1、第五章第五章 不銹耐酸鋼不銹耐酸鋼 主要內容主要內容 耐蝕性? 成分？合金化？ 組織？ 環境（介質）？ 不銹鋼鋼種如何選擇？5.1 5.1 鋼的耐蝕性鋼的耐蝕性1. 1. 化學腐蝕化學腐蝕2. 2. 電化學腐蝕電化學腐蝕v 提高鋼耐腐蝕性能的途徑主要有：（1 1）形成穩定保護膜形成穩定保護膜，CrCr、AlAl、SiSi有效。有效。（2 2）固溶體電極電位固溶體電極電位或形成穩定鈍化區或形成穩定鈍化區CrCr、NiNi、SiSi：NiNi貴而緊缺，貴而緊缺，SiSi易使鋼脆化，易使鋼脆化，CrCr是理想的。是理想的。（3 3）獲得單相組織獲得單相組織 NiNi、Mn Mn 單相奧氏體組織。單相

2、奧氏體組織。（4 4）機械保護措施或復蓋層機械保護措施或復蓋層，如電鍍、發蘭、涂漆等方法。，如電鍍、發蘭、涂漆等方法。3. 3. 陽極極化陽極極化 引起陽極電位由負向正方向升高，這種現象稱為引起陽極電位由負向正方向升高，這種現象稱為陽極極化陽極極化. . 主要是由于陽極表面形成主要是由于陽極表面形成保護膜保護膜，阻礙陽極金屬，阻礙陽極金屬離子進入溶液，降低了陽極表面電荷密度。離子進入溶液，降低了陽極表面電荷密度。4. 4. 鈍化鈍化 鋼表面由于形成保護膜鋼表面由于形成保護膜, , 從而引起腐蝕減輕或不腐從而引起腐蝕減輕或不腐蝕現象蝕現象, , 稱為稱為鈍化鈍化現象現象. .5. 5. 陰極極化

3、陰極極化 陰極電位由正向負方向降低稱為陰極電位由正向負方向降低稱為陰極極化陰極極化. . 陰極極化是由于消耗電子的陰極過程的速度低于陰極極化是由于消耗電子的陰極過程的速度低于陽極流來的電子，造成陰極陽極流來的電子，造成陰極電子堆積電子堆積，陰極表面，陰極表面電荷密度升高，導致陰極電位降低。電荷密度升高，導致陰極電位降低。 不銹耐蝕鋼發生電化學腐蝕的主要形式不銹耐蝕鋼發生電化學腐蝕的主要形式 一般腐蝕、一般腐蝕、 晶間腐蝕、點腐蝕、應力腐蝕晶間腐蝕、點腐蝕、應力腐蝕 疲勞腐蝕、磨損腐蝕等。疲勞腐蝕、磨損腐蝕等。 不銹耐蝕鋼分類不銹耐蝕鋼分類不銹鋼不銹鋼：指在大氣及弱腐蝕介質中耐蝕的鋼。指在大氣及

4、弱腐蝕介質中耐蝕的鋼。耐蝕鋼耐蝕鋼：指在各種強腐蝕介質中耐蝕的鋼。：指在各種強腐蝕介質中耐蝕的鋼。5.2 5.2 成分及合金化成分及合金化vCr 決定和提高耐蝕性的主要元素。 加入加入CrCr可提高基體的電極電位，但不是均勻的增加，而是可提高基體的電極電位，但不是均勻的增加，而是突變式的。當突變式的。當CrCr的含量達到的含量達到1/81/8，2/82/8，3/83/8，原子比原子比時，時，FeFe的電極電位就跳躍式顯著提高，腐蝕也顯著下降。的電極電位就跳躍式顯著提高，腐蝕也顯著下降。這個定律叫做這個定律叫做n/8n/8規律規律。 折算成重量比：折算成重量比： 12.5 12.552/56=1

