所有金屬在大氣中都可與氧進(jìn)行反應(yīng)在表面形成氧化膜,而普通碳鋼上形成的氧化鐵繼續(xù)進(jìn)行氧化,使銹蝕不斷擴(kuò)大,最終形成孔洞??梢岳糜推峄蚰脱趸慕饘龠M(jìn)行電鍍來保護(hù)碳鋼表面,但這種保護(hù)層是一種薄膜,如果保護(hù)層被破壞,下面的鋼便又開始銹蝕。不銹鋼不銹蝕與鋼中的鉻含量有關(guān):鋼中鉻添加量達(dá)到12%時,在大氣中,不銹鋼表面生成了一層鈍化的、致密的富鉻氧化物而保護(hù)表面,防止進(jìn)一步再氧化。這種氧化層極薄,透過它可以看到鋼表面的自然光澤,使不銹鋼具有獨(dú)特的表面。如果鉻薄膜一旦破壞,鋼中的鉻與大氣中的氧重新生成鈍化膜,繼續(xù)起保護(hù)作用。
在一些特殊環(huán)境條件下,不銹鋼也會出現(xiàn)某些局部腐蝕而失效,但不銹鋼與碳鋼不同,不會出現(xiàn)均勻腐蝕而失效,因此“腐蝕余量”對不銹鋼來說沒有意義。不銹鋼的局部腐蝕的形式如下:
1. 孔蝕(點(diǎn)蝕)與縫隙腐蝕
點(diǎn)蝕和縫隙腐蝕很相似,造成這種腐蝕的因素也基本相同。出現(xiàn)點(diǎn)蝕是因?yàn)椴讳P鋼表面雜質(zhì)、污物或有缺陷的部位鈍化膜破壞而形成??p隙蝕發(fā)生在有縫隙的部位(如常見的縫隙有與墊片的連接處,有氧化鐵皮或有生物附著物的地方和金屬搭接處),在腐蝕介質(zhì)的作用下縫隙內(nèi)以裂縫形式出現(xiàn)的腐蝕。這兩種腐蝕在一定的介質(zhì)條件下特別是含有氯化物離子存在都會發(fā)生。不銹鋼的耐點(diǎn)蝕和縫隙腐蝕性能主要由鉻、鉬和氮含量決定,用PRE值(耐點(diǎn)蝕當(dāng)量值或點(diǎn)蝕指數(shù))=%Cr+3.3%x%Mo+16%N來比較耐蝕性的大?。ó?dāng)PRE>40時,抗局部腐蝕性能良好,這些新鋼號的不銹鋼常被稱為超級奧氏體、超級雙相鋼)。溶液中氯離子濃度及溫度愈高愈易發(fā)生腐蝕,氧或容易還原的離子(如:鐵離子)和pH值都會造成影響。在中、高速流動的水溶液中不容易發(fā)生腐蝕。根據(jù)環(huán)境,為防止孔蝕和縫隙腐蝕發(fā)生,應(yīng)選擇含高鉻、鎳、鉬、氮的不銹鋼,并盡量減少上述溶液停滯的死角。
2. 晶間腐蝕
如果奧氏體不銹鋼的碳含量(0.03%~0.08%)被加熱到425~815℃,晶界處有碳化鉻析出(“敏化”),造成晶粒周圍的貧鉻區(qū)在某些特定的腐蝕介質(zhì)中沿著材料的晶界產(chǎn)生的腐蝕,能使晶粒間喪失結(jié)合力。在退火、消除應(yīng)力或成型和焊接過程中,加熱時操作不當(dāng)會使不銹鋼處于這一臨界溫度范圍。解決敏化的方法有兩種,一種是用低碳合金,如S30403(304L不銹鋼),另一種是用鈦或鈮進(jìn)行“穩(wěn)定化處理”,如S32100(321不銹鋼)和S34700(347不銹鋼).在第一種情況下,合金中的碳不夠形成大量的碳化鉻,不會造成晶界處鉻的減少。第二種情況下,碳先與鈦或鈮結(jié)合。近年來,隨著AOD和VOD工藝的采用,低碳不銹鋼已很容易生產(chǎn),已經(jīng)取代了用于焊接加工的穩(wěn)定化合金。
3. 應(yīng)力腐蝕斷裂(在靜拉應(yīng)力作用下,金屬的腐蝕破壞一般稱為應(yīng)力腐蝕斷裂,而在交變應(yīng)力作用下,金屬的破壞則稱為腐蝕疲勞)
奧氏體不銹鋼的應(yīng)力腐蝕斷裂是在氯離子、超過臨界值的拉應(yīng)力(包括內(nèi)應(yīng)力)和高溫三項(xiàng)同時具備條件下,在金屬材料中產(chǎn)生裂紋的一種局部腐蝕,裂紋的出現(xiàn)通常不可預(yù)料。這種現(xiàn)象通常通過正確選材得以控制,雖然改變環(huán)境和減少殘余應(yīng)力有時也可以奏效。一般來說,鐵素體和雙相不銹鋼耐應(yīng)力腐蝕裂紋的性能更好,而且經(jīng)常是替代品。奧氏體鐵-鎳-鉻合金中的鎳含量超過20%時耐腐蝕性也有所提高。其實(shí),鉻含量17%~23%、鎳含量17%~26%的6%~7%鉬合金具有很好的耐應(yīng)力腐蝕裂紋的性能。但是要想使奧氏體合金真正免除應(yīng)力腐蝕裂紋,鎳含量必須在35%以上。
4. 電偶腐蝕(接觸腐蝕,電化學(xué)腐蝕)
兩種電極電位不同的金屬或合金相接觸并放入電解質(zhì)溶液中時,即可發(fā)現(xiàn)電位較低的金屬腐蝕加速,這種現(xiàn)象稱為電偶腐蝕。對不銹鋼來說是鈍性的,一般不是個問題,但是會影響到與其接觸的其他金屬。電位序或電化學(xué)活性系列,標(biāo)準(zhǔn)氫的活性被定為0,其他材料都與氫進(jìn)行對比,判定是活性(負(fù)電位的金屬)或鈍性(正電位的金屬)。在電解液中,與接觸的鈍性的金屬的較活性金屬(陽極)首先腐蝕。如果活性金屬的表面積小于與其接觸的材料,腐蝕率會非常高,碳鋼螺栓或鉚釘與不銹鋼板相接觸的情況就是這樣,碳鋼螺栓會加速腐蝕。合理的設(shè)計(jì)或電絕緣都可以避免電偶腐蝕。
5. 微生物腐蝕(細(xì)菌腐蝕)
微生物的新陳代謝可為電化學(xué)腐蝕創(chuàng)造條件,參與或促進(jìn)金屬的電化學(xué)腐蝕稱為微生物腐蝕。在海水、未消毒停滯的原水、污泥區(qū)、缺氧的土壤中,由于厭氧菌和硫桿菌等細(xì)菌產(chǎn)生硫化氫、二氧化碳和酸腐蝕金屬,細(xì)菌可參與腐蝕的電化學(xué)過程造成金屬構(gòu)件的腐蝕,海洋生物在金屬表面的堆積可形成縫隙而引起縫隙腐蝕,由于未清除焊接回火色等等都會形成微生物腐蝕。
6. 氣泡腐蝕(由氣泡爆裂造成鈍化膜破裂)、沖刷腐蝕(由高流速和介質(zhì)中夾帶的固體粒子造成鈍化膜破裂)等等。