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不锈钢为什么也生锈  

2010-10-21 11:43:17|  分类: 不锈钢水槽 |  标签: |举报 |字号 订阅

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不锈钢从字面理解就是不生锈的钢,在工作、生活中常常会听到大家对不锈钢生不生锈的争论,也常常发现不锈钢制品生锈,于是大家就说即然是不锈钢那当然就是不生锈的,生锈的就不是不锈钢或是假冒的不锈钢。当然这样的说法有一定的道理,现在不良厂家到处都是,但这中说法并不完整,其时不锈钢也要生锈。生锈主要是铁元素与空气中的氧气或二氧化碳溶解于水中,产生氧化或电解的反应,形成氧化铁、氢氧化铁、碱式碳酸铁等成分的过程。不锈钢是在一般碳素钢中添加一定含量的铬元素冶炼制成的。不锈钢之所以具有不锈性,关键是由于钢中含有铬这种元素。铬在腐蚀介质的作用下,钢件表面生成一层坚固致密的氧化物膜,称作“钝化膜”。这层膜使金属与外界的介质隔离,阻止金属被进一步腐蚀。并且还有自我修复的能力,如果一旦遭到破坏,钢中的铬会与介质中的氧重新生成钝化膜,继续起保护作用。不锈钢的不锈性,还与使用环境有关,不同的环境,要使用含铬量不同的不锈钢。含铬量的高低是决定不锈钢性能的根本因素。据悉欧美等国标准规定铬含量最低不能小于10.5%,日本规定是11%,我国为12%。
       因此不锈钢只是对生锈这种现象有阻止的功效,但不能完全防止,不锈钢在一定的条件下也会生锈的。不锈钢具有抵抗大气氧化的能力(即不锈性),同时也具有在含酸、碱、盐的介质中抵抗腐蚀的能力(即耐蚀性)。但其抗腐蚀能力的大小是随其钢质本身化学组成、加互状态、使用条件及环境介质类型而改变的。如304钢管,在干燥清洁的大气中,有绝对优良的抗锈蚀能力,但将它移到海滨地区,在含有大量盐份的海雾中,很快就会生锈了;而316钢管则表现良好。因此,不是任何一种不锈钢,在任何环境下都能耐腐蚀, 不生锈的。不锈钢是靠其表面形成的一层极薄而坚固细密的稳定的富铬氧化膜(防护膜),防止氧原子的继续渗入、继续氧化,而获得抗锈蚀的能力。一旦有某种原因,这种薄膜遭到了不断地破坏,空气或液体中氧原 子就会不断渗入或金属中铁原子不断地析离出来,形成疏松的氧化铁,金属表面也就受到不断地锈蚀。这种表面膜受到破坏的形式很多,日常生 活中多见的有如下几种:1、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;2、不锈钢表面粘附有机物汁液(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;3、不锈钢表面粘附含有酸、碱、盐类物质(如装修墙壁的碱水、石 灰水喷溅),引起局部腐蚀;4、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。以上情况均可造成不锈钢表面防护膜的破坏引发锈蚀。所以,为确保金属表面永久光亮,不被锈蚀,我们建议: 1、必须经常对装饰不锈钢表面进行清洁擦洗,去除附着物,消除引发修饰的外界因素;2、海滨地区要使用316材质不锈钢,316材质能抵抗海水腐蚀;3、市场上有些不锈钢管化学成分不能符合相应国家标准,达不到304 材质要求。因此也会引起生锈,这就需要用户认真选择有信誉厂家的产品。