5、1.7%52/56=11.7%， 這便是不銹鋼的最低鉻含量。這便是不銹鋼的最低鉻含量。由于鋼中存在由于鋼中存在C C，與與CrCr能形成能形成CrCr2323C C6 6，則則CrCr的含量一般不少于的含量一般不少于13%13%。 鋼鈍化時能形成鋼鈍化時能形成富鉻的氧化物富鉻的氧化物，具有尖晶石結構，在許多介，具有尖晶石結構，在許多介質中具有穩定性。質中具有穩定性。 有利于組織轉變（單相有利于組織轉變（單相F F組織）。組織）。vNi 提高耐蝕性提高耐蝕性，也符合，也符合 n/8 n/8 規律規律。 與與CrCr配合，才能充分發揮；配合，才能充分發揮； 可提高在硫酸（非氧化性酸），醋酸，草酸及

6、中性鹽（硫可提高在硫酸（非氧化性酸），醋酸，草酸及中性鹽（硫酸鹽）中的耐蝕性。酸鹽）中的耐蝕性。提高耐熱性；提高耐熱性；降低奧氏體不銹鋼冷加工硬化傾向。降低奧氏體不銹鋼冷加工硬化傾向。圖圖 鐵鉻合金在鐵鉻合金在HNO3（90度度50%） 中的腐蝕速度與鉻的關系中的腐蝕速度與鉻的關系 vC 擴大擴大相區，穩定相區，穩定相（相（Ni 30倍）；倍）；C 提高，強度提高；但提高，強度提高；但C與與Cr形成碳化物，降低耐蝕性。形成碳化物，降低耐蝕性。 一般在不銹鋼中一般在不銹鋼中C0.4%, 多在多在0.1-0.2%。如：。如： 20Cr13 （0.2%C）; 06Cr17Ti （C0.08%）; 0

7、22Cr18Ni10 （C0.03%） 只有滾動軸承、彈簧和刃具的不銹鋼用高只有滾動軸承、彈簧和刃具的不銹鋼用高C： 如如 95Cr18 vMn，N 擴大擴大相區，穩定相區，穩定相相 提高高鉻不銹鋼在有機酸中的耐蝕性。提高高鉻不銹鋼在有機酸中的耐蝕性。vMo 提高不銹鋼的鈍化能力，擴大其鈍化介質范圍（濃硫提高不銹鋼的鈍化能力，擴大其鈍化介質范圍（濃硫酸、稀鹽酸、磷酸和有機酸），且能阻止酸、稀鹽酸、磷酸和有機酸），且能阻止點腐蝕點腐蝕傾向。傾向。 含含Mo的鈍化膜：的鈍化膜：Fe2O3-Cr2O3-MoO3，致密，穩定性好，致密，穩定性好，能防止能防止Cl-穿透。穿透。vCu 少量加入可有效地提

8、高不銹鋼在硫酸及有機酸中的耐少量加入可有效地提高不銹鋼在硫酸及有機酸中的耐蝕性。蝕性。vSi Si 提高在鹽酸、硫酸和高濃度硝酸中耐蝕性。提高在鹽酸、硫酸和高濃度硝酸中耐蝕性。 vMo, Cu, Ni, SiMo, Cu, Ni, Si復合加入復合加入 如在如在Cr18Ni9Cr18Ni9型中加入型中加入Mo,Cu,NiMo,Cu,Ni后進一步擴大了在硫酸后進一步擴大了在硫酸中的耐蝕性和使用溫度范圍中的耐蝕性和使用溫度范圍 。vTi, Nb Ti, Nb 在在Cr-NiCr-Ni奧氏體不銹鋼和高鉻鐵素體不銹鋼中均有晶間腐奧氏體不銹鋼和高鉻鐵素體不銹鋼中均有晶間腐蝕傾向，加入蝕傾向，加入TiTi

9、或或NbNb（固（固C C） ，可可防止晶間腐蝕。防止晶間腐蝕。5.3 不銹鋼的組織與分類不銹鋼的組織與分類n 不銹鋼中的合金元素可分為兩類: 擴大擴大相區：相區： C, N, Ni, Mn, Cu等等; 縮小縮小相區：相區： Cr, Si, Ti, Nb, Mo等等; 誰占優勢，就易形成以誰占優勢，就易形成以或或為基體的不銹鋼組織；如果穩為基體的不銹鋼組織；如果穩定定元素其作用程度還不足以使鋼的元素其作用程度還不足以使鋼的Ms點降到室溫以下，點降到室溫以下，則高溫冷卻時會發生則高溫冷卻時會發生M轉變。轉變。 為了簡便起見，表明不銹鋼的實際成分和所得組織的關系，為了簡便起見，表明不銹鋼的實際成

