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                          品質管理

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                          一.不銹鋼(Stainless Steel)定義
                          指耐空氣、蒸汽、水等弱腐蝕介質和酸、堿、鹽等化學浸蝕性介質腐蝕的鋼,又稱不銹耐酸鋼。實際應用中,常將耐弱腐蝕介質腐蝕的鋼稱為不銹鋼,而將耐化學介質腐蝕的鋼稱為耐酸鋼。由于兩者在化學成分上的差異,前者不一定耐化學介質腐蝕,而后者則一般均具有不銹性。不銹鋼的耐蝕性取決于鋼中所含的合金元素。

                          二.不銹鋼化學成分
                          不銹鋼的耐蝕性隨含碳量的增加而降低,因此,大多數不銹鋼的含碳量均較低,有些鋼的wC(含碳量)甚至低于0.03%(如00Cr12)。不銹鋼中的主要合金元素是Cr,只有當Cr含量達到一定值時,鋼才有耐蝕性。因此,不銹鋼一般wCr均在13%以上。不銹鋼中還含有Ni、Ti、Mn、N、Nb等元素。

                          三.不銹鋼種類
                          不銹鋼常按組織狀態分為:馬氏體鋼、鐵素體鋼、奧氏體鋼、奧氏體-鐵素體(雙相)不銹鋼及沉淀硬化不銹鋼等。另外,可按成分分為:鉻不銹鋼、鉻鎳不銹鋼和鉻錳氮不銹鋼等!
                          1、鐵素體不銹鋼:含鉻12%~30%。其耐蝕性、韌性和可焊性隨含鉻量的增加而提高,耐氯化物應力腐蝕性能優于其他種類不銹鋼。屬于這一類的有Crl7、Cr17Mo2Ti、Cr25,Cr25Mo3Ti、Cr28等。鐵素體不銹鋼因為含鉻量高,耐腐蝕性能與抗氧化性能均比較好,但機械性能與工藝性能較差,多用于受力不大的耐酸結構及作抗氧化鋼使用。這類鋼能抵抗大氣、硝酸及鹽水溶液的腐蝕,并具有高溫抗氧化性能好、熱膨脹系數小等特點,用于硝酸及食品工廠設備,也可制作在高溫下工作的零件,如燃氣輪機零件等。
                          2、奧氏體不銹鋼:含鉻大于18%,還含有 8%左右的鎳及少量鉬、鈦、氮等元素。綜合性能好,可耐多種介質腐蝕。奧氏體不銹鋼的常用牌號有1Cr18Ni9、0Cr19Ni9等。0Cr19Ni9鋼的Wc<0.08%,鋼號中標記為“0”。這類鋼中含有大量的Ni和Cr,使鋼在室溫下呈奧氏體狀態。這類鋼具有良好的塑性、韌性、焊接性和耐蝕性能,在氧化性和還原性介質中耐蝕性均較好,用來制作耐酸設備,如耐蝕容器及設備襯里、輸送管道、耐硝酸的設備零件等。奧氏體不銹鋼一般采用固溶處理,即將鋼加熱至1050~1150℃,然后水冷,以獲得單相奧氏體組織。
                          3、奧氏體 - 鐵素體雙相不銹鋼:兼有奧氏體和鐵素體不銹鋼的優點,并具有超塑性。奧氏體和鐵素體組織各約占一半的不銹鋼。在含C較低的情況下,Cr含量在18%~28%,Ni含量在3%~10%。有些鋼還含有Mo、Cu、Si、Nb、Ti,N等合金元素。該類鋼兼有奧氏體和鐵素體不銹鋼的特點,與鐵素體相比,塑性、韌性更高,無室溫脆性,耐晶間腐蝕性能和焊接性能均顯著提高,同時還保持有鐵素體不銹鋼的475℃脆性以及導熱系數高,具有超塑性等特點。與奧氏體不銹鋼相比,強度高且耐晶間腐蝕和耐氯化物應力腐蝕有明顯提高。雙相不銹鋼具有優良的耐孔蝕性能,也是一種節鎳不銹鋼。
                          4、馬氏體不銹鋼:強度高,但塑性和可焊性較差。馬氏體不銹鋼的常用牌號有1Cr13、3Cr13等,因含碳較高,故具有較高的強度、硬度和耐磨性,但耐蝕性稍差,用于力學性能要求較高、耐蝕性能要求一般的一些零件上,如彈簧、汽輪機葉片、水壓機閥等。這類鋼是在淬火、回火處理后使用的。
                          5、沉淀硬化不銹鋼:基體為奧氏體或馬氏體組織,沉淀硬化不銹鋼的常用牌號有04Cr13Ni8Mo2Al等。其能通過沉淀硬化(又稱時效硬化)處理使其硬(強)化的不銹鋼。

