不锈钢的耐腐蚀性受多种因素影响,这些因素相互作用,共同决定了不锈钢在不同环境下的抗腐蚀能力。以下是对影响不锈钢耐腐蚀性的主要因素的详细归纳:
一、化学成分
铬(Cr)含量:
铬是不锈钢中重要的合金元素,其含量直接影响不锈钢的耐腐蚀性。
当铬含量达到10.5%以上时,不锈钢表面能形成一层致密的氧化膜(钝化膜),有效阻止氧气和其他腐蚀性介质的侵入,从而显著提高耐腐蚀性。
铬含量越高,钝化膜越稳定,耐腐蚀性越强。例如,304不锈钢的铬含量为18%~20%,而316不锈钢的铬含量为16%~18%,但316不锈钢通过添加钼元素进一步提高了耐腐蚀性。
镍(Ni)含量:
镍能稳定奥氏体组织,提高不锈钢的韧性和耐蚀性。
镍含量增加,不锈钢的耐腐蚀性,尤其是耐氯离子腐蚀的能力会增强。例如,316不锈钢的镍含量比304不锈钢高,因此更适合在海洋环境或含氯离子的介质中使用。
钼(Mo)含量:
钼能显著提高不锈钢在还原性介质(如硫酸、盐酸)和含氯离子环境中的耐腐蚀性。
钼与铬协同作用,增强钝化膜的稳定性,提高不锈钢的抗点蚀和缝隙腐蚀能力。例如,316L不锈钢添加了2%~3%的钼,使其在海水和化工介质中的耐腐蚀性优于304不锈钢。
碳(C)含量:
碳是不锈钢中的有害元素,它会与铬形成碳化铬(Cr23C6),导致铬在晶界处贫化,降低不锈钢的耐腐蚀性。
低碳不锈钢(如304L、316L)通过降低碳含量,减少了碳化铬的形成,从而提高了耐腐蚀性。
其他合金元素:
如氮(N)、铜(Cu)、硅(Si)等,也能在一定程度上提高不锈钢的耐腐蚀性。例如,氮能提高不锈钢的强度和耐腐蚀性,铜能增强不锈钢在稀硫酸中的耐腐蚀性。
二、组织结构
晶粒大小:
细晶粒不锈钢的耐腐蚀性优于粗晶粒不锈钢。因为细晶粒组织能减少晶界面积,降低碳化铬在晶界处的析出倾向,从而减少晶间腐蚀的风险。
相组成:
奥氏体不锈钢(如304、316)具有良好的耐腐蚀性,因为奥氏体组织能稳定钝化膜。
铁素体不锈钢(如430)和马氏体不锈钢(如410)的耐腐蚀性相对较差,因为它们的组织结构不利于钝化膜的形成和稳定。
三、环境因素
介质类型:
不同介质对不锈钢的腐蚀性不同。例如,氧化性介质(如硝酸)对不锈钢的腐蚀性较弱,而还原性介质(如硫酸、盐酸)和含氯离子介质(如海水)对不锈钢的腐蚀性较强。
介质浓度:
介质浓度越高,对不锈钢的腐蚀性越强。例如,高浓度的盐酸对不锈钢的腐蚀性远高于低浓度的盐酸。
温度:
温度升高会加速腐蚀反应速率,降低不锈钢的耐腐蚀性。例如,在高温下,不锈钢的钝化膜可能变得不稳定,导致腐蚀加剧。
pH值:
pH值对不锈钢的耐腐蚀性也有显著影响。在酸性或碱性环境中,不锈钢的钝化膜可能受到破坏,导致腐蚀加剧。
氧化还原电位:
氧化还原电位反映了介质的氧化还原性质。在氧化性介质中,不锈钢容易形成钝化膜,耐腐蚀性较强;而在还原性介质中,钝化膜可能受到破坏,耐腐蚀性减弱。