10、分和所得組織的關系，制成制成鉻當量鉻當量 Cr-Cr-鎳當量鎳當量 NiNi圖圖（適合于（適合于Ni-CrNi-Cr系）。系）。 鋼中鐵素體形成元素折合成鉻的作用，奧氏體形成元素折合鋼中鐵素體形成元素折合成鉻的作用，奧氏體形成元素折合成鎳的作用。成鎳的作用。 NiNi =Ni+Co+0.5Mn+30C+25N+0.3Cu=Ni+Co+0.5Mn+30C+25N+0.3Cu Cr Cr =Cr+Mo+2.0Si+1.5Ti+1.75Nb+5.5Al+5V+0.75W=Cr+Mo+2.0Si+1.5Ti+1.75Nb+5.5Al+5V+0.75W 可以根據鋼的實際化學成分來估算鋼的組織可以根據鋼的

11、實際化學成分來估算鋼的組織. . Cr與與Ni狀態圖（焊后冷卻）狀態圖（焊后冷卻）n 不銹鋼的分類 根據不銹鋼的基本組織，可將它分為五類：根據不銹鋼的基本組織，可將它分為五類： M不銹鋼不銹鋼 Cr13型型（12Cr13, 20Cr13, 30Cr13, 40Cr13），）， 14Cr17Ni2 ，95Cr18。 F不銹鋼不銹鋼 06Cr11Ti, 10Cr25Mo, 008Cr27Mo。 A不銹鋼不銹鋼 12Cr18Ni9, 12Cr18Ni9Ti,06Cr19Ni10, 06Cr18Ni11Ti, 022Cr19Ni10N,12Cr18Mn9Ni5N A-F不銹鋼不銹鋼 12Cr21Ni5

12、Ti, 022Cr19Ni5Mo3Si2N 022Cr19Ni5Mo3Si2N。 沉淀硬化不銹鋼沉淀硬化不銹鋼：在奧氏體或馬氏體基體上析出金屬間化：在奧氏體或馬氏體基體上析出金屬間化合物，產生沉淀強化。合物，產生沉淀強化。05Cr17Ni4Cu4Nb, 07Cr17Ni7Al, 09Cr17Ni5Mo3N5.4 5.4 不銹耐酸鋼的腐蝕特性不銹耐酸鋼的腐蝕特性?晶間腐蝕晶間腐蝕應力腐蝕應力腐蝕點腐蝕點腐蝕 （一）奧氏體不銹鋼的晶間腐蝕（一）奧氏體不銹鋼的晶間腐蝕1. 現象現象 奧氏體不銹鋼焊接后奧氏體不銹鋼焊接后,焊縫及熱影響區焊縫及熱影響區(550-800）在許多介質中產生晶間腐蝕。在許多介

13、質中產生晶間腐蝕。 介質：熱濃硝酸（介質：熱濃硝酸（50-65%）、含銅鹽和氧化鐵的）、含銅鹽和氧化鐵的硫酸溶液、熱有機酸等硫酸溶液、熱有機酸等2. 形成原因形成原因 貧鉻理論貧鉻理論 奧氏體不銹鋼晶間腐蝕主要是晶界上析出奧氏體不銹鋼晶間腐蝕主要是晶界上析出網狀富網狀富鉻的鉻的Cr23C6引起晶界周圍基體產生貧鉻區引起晶界周圍基體產生貧鉻區，貧鉻，貧鉻區的寬度約區的寬度約10-5cm，Cr12%。在許多介質中沒在許多介質中沒有鈍化能力有鈍化能力, 貧鉻區成為微陽極而發生腐蝕。貧鉻區成為微陽極而發生腐蝕。 3. 3. 影響因素影響因素 C%：C0.03%時無晶間腐蝕時無晶間腐蝕;化學成分：化學成