       不锈钢的耐蚀性能:金属的腐蚀,按机理可分为特理腐蚀、化学腐蚀与电化学腐蚀三种。生活实际、工程实际中的金属腐蚀,绝大多数都属于电化学腐蚀。应力腐蚀开裂(SCC):是指承受应力的合金在腐蚀性环境中由于烈纹的扩展而互生失效的一种通用术语。应力腐蚀开裂具有脆性断口形貌,但它也可能发生于韧性高的材料中。发生应力腐蚀开裂的必要条件是要有拉应力(不论是残余应力还是外加应力,或者两者兼而有之)和特定的腐蚀介质存在。型纹的形成和扩展大致与拉应力方向垂直。这个导致应力腐蚀开裂的应力值,要比没有腐蚀介质存在时材料断裂所需要的应力值小得多。在微观上,穿过晶粒的裂纹称为穿晶裂纹,而沿晶界扩图的裂纹称为沿晶裂纹,当应力腐蚀开裂扩展至其一深度时(此处,承受载荷的材料断面上的应力达到它在空气中的断裂应力),则材料就按正常的裂纹(在韧性材料中,通常是通过显微缺陷的聚合)而断开。因此,由于应力腐蚀开裂而失效的零件的断面,将包含有应力腐蚀开裂的特征区域以及与已微缺陷的聚合相联系的“韧窝”区域。点腐蚀:点腐蚀是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。晶间腐蚀:晶粒间界是结晶学取向不同的晶粒间紊乱错合的界城,因而,它们是钢中各种溶质元素偏析或金属化合物(如碳化物和δ相)沉淀析出的有利区城。因此,在某些腐蚀介质中,晶粒间界可能先行被腐蚀乃是不足为奇的。这种类型的腐蚀被称为晶间腐蚀,大多数的金属和合金在特定的腐蚀介质中都可能呈现晶间腐蚀。晶间腐蚀是一种有选择性的腐蚀破坏,它与一般选择性腐蚀不同之处在于,腐蚀的局部性是显微尺度的,而宏观上不一定是局部的。缝隙腐蚀:是指在金属构件缝隙处发生斑点状或溃疡形的宏观蚀坑,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。这样的缝隙可以在金属与金属或金属与非金属的接合处形成,例如,在与铆钉、螺栓、垫片、阀座、松动的表面沉积物以及海生物相接烛之处形成。全面腐蚀:是用来描述在整个合金表面上以比较均勺的方式所发生的腐蚀现象的术语。当发生全面腐蚀时,村料由于腐蚀而逐渐变薄,甚至材料腐蚀失效。不锈钢在强酸和强碱中可能呈现全面腐蚀。全面腐蚀所引起的失效问题并不怎么令人担心,因为,这种腐蚀通常可以通过简单的浸泡试验或查阅腐蚀方面的文献资料而预测它。均匀腐蚀:是指接触腐蚀介质的金属表面全部产生腐蚀的现象。根据不同的使用情况对耐蚀提出不同的指标要求,一般可分为两大类:1、不锈钢 指在大气及弱腐蚀介质中耐蚀的钢。腐蚀速率小于0.01mm/年的,认为是"完全耐蚀";腐蚀速率小于0.1mm/年的,认为是"耐蚀"的。 2、耐蚀钢 指在各种强烈腐蚀介质中能耐蚀的钢。
       各种不锈钢的耐腐蚀性能 304 是一种通用性的不锈钢,它广泛地用于制作要求良好综合性能(耐腐蚀和成型性)的设备和机件。301 不锈钢在形变时呈现出明显的加工硬化现象,被用于要求较高强度的各种场合。 302 不锈钢实质上就是含碳量更高的304不锈钢的变种,通过冷轧可使其获得较高的强度。 302B 是一种含硅量较高的不锈钢,它具有较高的抗高温氧化性能。 303和303Se 是分别含有硫和硒的易切削不锈钢,用于主要要求易切削和表而光浩度高的场合。 303Se不锈钢也用于制作需要热镦的机件,因为在这类条件下,这种不锈钢具有良好的可热加工性。 304L 是碳含量较低的304不锈钢的变种,用于需要焊接的场合。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)。 304N 是一种含氮的不锈钢,加氮是为了提高钢的强度。 305和384 不锈钢含有较高的镍,其加工硬化率低,适用于对冷成型性要求高的各种场合。308 不锈钢用于制作焊条。309、310、314及330 不锈钢的镍、铬含量都比较高,为的是提高钢在高温下的抗氧化性能和蠕变强度。而30S5和310S乃是309和310不锈钢的变种,所不同者只是碳含量较低,为的是使焊缝附近所析出的碳化物减至最少。330不锈钢有着特别高的抗渗碳能力和抗热震性. 316和317 型不锈钢含有铝,因而在海洋和化学工业环境中的抗点腐蚀能力大大地优于304不锈钢。其中,316型不锈钢由变种包括低碳不锈钢316L、含氮的高强度不锈钢316N以及合硫量较高的易切削不锈钢316F。 321、347及348 是分别以钛,铌加钽、铌稳定化的不锈钢,适宜作高温下使用的焊接构件。348是一种适用于核动力工业的不锈钢,对钽和钻的合量有着一定的限制。

