原創 材料学讲堂-01 不锈钢知识汇总讲座

mechen

網友常常忽略材料科學對焊接之重要性，需知要學好焊接其前提就是要了解材料之特特及冶金，熱處理..等相關知識與以相輔相左，方成大器。個人會陸續結合焊將講堂發表材料講堂，等到一段落再行講授DNE (SNAT)部分。

如有網友具備相關之學經歷亦請多撰稿分享所需網友，畢竟個人經整理的資料會對需要者更加實際。

舉凡發表相關教育訓練文章者，均予以評分鼓勵，望大家共勉之。

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裂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。

关于应力腐蚀破裂的原因及预防措施，主要针对的是奥氏体不锈钢的应力腐蚀问题的探讨。

一：对氯化物应力腐蚀破裂有影响的一些主要因素：

1：氯离子：浓度越低（10ppm—1500ppm），越不容易发生应力腐蚀破裂，另外也受温度及其他条件的影响。

2：应力：应力愈大愈易引起应力腐蚀破裂，环境影响也重要。

3：溶解氧：在中性环境中溶解氧或者其他氧化剂的存在，是引起应力腐蚀破裂的必要的条件。

4 ：温度：非常大，从经验上看，大约在60--70摄氏度以上出现应力腐蚀最多。

二:防护措施：

1：冷却水含氯离子的浓度，在热交换器之类设备的传热面上，由于冷却水而引起的应力腐蚀破裂，冷却水含氯离子浓度以及被冷却侧的温度高时有很大影响。

2：表面附着物：特别是对传热面的冷却侧很有害。比如在热交换器中，冷却水侧附着泥土、钙盐、生物、腐蚀产物等沉积物。流速是形成的原因之一。

3：形状，避免应力集中和焊缝的形成（焊接）。

4：残余应力：是应力腐蚀破裂原因的应力之中最主要的。主要有冷加工以及焊接时引起（愈小愈好）。焊接后采取消除应力退火

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。

关于奥氏体不锈钢的晶间腐蚀一般都是由于碳化物沿晶界析出而引起的腐蚀现象，几乎都与热处理和焊接等热影响有关系，晶界受到选择腐蚀，因此，晶粒随着其晶界腐蚀程度的加剧就会脱落下来，以至于在敲打的时候也不会发出金属声音，有些表面看无异常，一经过弯曲就会破裂。其产生的原因及防止措施简介如下：

1：晶间腐蚀敏感性  通常，产生晶间腐蚀的原因，是由于碳化物沿晶界析出时，在碳化物附件形成贫铬区的缘故。碳化物在奥氏体中的固溶度，随着温度而有大的变化，常温时固溶度很少，因此，从高温冷却的钢或者固溶处理状态的钢，再加热时固溶碳就可能形成碳化物析出，这种碳化物是M23C6型（M:Cr、Fe），比基体的Cr含量高得多，因此，随着碳化物的析出而又得不到Cr的扩散补充时，则在析出碳化物的附件区域就会贫铬，这时由于环境条件而使得只有晶界部位受到选择腐蚀。晶界含Cr浓度随着敏化时间的延长而变化（扩散）。有敏化危险的温度实际上大约在500-800摄氏度出现，保持在这一温度范围，或者由较高温度通过这一温度范围进行缓冷是，不锈钢即敏化。晶间腐蚀的敏感性主要取决于钢的成分，特别是C含量、加热温度和时间。稳定化钢种，其目的在于减低C的固溶度，并且在比敏化危险温C能够同N置换，MC型碳化物，多在晶内析出，因此Cr的扩散补充也比较快。

2：防止措施   方向在于防止沿晶界的碳化物析出，为了达到此目的，必须选择适宜的钢种、热处理制度和焊接方法等，影响如下：

环境：大多是酸性环境

固溶处理：快速冷却，抑制碳化物的析出。

消除应力退火：应力影响很大，但是目前为止比较难于制定应力消除程度与耐晶间腐蚀性能协调的热处理制度。

TTS图：选择钢种和热处理制度时参考。

焊接区：焊接热影响区最容易沿晶界析出碳化物，通常根据腐蚀环境和焊接方法选择合适的钢种，若可能的话，采取固溶处理很有效。

热加工成型制件：原则上必须采取固溶处理

超低碳型钢种（304L\316L）及稳定化钢种（添加Ti、Nb、Ta）可提高其晶间腐蚀，一般来说，耐晶间腐蚀以稳定化钢种为佳，但超低碳L级有容易加工和处理的优点。

合金元素的影响：在含铬高的钢中加入Mo是有益的，但是Ni和Cu含量较多时则容易沿晶界析出碳化物

铁素体不锈钢的晶间腐蚀#SinaEditor_Temp_FontName   原理同奥氏体的一样，但是铁素体不锈钢焊接区的晶间腐蚀是一个问题，铁素体的晶间腐蚀是由于大约在900度以上的高温加热引起的现象，同奥氏体不锈钢的情况不一样。比如在焊接接热影响区，304是在稍许离开焊缝的地点产生晶体间腐蚀，而430是在仅靠焊缝的部位产生腐蚀。