14、分：加入加入Ti, Nb固固C，使奧氏體內固溶的使奧氏體內固溶的C800時時K重溶；重溶；T35%）；）； 3）采用高純度采用高純度15-25%F不銹鋼；不銹鋼；4）采用奧氏體和鐵素體（）采用奧氏體和鐵素體（50-70%）雙相鋼。雙相鋼。（三）不銹鋼的點腐蝕（三）不銹鋼的點腐蝕1. 現象現象 不銹鋼在含不銹鋼在含Cl-離子離子介質中表面會出現點狀凹坑腐蝕，稱為介質中表面會出現點狀凹坑腐蝕，稱為點腐蝕。點腐蝕。2. 主要原因主要原因 主要是表面鈍化膜的穩定性受到破壞所致。主要是表面鈍化膜的穩定性受到破壞所致。3. 影響因素影響因素 1）含有）含有Cl-、Br 等，易于產生點腐蝕等，易于產生點腐蝕

15、; 去極化作用的陽離子去極化作用的陽離子Fe3+、Cu2+等，有加速點腐蝕作用等，有加速點腐蝕作用 2）夾雜物（）夾雜物（MnS）、晶界析出相（）、晶界析出相（相）、晶界等容易發生相）、晶界等容易發生點腐蝕點腐蝕-易破壞鈍化膜的均勻性易破壞鈍化膜的均勻性 。4. 4. 預防措施預防措施1）盡可能降低介質中的）盡可能降低介質中的Cl-濃度濃度;2）選用）選用高高Cr和含和含Mo鋼種，鈍化膜穩定性提高鋼種，鈍化膜穩定性提高, 如如 Cr22Ni26Mo5Ti; Cr26Mo1; Cr26Mo4 有時用有時用Cr%+Mo%量來衡量抗點蝕指標。量來衡量抗點蝕指標。3）加入（提高）加入（提高）Ni，也可

16、提高抗點蝕能力。也可提高抗點蝕能力。4）含）含N不銹鋼的擊穿電位不銹鋼的擊穿電位B值較正，當鋼中值較正，當鋼中N0.3%，不不 發生點腐蝕。發生點腐蝕。如如 00Cr18Ni12Mo2.5N。5.5 5.5 不銹鋼種類不銹鋼種類一、鐵素體不銹鋼一、鐵素體不銹鋼 1.1.主要有三種類型：主要有三種類型： 1）Cr13型型 如如06Cr13、06Cr13Al、06Cr11Ti等；等； 2）Cr17型型 如如10Cr17、10Cr17Mo等；等； 3）Cr25-30型型 如如16Cr28N、008Cr30Mo2等。等。 基基本本特特點點含碳量含碳量15Cr時，隨時，隨Cr其脆化傾向也其脆化傾向也。在

17、。在400525長時間加熱或緩慢冷卻時，鋼就變得很脆長時間加熱或緩慢冷卻時，鋼就變得很脆, 以以475加熱為最甚原因加熱為最甚原因:在脆化在脆化T范圍內長期停留時，范圍內長期停留時，鉻有序化鉻有序化相，與母相共格相，與母相共格大內應力。大內應力。AK（3）金屬間化合物金屬間化合物相的形成相的形成 相具有高硬度，有大的體積效應，且常沿晶界相具有高硬度，有大的體積效應，且常沿晶界分布，所以使鋼產生了很大的脆性分布，所以使鋼產生了很大的脆性 二、馬氏體不銹鋼二、馬氏體不銹鋼 這類鋼主要含這類鋼主要含1218%Cr，淬火冷卻能產生，淬火冷卻能產生M。 （一）馬氏體不銹鋼的成分和組織特點（一）馬氏體不銹

18、鋼的成分和組織特點可分為三類：可分為三類： 1）Cr13型：型：12Cr13、20Cr13、30Cr13、40Cr13等等; 2）高碳高鉻鋼，如）高碳高鉻鋼，如95Cr18、90Cr18MoV等；等； 3）低碳）低碳17% Cr-2%Ni鋼，如鋼，如14Cr17Ni2。12Cr13：M+F20Cr13：M30Cr13：M40Cr13：M+K類似于類似于調質鋼調質鋼制造不銹制造不銹結構件結構件類似于類似于工具鋼工具鋼制造耐蝕制造耐蝕工具（手工具（手術刀等）術刀等）（二）馬氏體不銹鋼的熱處理特點（二）馬氏體不銹鋼的熱處理特點 常用的熱處理工藝有軟化處理、球化退火、調質處常用的熱處理工藝有軟化處理、