                          四.不銹鋼為什么耐腐蝕?
                          所有金屬都和大氣中的氧氣進行反應,在表面形成氧化膜。不幸的是,在普通碳鋼上形成的氧化鐵繼續進行氧化,使銹蝕不斷擴大,最終形成孔洞?梢岳糜推峄蚰脱趸慕饘伲ɡ,鋅,鎳和鉻)進行電鍍來保證碳鋼表面,但是,正如人們所知道的那樣,這種保護僅是一種薄膜。如果保護層被破壞,下面的鋼便開始銹蝕。不銹鋼的耐腐蝕性取決于鉻,但是因為鉻是鋼的組成部分之一,所以保護方法不盡相同。
                          在鉻的添加量達到11.7%以上時,鋼的耐大氣腐蝕性能顯著增加,但鉻含量更高時,盡管仍可提高耐腐蝕性,但不明顯。原因是用鉻對鋼進行合金化處理時,把表面氧化物的類型改變成了類似于純鉻金屬上形成的表面氧化物。這種緊密粘附的富鉻氧化物保護表面,防止進一步地氧化。這種氧化層極薄,透過它可以看到鋼表面的自然光澤,使不銹鋼具有獨特的表面。而且,如果損壞了表層,所暴露出的鋼表面會和大氣反應進行自我修理,重新形成這種氧化物"鈍化膜",繼續起保護作用。
                          因此,所有的不銹鋼元素都具有一種共同的特性,即鉻含量均在10.5%以上。

                          五.不銹鋼生銹原因

                          不銹鋼材料出現生銹現象,可能有以下幾個原因:

                          1.使用環境中存在氯離子
                          氯離子廣泛存在,比如食鹽/汗跡/海水/海風/土壤等等。不銹鋼在氯離子存在下的環境中,腐蝕很快,甚至超過普通的低碳鋼。所以對不銹鋼的使用環境有要求,而且需要經常擦拭,除去灰塵,保持清潔干燥。(這樣就可以給他定個“使用不當”。) 美國有一個例子:某企業用一橡木容器盛裝某含氯離子的溶液,該容器已使用近百余年,上個世紀九十年代計劃更換,因橡木材料不夠現代,采用不銹鋼更換后16天容器因腐蝕泄漏。
                          2.沒有經過固溶處理
                          合金元素沒有溶入基體,致使基體組織合金含量低,抗蝕性能差。
                          3.天生的晶間腐蝕
                          這種不含鈦和鈮的材料有晶間腐蝕的傾向。加入鈦和鈮,再配以穩定處理,可以減少晶間腐蝕。在空氣中或化學腐蝕介質中能夠抵抗腐蝕的一種高合金鋼,不銹鋼是具有美觀的表面和耐腐蝕性能好,不必經過鍍色等表面處理,而發揮不銹鋼所固有的表面性能,使用于多方面的鋼鐵的一種,通常稱為不銹鋼。代表性能的有13鉻鋼,18-8鉻鎳鋼等高合金鋼。從金相學角度分析,因為不銹鋼含有鉻而使表面形成很薄的鉻膜,這個膜隔離開與鋼內侵入的氧氣起耐腐蝕的作用。為了保持不銹鋼所固有的耐腐蝕性,鋼必須含有12%以上的鉻。用于需要焊接的場合。較低的碳含量使得在靠近焊縫的熱影響區中所析出的碳化物減至最少,而碳化物的析出可能導致不銹鋼在某些環境中產生晶間腐蝕(焊接侵蝕)。

