佛山市欣德寶不銹鋼有限公司
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不銹鋼是指在空氣或接近中性介質(zhì)中不生銹的鋼;耐腐蝕鋼是指在某些化學(xué)腐蝕介質(zhì)中,如酸、堿、鹽及其溶液、海水和一些腐蝕性氣體中,不會(huì)產(chǎn)生或幾乎不會(huì)產(chǎn)生腐蝕的鋼;耐熱鋼是指在高溫環(huán)境中能抵抗氧化和蠕變的鋼。當(dāng)然,一般的耐腐蝕鋼和耐熱鋼都具有不銹鋼的特性。傳統(tǒng)上,不銹鋼和耐腐蝕鋼通常被稱(chēng)為不銹鋼。
1、 不銹鋼的定義和范圍
根據(jù)中國(guó)鋼的分類(lèi)標(biāo)準(zhǔn),鋼被定義為“以鐵(Fe)為主要元素,碳(C)含量通常低于2%,以及其他元素的材料”。根據(jù)本標(biāo)準(zhǔn),不銹鋼、耐腐蝕鋼、抗氧化鋼和耐熱鋼根據(jù)其主要性能和使用特性被分為一類(lèi),統(tǒng)稱(chēng)為“不銹鋼、抗腐蝕鋼和耐熱鋼材”。然而,嚴(yán)格來(lái)說(shuō),它們是不同的。
在本書(shū)中,為了解釋問(wèn)題和考慮習(xí)慣,不銹鋼被定義為含有適當(dāng)碳、超過(guò)12%鉻(Cr)或其他合金元素的含鐵合金,這些合金元素可以在含有腐蝕性介質(zhì)的液體或氣體中抗腐蝕。
2、 不銹鋼的耐腐蝕機(jī)理
不銹鋼的防銹性和耐腐蝕性是指其對(duì)周?chē)h(huán)境的腐蝕性,或其對(duì)腐蝕的遲鈍程度,稱(chēng)為鈍化。有許多理論可以解釋不銹鋼的鈍化現(xiàn)象。例如,從化學(xué)理論來(lái)看,認(rèn)為不銹鋼是耐腐蝕的,因?yàn)楫?dāng)它與介質(zhì)作用時(shí),表面上會(huì)有一層主要由Cr2O3組成的膜,即鈍化膜。這部電影的特點(diǎn)是很薄。當(dāng)鉻含量大于10.5%時(shí),通常只有幾微米;該膜的比重大于金屬基底的比重,表明該膜非常致密。因此,該膜很難被腐蝕介質(zhì)破壞,從而有效地保護(hù)金屬基底免受腐蝕。另一個(gè)例子是電子理論,認(rèn)為金屬的被動(dòng)性與未填充的電子層有關(guān)。在鐵鉻合金的不銹鋼中,由于鉻試圖吸收電子,鐵(Fe)原子由于電子的損失而鈍化。其他人認(rèn)為,當(dāng)鐵鉻合金固溶體中的鉻含量達(dá)到1/8(即12.5%)時(shí),其電極電勢(shì)可以從-0.56V跳到+0.2V。該電極電勢(shì)的增加使金屬在電解質(zhì)中更穩(wěn)定,即不易被腐蝕。
上述理論基于鉻的作用。事實(shí)上,由于材料所處環(huán)境的多樣性和復(fù)雜性,有必要在某些條件下添加其他合金元素,以提高和鞏固材料的耐腐蝕性。例如,鉬(Mo)的加入會(huì)使腐蝕產(chǎn)物MoO2接近基體,并促進(jìn)基體的鈍化;銅(Cu)的加入使不銹鋼表面的鈍化膜含有CuO,CuO不與腐蝕介質(zhì)反應(yīng),從而提高了材料的耐腐蝕性;由于鈍化膜中Cr2N的富集,氮(N)的添加將增加鈍化膜中的鉻濃度并提高材料的耐腐蝕性。
需要指出的是,不銹鋼的耐腐蝕性是有條件的。不銹鋼的腐蝕效果因介質(zhì)類(lèi)型、濃度、溫度、壓力、流速等因素的不同而不同。因此,不銹鋼是相對(duì)不銹的,不是絕對(duì)的、萬(wàn)能的。這必須引起我們的注意。
3、 不銹鋼的發(fā)展
如今,不銹鋼作為一種重要的材料已受到重視。然而,直到現(xiàn)在,不銹鋼的歷史還不到一百年。1931年,英國(guó)Brearley早就報(bào)道過(guò),碳含量為0.4%的鋼在含有9%~16%的鉻時(shí)具有良好的耐腐蝕性。這可能是最早的不銹鋼。隨后,德國(guó)Strauss和Maurer等人通過(guò)研究指出,含有足夠鉻和鎳(Ni)的鋼具有抗氧化和耐酸的作用。1917年至1918年,法國(guó)根據(jù)雪弗納德的研究成果,生產(chǎn)了含有10%~15%鉻和20%~40%鎳的特殊鋼。
美國(guó)也對(duì)含鉻鋼的耐腐蝕性進(jìn)行了研究并推廣使用含鉻不銹鋼。這些都是我們目前所熟知的鐵素體不銹鋼、馬氏體不銹鋼和奧氏體不銹鋼的前期成就。
在不銹鋼的使用中,人們逐漸感覺(jué)到了不足。奧氏體不銹鋼耐腐蝕性好,但強(qiáng)度較低,不能通過(guò)熱處理調(diào)整強(qiáng)度,所以,不適合有較高強(qiáng)度要求的零件的使用。而馬氏體不銹鋼雖可通過(guò)熱處理方法調(diào)整性能,保證具有較高的機(jī)械強(qiáng)度,但其耐腐蝕性稍差,因而在應(yīng)用上受到限制。因此,逐漸開(kāi)發(fā)了既具有較好耐腐蝕性,又可通過(guò)熱處理方法調(diào)整機(jī)械性能的沉淀硬化不銹鋼。
隨著不銹鋼應(yīng)用范圍的擴(kuò)大,以及在某些介質(zhì)中的構(gòu)件由于不均勻的局部腐蝕而發(fā)生應(yīng)力腐蝕破裂事故的增多,引起了科學(xué)家的注意,并研制開(kāi)發(fā)了新型不銹鋼鋼種,即具有鐵素體和奧氏體兩種相組成的雙相不銹鋼。
經(jīng)過(guò)近百年的發(fā)展,已使不銹鋼具有鐵素體系、馬氏體系、奧氏體系、沉淀硬化系和鐵素體-奧氏體系(雙相不銹鋼系)等五大系列、眾多品種的鋼鐵材料,并在鋼鐵世界里占有重要的地位。