19、球化退火、調質處理和淬火理和淬火+ +低溫回火。低溫回火。軟軟化化處處理理軟化處理有兩種方法：軟化處理有兩種方法： 一是進行高溫回火，將鍛軋件加熱至一是進行高溫回火，將鍛軋件加熱至700800保溫保溫26小時后空冷，使馬氏體轉變為小時后空冷，使馬氏體轉變為回火索氏體。回火索氏體。 另外也可以采用完全退火。另外也可以采用完全退火。調調質質處處理理 12Cr13、20Cr13常用于結構件常用于結構件調質。因為鉻調質。因為鉻能提高抗回火性和能提高抗回火性和AC1點，所以調質回火溫度也相點，所以調質回火溫度也相應應，通常為，通常為640700。回火后應采用油冷（快?；鼗鸷髴捎糜屠洌炖洌?，因為二次回

20、火脆性。冷），因為二次回火脆性。淬淬火火低低回回 30Cr13、40Cr13常做有一定耐蝕性的工具，常做有一定耐蝕性的工具，所以采用淬火低溫回火。所以采用淬火低溫回火。T淬淬在在1000 1050，為，為減少變形，可用硝鹽分級冷卻。組織為馬氏體減少變形，可用硝鹽分級冷卻。組織為馬氏體+碳化物碳化物+少量少量AR。三、奧氏體不銹鋼三、奧氏體不銹鋼（1 1）特點）特點 與與 F 或或 M - F不銹鋼相比，不銹鋼相比， 1）有很高耐蝕性（主要在氧化性酸如有很高耐蝕性（主要在氧化性酸如HNO3）；）； 2）高塑性，易于成形（板、帶、管、絲、材）；）高塑性，易于成形（板、帶、管、絲、材）； 3）焊接性

21、能較好（無相變）；）焊接性能較好（無相變）； 4）韌性和低溫韌性好，無冷脆傾向；）韌性和低溫韌性好，無冷脆傾向； 5）可用作）可用作550熱強鋼熱強鋼（奧氏體的（奧氏體的T再再高）；高）； 6）價格貴；容易加工硬化，切削加工性不好；）價格貴；容易加工硬化，切削加工性不好； 7）導熱性差，加熱和冷卻時要注意）導熱性差，加熱和冷卻時要注意。 （2 2）主要鋼種）主要鋼種 18-8型鉻鎳型鉻鎳 奧氏體不銹鋼奧氏體不銹鋼 12Cr18Ni9, 12Cr18Ni9Ti, 06Cr18Ni18Mo2Cu2Ti 022Cr18Ni12Mo2Ti Cr-Mn-N, Cr-Ni-Mn-N型型 A或或A-F不銹鋼

22、不銹鋼 如如 12Cr17Mn9。 其中有許多復相鋼（其中有許多復相鋼（+Mo, Nb, Cu），），提高了抗晶提高了抗晶間腐蝕和抗應力腐蝕的能力。間腐蝕和抗應力腐蝕的能力。 vA A不銹鋼不銹鋼可分為組織穩定與亞穩大類可分為組織穩定與亞穩大類1 1）穩定）穩定A A不銹鋼不銹鋼 具有低的屈服強度和高的塑性、韌性，低的韌具有低的屈服強度和高的塑性、韌性，低的韌脆轉化溫度。影響其強度的因素之一是合金元素脆轉化溫度。影響其強度的因素之一是合金元素的固溶強化。的固溶強化。2 2）亞穩）亞穩A A不銹鋼不銹鋼 用來制造不銹彈簧。用來制造不銹彈簧。 可實行零下軋制（大變形量下要發生馬氏體轉可實行零下軋制