 

在不锈钢中的主要作用在于它改变了钢的晶体结构。在不锈钢中增加镍的一个主要原因就是形成奥氏体晶体结构,从而改善诸如可塑性、可焊接性和韧性等不锈钢的属性,所以镍被称为奥氏体形成元素。普通碳钢的晶体结构称为铁氧体,呈体心立方(BCC)结构,加入镍,促使晶体结构从体心立方(BCC) 结构转变为面心立方(FCC)结构,这种结构被称为奥氏体。然而,镍并不是唯一具有此种性质的元素。常见的奥氏体形成元素有:镍、碳、氮、锰、铜。这些元素在形成奥氏体方面的相对重要性对于预测不锈钢的晶体结构具有重要意义。目前,人们已经研究出很多公式来表述奥氏体

形成元素的相对重要性,最著名的是下面的公式:

 

     奥氏体形成能力=Ni%+30C%+30N%+0.5Mn%+0.25Cu%

 

     从这个等式可以看出:碳是一种较强的奥氏体形成元素,其形成奥氏体的能力是镍的30倍,但是它不能被添加到耐腐蚀的不锈钢中,因为在焊接后它会造成敏化腐蚀和随后的晶间腐蚀问题。氮元素形成奥氏体的能力也是镍的30倍,但是它是气体,想要不造成多孔性的问题,只能在不锈钢中添加数量有限的氮。添加锰和铜会造成炼钢过程中耐火生命减少和焊接的问题。

 

     从镍等式中可以看出,添加锰对于形成奥氏体并不非常有效,但是添加锰可以使更多的氮溶解到不锈钢中,而氮正是一种非常强的奥氏体形成元素。在200系列的不锈钢中,正是用足够的锰和氮来代替镍形成100%的奥氏体结构,镍的含量越低,所需要加入的锰和氮数量就越高。例如在201型不锈钢中,只含有4.5%的镍,同时含有0.25%的氮。由镍等式可知这些氮在形成奥氏体的能力上相当于7.5%的镍,所以同样可以形成100%奥氏体结构。这也是200系列不锈钢的形成原理。在有些不符合标准的200系列不锈钢中,由于不能加入足够数量的锰和氮,为了形成100%的奥氏体结构,人为的减少了铬的加入量,这必然导致了不锈钢抗腐蚀能力的下降。

 

     在不锈钢中,有两种相反的力量同时作用:铁素体形成元素不断形成铁素体,奥氏体形成元素不断形成奥氏体。最终的晶体结构取决于两类添加元素的相对数量。铬是一种铁素体形成元素,所以铬在不锈钢晶体结构的形成上和奥氏体形成元素之间是一种竞争关系。因为铁和铬都是铁素体形成元素,所以400系列不锈钢是完全铁素体不锈钢,具有磁性。在把奥氏体形成元素-镍加入到铁-铬不锈钢的过程中,随着镍成分增加,形成的奥氏体也会逐渐增加,直至所有的铁素体结构都被转变为奥氏体结构,这样就形成了300系列不锈钢。如果仅添加一半数量的镍,就会形成50%的铁素体和50%的奥氏体,这种结构被称为双相不锈钢。

 

     400系列不锈钢是一种铁、碳合铬的合金。这种不锈钢具有马氏体结构和铁元素,因此具有正常的磁特性。400系列不锈钢具有很强的抗高温氧化能力,而且与碳钢相比,其物理特性和机械特性都有进一步的改善。大多数400系列不锈钢都可以进行热处理。

 

     300系列不锈钢是一种含有铁、碳、镍和铬的合金材料,一种无磁性不锈钢材料,比400系列不锈钢具有更好的可锻特性。由于300系列不锈钢的奥氏体结构,因此它在许多环境中具有很强的抗腐蚀性能,具有很好的抗金属超应力引起的腐蚀所造成的断裂的性能,而且其材料特性不受热处理的影响。

 

通常奥氏体型的304材质,一般来讲是无磁或弱磁的,但因冶炼造成化学成分波动或加工状态不同也可能出现磁性,但这不能认为是冒牌或不合格,这是什么原因呢?

 

奥氏体是无磁或弱磁性,而马氏体或铁素体是带磁性的,由于冶炼时成分偏析或热处理不当,会造成奥氏体304不锈钢中少量马氏体或铁素体组织。这样,304不锈钢中就会带有微弱的磁性。

 

另外,304不锈钢经过冷加工,组织结构也会向马氏体转化,冷加工变形度越大,马氏体转化越多,钢的磁性也越大。如同一批号的钢带,生产Φ76管,无明显磁感,生产Φ9.5管。因泠弯变形较大磁感就明显一些,生产方矩形管因变形量比圆管大,特别是折角部分,变形更激烈磁性更明显。

 

要想完全消除上述原因造成的304钢的磁性,可通过高温固溶处理开恢复稳定奥氏体组织,从而消去磁性。

 

特别要提出的是,因上面原因造成的304不锈钢的磁性,与其他材质的不锈钢,如430、碳钢的磁性完全不是同一级别的,也就是说304钢的磁性始终显示的是弱磁性。

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