                          六.不銹鋼的腐蝕
                          不銹鋼為什么也生銹?當不銹鋼管表面出現褐色銹斑(點)的時候,人們大感驚奇就不是不銹鋼了,可能是鋼質出現了問題”。其實,這是對不銹鋼缺乏了解的一種片面的錯誤看法。不銹鋼在一定的條件下也會生銹的。不銹鋼具有有在含酸、堿、鹽的介質中耐腐蝕的能力---即耐蝕性。但其抗腐蝕能力的大小是隨其鋼質本身化學組成、加互狀態、使用條件及干燥清潔的大氣中,有絕對優良的抗銹蝕能力,但將它移到海濱地區,在含有大量鹽份的海霧中,鋼管則表現良好。因此,不是任何一種不銹鋼在任何環境下都能耐腐蝕不生銹的。
                          不銹鋼是靠其表面形成的一層極薄而堅固細密的氧化而繼續滲入、繼續氧化,而獲得抗銹蝕的能力。一旦有某種原因,這種薄膜遭到了不斷地破壞,空氣或液體就會不斷滲入或金屬中鐵原子不斷地析離出來,形成疏松的氧斷地銹蝕。
                          一種不銹鋼可在許多介質中具有良好的耐蝕性,但在另外某種介質中,卻可能因化學穩定性低而發生腐蝕。所以說,一種不銹鋼不可能對所有介質都耐蝕。
                          金屬的腐蝕,按機理可分為物理腐蝕、化學腐蝕與電化學腐蝕 工程實際中的金屬腐蝕,絕大多數都屬于電化學腐蝕。
                          不銹鋼的主要腐蝕形式有均勻腐蝕(表面腐蝕)、點腐蝕、縫隙 腐蝕和應力腐蝕等。
                          1.均勻腐蝕
                          均勻腐蝕是指接觸腐蝕介質的金屬表面全部產生腐蝕的現象。根據不同的使用環境提出不同的指標要求,一般可分為兩大類:
                          1. 不銹鋼 指在大氣及弱腐蝕介質中耐蝕的鋼。腐蝕速率小于0.01mm 是"完全耐蝕";腐蝕速率小于0.1mm/年的,認為是"耐蝕"的。
                          2. 耐蝕鋼 指在各種強烈腐蝕介質中能耐蝕的鋼。
                          2.點腐蝕
                          點腐蝕是指在金屬材料表面大部分不腐蝕或腐蝕輕微而分散發生高度的局部腐蝕,常見蝕點的尺寸小于1.00mm,深度往往大于表面孔徑,輕者有較淺的蝕坑,嚴重的甚至形成穿孔。
                          3.縫隙腐蝕
                          縫隙腐蝕是指在金屬構件縫隙處發生斑點狀 觀蝕坑,這是局部腐蝕的一種。
                          4.晶間腐蝕
                          晶間腐蝕是一種有選擇性的腐蝕破壞,它與一 同之處在于,腐蝕的局部性是顯微尺度的,而宏觀上不一定是局部的。
                          5.全面腐蝕
                          全面腐蝕是用來描述在整個合金表面上以比較均勺的方式所發生的腐蝕現象的術語。當發生全面腐蝕時,村料由于腐蝕而逐漸變薄,甚至材料腐蝕失效。不銹鋼在強酸和強堿中可能呈現全面腐蝕。全面腐蝕所引起的失效問題并不怎么令人擔心,因為,這種腐蝕通?梢酝ㄟ^簡單的浸泡試驗或查閱腐蝕方面的文獻資料而預測它。
                          6.應力腐蝕開裂(SCC)
                          應力腐蝕開裂是指承受應力的合金在腐蝕性環境中由于烈紋的擴展而互生失效的一種通用術語。應力腐蝕開裂具有脆性斷口形貌,但它也可能發生于韌性高的材料中。發生應力腐蝕開裂的必要條件是要有拉應力(不論是殘余應力還是外加應力,或者兩者兼而有之)和特定的腐蝕介質存在。型紋的形成和擴展大致與拉應力方向垂直。這個導致應力腐蝕開裂的應力值,要比沒有腐蝕介質存在時材料斷裂所需要的應力值小得多。在微觀上,穿過晶粒的裂紋稱為穿晶裂紋,而沿晶界擴圖的裂紋稱為沿晶裂紋,當應力腐蝕開裂擴展至其一深度時(此處,承受載荷的材料斷面上的應力達到它在空氣中的斷裂應力),則材料就按正常的裂紋(在韌性材料中,通常是通過顯微缺陷的聚合)而斷開。因此,由于應力腐蝕開裂而失效的零件的斷面,將包含有應力腐蝕開裂的特征區域以及與已微缺陷的聚合相聯系的“韌窩”區域。

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