23、（大變形量下要發生馬氏體轉變），有較好的強化效果。變），有較好的強化效果。 四四. .（超）高強度不銹鋼（超）高強度不銹鋼一般在馬氏體基體上產生沉淀強化的方法。一般在馬氏體基體上產生沉淀強化的方法。+Mo, Ti, Al 形成形成 新沉淀強化相。如新沉淀強化相。如 Fe2Mo, Ni3Mo, Ni3Ti, Ni3Al等。等。根據基體和工藝，沉淀硬化不銹鋼可分為兩類：根據基體和工藝，沉淀硬化不銹鋼可分為兩類： 1) 馬氏體沉淀硬化不銹鋼馬氏體沉淀硬化不銹鋼 2) 半奧氏體沉淀硬化不銹鋼半奧氏體沉淀硬化不銹鋼 （1 1）馬氏體沉淀硬化不銹鋼馬氏體沉淀硬化不銹鋼 在在Cr17Ni6Cr17Ni6的基

24、礎上通過降的基礎上通過降CrCr增增NiNi以消除以消除 鐵素鐵素體，并加入體，并加入Mo,Al,Ti,NbMo,Al,Ti,Nb等強化元素。等強化元素。 高溫奧氏體化后發生馬氏體轉變；在高溫奧氏體化后發生馬氏體轉變；在425-600425-600范圍內時效范圍內時效，析出金屬間化合物時效強化。，析出金屬間化合物時效強化。 可在固溶處理后精加工，然后再時效強化。這類可在固溶處理后精加工，然后再時效強化。這類鋼有良好的工藝性能和低的加工費用。鋼有良好的工藝性能和低的加工費用。 存在存在475475脆性和高溫回火脆性脆性和高溫回火脆性。 （2 2）半奧氏體沉淀硬化不銹鋼半奧氏體沉淀硬化不銹鋼 在在

25、Crl7Ni7Crl7Ni7鋼的基礎上加入強化元素發展起來的。鋼的基礎上加入強化元素發展起來的。 MoMo、NiNi、AlAl等形成金屬間化合物，在等形成金屬間化合物，在MM基體上析基體上析出產生沉淀強化。鋼經固溶處理后，在出產生沉淀強化。鋼經固溶處理后，在室溫下為室溫下為奧氏體及少量鐵素體組織奧氏體及少量鐵素體組織。 這類鋼要獲得馬氏體，要通過這類鋼要獲得馬氏體，要通過熱處理（冷處理加熱處理（冷處理加大變形量變形）大變形量變形） 。 在在475475脆性和高溫回火脆性，要限制其使用溫度脆性和高溫回火脆性，要限制其使用溫度（250 12%，如如Cr13型。型。 在在氧化性硝酸氧化性硝酸中，中，

26、Cr16%，才有較高的鈍化能力，如高才有較高的鈍化能力，如高鉻不銹鋼。鉻不銹鋼。 在在稀硫酸等非氧化性酸稀硫酸等非氧化性酸中，一般的中，一般的Cr不銹鋼和不銹鋼和Cr18Ni9型型不銹鋼難以達到鈍化狀態，不耐蝕；不銹鋼難以達到鈍化狀態，不耐蝕；+Ni, Mo, Cu，提高鈍提高鈍化能力。如化能力。如1Cr18Ni12Mo2Ti, 0Cr18Ni18Mo2Cu2Ti 在在鹽酸或含鹽酸或含Cl-離子離子中，加入中，加入Mo、Cr ，形成，形成MoOCl2 保護保護膜，也可防止點腐蝕。膜，也可防止點腐蝕。 在在強有機酸強有機酸中，須在鉻（鎳）不銹鋼中加入中，須在鉻（鎳）不銹鋼中加入Mo, Cu, Mn，N等，提高鈍化能力。如等，提高鈍化能力。如 1Cr17Mn13Mo2N, 1Cr17Mn13Mo2CuN等。等。二、鋼種選擇二、鋼種選擇uCr18Ni9型奧氏體不銹鋼是用量最大的一類不銹鋼型奧氏體不銹鋼是用量最大的一類不銹鋼 （化工、（化工、石油、航空）石油、航空） 1）對）對不要求焊接的零件不要求焊接的零件，可直接選用，可直接選用 12Cr18Ni9或或06Cr18Ni9鋼；鋼； 2）焊接用鋼焊接用鋼，一種是以，一種是以Ti、Nb作作C穩定劑的穩定劑的12Cr18Ni9Ti或或