对于防护措施，对已敏化的材料科通过约800摄氏度的热处理加以改善去耐晶间腐蚀性，在钢的成分上，尽量降低C、N的含量，同时添加Ti、Nb等稳定化元素是有效的。

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。

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。

蚀孔的最大深度与平均腐蚀深度的比值称为点蚀系数。此值越大，点蚀越严重。一般蚀孔常被腐蚀产物覆盖，不易发现，因此往往由于腐蚀穿孔，造成突然性事故。

缝隙腐蚀是两个连接物之间的缝隙处发生的腐蚀，金属和金属间的连接（如铆接、螺栓连接）缝隙、金属和非金属间的连接缝隙，以及金属表面上的沉积物和金属表面之间构成的缝隙，都会出现这种局部腐蚀。

许多金属材料都能产生点蚀和缝隙腐蚀。不锈钢、铝合金等靠钝化来增强耐蚀性的金属材料，也易产生点蚀和缝隙腐蚀。许多环境介质都能引起金属材料的点蚀和缝隙腐蚀，尤其是含氯离子的溶液。

点腐蚀 金属表面的电化学不均匀性是导致点蚀的重要原因。金属材料的表面或钝化膜等保护层中常显露出某些缺陷或薄弱点(如夹杂物、晶界、位错等处)，这些地方容易形成点蚀核心。金属浸入含有某些活化阴离子（特别是氯离子）的溶液中，只要腐蚀电位达到或超过点蚀电位（或称击穿电位），就能产生点蚀。这是由于钝化膜在溶液中处于溶解以及可再度形成的动平衡状态,而溶液中的活化阴离子(氯离子)会破坏这种平衡,导致金属的局部表面形成微小蚀点，并发展为点蚀源。例如不锈钢表面的硫化物夹杂的溶解，暴露出钢的新鲜表面，就会形成点蚀源。

点蚀的发展是一个在闭塞区内的自催化过程。在有一定闭塞性的蚀孔内,溶解的金属离子浓度大大增加,为保持电荷平衡，氯离子不断迁入蚀孔，导致氯离子富集。高浓度的金属氯化物水解，产生氢离子，由此造成蚀孔内的强酸性环境，又会进一步加速蚀孔内金属的溶解和溶液氯离子浓度的增高和酸化。蚀孔内壁处于活化状态（构成腐蚀原电池的阳极），而蚀孔外的金属表面仍呈钝态（构成阴极），由此形成了小阳极／大阴极的活化-钝化电池体系，使点蚀急速发展。

缝隙腐蚀 是由缝隙内外介质间物质移动困难所引起的。为此，缝隙的宽度应足够狭小。它的发展也是一个闭塞区内的自催化过程。例如处在海水等介质中的钢制零部件，在缝隙腐蚀的起始阶段，缝隙内外的金属表面都发生以氧还原作为阴极反应的腐蚀过程。由于缝隙内的溶氧很快被消耗掉，而靠扩散补充又十分困难，缝隙内氧还原的阴极反应逐渐停止，缝隙内外建立了氧浓差电池。缝隙外大面积上进行的氧还原阴极反应，则促进缝隙内金属阳极溶解。缝隙内金属溶解产生过剩的金属阳离子(Me+),又使缝隙外的氯离子迁入缝隙内以保持电平衡。随之而发生的金属离子水解，使缝隙内酸度增高，又加速了金属的阳极溶解（见图)。

点腐蚀和缝隙腐蚀

点腐蚀和缝隙腐蚀的比较 点腐蚀和缝隙腐蚀两者的发展阶段的机理是一致的，但是它们的诱发机理和发生过程则有所不同。前者是由于材料的钝态或保护层的局部破坏所引起,通过形成点蚀源而发展起来的;后者则是因介质的电化学不均匀性所引起，腐蚀一开始就在缝隙条件下受闭塞电池的作用。从电极电位来看，发生和发展缝隙腐蚀的电极电位比点蚀更低。从介质来看，缝隙腐蚀在不含氯离子的溶液中也会发生，而点蚀则多在含有特殊的活性阴离子条件下才会发生。

溶液中的氯离子浓度对两种腐蚀有很大的影响，通常是氯离子浓度愈高，点蚀和缝隙腐蚀发生的可能性也愈大，而且发展的速度也愈快。其他卤族离子也有类似的影响。一般溶液的温度愈高，产生点蚀和缝隙腐蚀的危险性也愈大。

防止措施 提高材料耐点蚀性的重要措施是添加适当的合金元素（如在不锈钢中添加钼），采取钝化处理及适当的热处理，降低金属材料中的夹杂物含量。防止缝隙腐蚀的主要措施是在结构中要避免缝隙和能造成表面沉积的几何形状，要尽量用焊接代替铆接，采用非吸湿性材料做垫圈。电化学保护对防止点蚀和缝隙腐蚀都有效。采用合适的耐点蚀和耐缝隙腐蚀的金属材料也是防止点蚀与缝隙腐蚀的有效措施。

此文章撰寫篇幅極大，喜歡者請自行下載文檔參照之。

材料学讲堂-01  不锈钢知识汇总讲座.rar(51.69KB)

myyeh

好资料，感谢楼主分享！

beifenggandelei

楼主又开讲了，不错哦，支持

壞壞小少爺

哈哈，感谢mechen，太棒了

book1013

好资料，感谢楼主分享！

yuwen

新年新气象，新年新课堂，谢谢mechen的分享

我在听

材料确实非常重要，谢谢楼主

liuyu1029

好资料，感谢楼主分享！

hgh0243

此文章撰寫篇幅極大，喜歡者請自行下載文檔參照之。感谢感谢。新年快乐。。

草地飞龙

新年快乐！
感谢分享，辛苦了！