程，其機理必然與腐蝕過程中的陽極和陰極反應有關，因而應力腐蝕機理主要分兩大類：陽極溶解型和氫致開裂型，以及在這兩類機理基礎上發展起來的表面膜破裂理論、活性通道理論、應力吸附開裂理論、腐蝕產物楔入理論和閉塞電池理論等。