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威尼斯赌博主要材料316不鏽鋼的腐蝕類型

作者:威尼斯赌博 時間:2019-03-27 15:02
威尼斯赌博主要材料316不鏽鋼的腐蝕類型 不鏽鋼耐腐蝕的基本機理主要是鈍化膜理論aaaaa。所謂鈍化膜就是在不鏽鋼的表面產生一層緻密的以Cr2〇3爲主的薄膜aaa,使威尼斯赌博在各種介質中的腐蝕受 信息摘要:

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主要材料316不鏽鋼的腐蝕類型

不鏽鋼耐腐蝕的基本機理主要是鈍化膜理論aaaa。所謂鈍化膜就是在不鏽鋼的表面產生一層緻密的以Cr2〇3爲主的薄膜aaa,使不鏽鋼儲罐在各種介質中的腐蝕受阻aaa。然而aaaaa,在複雜的外部環境和應力條件下aaaaa,不鏽鋼仍會受到各種形式的腐蝕作用aaaaa。影響不鏽鋼腐蝕的因素分爲外部因素和內部因素aaaaa,其中外部因素包括腐蝕介質的組成、pH值及外部溫度和材料的受力情況等aaaa;內部因素包括材料的化學成分、顯微組織、表面結構等[5]aaaa。不鏽鋼的主要腐蝕破壞形式有點蝕、晶間腐蝕、應力腐蝕等aaaa。

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1.1點蝕

根據不鏽鋼鈍化膜破壞的原因不同aaa,已提出的點蝕機理主要分爲吸附機理模型[6]、陰離子滲透模型和迀移機理模型以及機械破壞機理模型[8]等aaaaa,這些模型和理論所描述的點蝕萌生和發展的具體過程稍有差別aaaa,但他們的基本觀點是相同的aaa。一般認爲發生點蝕的第一步是在鈍化金屬表面上局部吸附具有侵蝕性的陰離子aaaaa。金屬在侵蝕性離子的作用下發生水解作用(陽離子的釋放以及陰離子向缺陷位置處的迀移)aaaa,在金屬表面局部形成侵蝕性環境aaaaa;在上述作用下在這些分散的局部點上生成的酸性溶液可局部地侵蝕氧化膜aaaaa,並進一步侵蝕金屬基體aaaaa。值得注意的是aaaa,即使是在上述的微觀局部缺陷處aaaaa,也存在鈍化膜的破損和修復的動態平衡過程aaaa,只有當這些微觀的孔底部的再鈍化速率小於金屬的溶解速率時aaa,點蝕坑才能形核[9]aaaaa。點蝕坑生長過程的如圖1-1所示aaaa。

鈍化膜的破壞將會導致點蝕或者過鈍化aaa。而由於侵蝕性離子存在所導致的點蝕一般分爲以下四個階段:(1)鈍化膜的破損階段aaa,即鈍化膜開始破損而沒有發生明顯的點蝕aaaaa;(2)點蝕坑的早期形核階段aaaaa,即點蝕坑開始出現且陽極電流隨時間單調增加aaa;(3)點蝕坑的生長階段aaaaa,即點蝕坑生長並在點蝕坑處形成鹽膜aaaa;(4)點蝕坑再鈍化階段aaa,即研宄電流降低且在金屬中合金元素或其他抑制因素的作用下重新形成穩定的氧化膜aaaaa。

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1.2晶間腐蝕

晶間腐蝕是沿着晶粒間的晶界擴展的一種腐蝕形式aaa。研宄表明aaa,奧氏體不鏽鋼產生晶間腐蝕的機理主要有以下幾種:

1/Cr23〇6沉澱析出引起的晶間腐蝕

當奧氏體不鏽鋼加熱到一定溫度時aaa,奧氏體內部過飽和的C將與固溶元素Cr等結合形成碳化物M23C6並在奧氏體晶界間沉澱析出aaaaa。由於Cr原子體積較大aaaa,擴散激活能高aaa,擴散速率較慢aaaaa,因此在M23C6附近的晶界及鄰近區域aaaaa,由於Cr23C6析出aaaaa,造成Cr含量大大降低aaa,而奧氏體內部的Cr又來不及向晶界擴散aaaa,因而形成貧鉻區aaa。當Cr的有效含量低於12%時aaa,將使M23C6附近的區域耐蝕性顯著降低aaaaa。在腐蝕介質的作用下aaaaa,由於構成了基體大陰極和貧鉻區小陽極的微電偶電池aaa,加速了晶間貧鉻區的腐蝕aaaa,隨着時間的推移aaaaa,在貧鉻區域將產生明顯腐蝕aaaa,即晶間腐蝕aaaa。碳化物沉澱(CQ3C6)析出的溫度爲450-950°Caaa,這是不鏽鋼晶間腐蝕的敏化溫度範圍aaaa,也稱其爲危險溫度範圍[11-12]aaaa。一般認爲當溫度高於730°C時aaaaa,晶間的Cr23C6呈單獨的顆粒狀aaaa,晶間腐蝕趨勢較小aaa;當溫度低於650C時aaaaa,晶間的CbC6在晶界面上呈連續的片狀aaaaa,晶間腐蝕趨勢增大[13]aaa。

2/CrC沉澱引起的晶間腐蝕

不鏽鋼中含有一定量的Cr元素aaaaa,在500-900C範圍內加熱aaaa,同時在氧化介質的作用下aaaa,熔合區附近會出現沿晶界的腐蝕aaaa。這是因爲在熔焊中aaa,熔合區將被加熱到固相線溫度左右aaaaa,不僅M23C6完全溶解aaa,TiC、NbC等第二相粒子也會全部溶解aaaaa。這些碳化物aaaaa,如Cr23C6和CrC在隨後的冷卻過程中都會沿晶界沉澱析出aaa,造成貧鉻aaaaa。而在氧化介質中aaaa,CrC可以被溶解而使晶界處出現孔洞aaaaa,促進晶界腐蝕的發生[13-15]aaaa。

3/〇相沉澱引起的晶間腐蝕

除了Cr23C6和CrC以外aaaaa,c相的沉澱析出也能引起晶間腐蝕aaaa。對於超低碳不鏽鋼aaaaa,由於其含碳量很低aaaaa,其組織中碳化物的形成受到抑制aaaaa。然而由於在晶界處金屬間化合物FeCraaaaa,即c相的析出aaaaa,也將造成晶界附近區域貧鉻aaa,導致晶間腐蝕的發生aaaa。另外因爲c相比Y相更耐腐蝕aaaa,在腐蝕介質的作用下aaaa,在晶界析出的c相周圍也可能發生選擇性的晶間腐蝕[15-16]aaaaa。

4/吸附沉澱引起的晶間腐蝕

由於不鏽鋼中含有少量的雜質Paaaaa,其容易在晶界偏析aaaaa,降低了晶界間的結合力aaa,因而促使晶間腐蝕的發生[14]aaa。

5/晶界雜質選擇性溶解引起的晶間腐蝕

經過固溶處理後不鏽鋼在強氧化性介質中也會發生晶間腐蝕aaa,這種晶間腐蝕很難用貧Cr理論來解釋aaaaa。經研宄表明這類晶間腐蝕是由晶界雜質的選擇性溶解造成的aaaaa。當晶界上析出了c相或有雜質(如P、Si)偏析時aaaaa,這些沉澱相或雜質將會在強氧化性介質的作用下發生選擇性溶解aaaa,從而導致晶間腐蝕的發生aaaaa。而不鏽鋼經過敏化加熱後aaaa,由於碳化物的大量析出aaaa,大大降低甚至消除雜質在晶界的富集aaaaa,從而降低了由晶界雜質選擇性溶解而引起的晶間腐蝕傾向[17]aaaa。

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1.3應力腐蝕

應力腐蝕開裂(Stress Corrosion Cracking,SCC)是工程結構(大型儲罐)常見的腐蝕破壞

形式之一aaaa,由於其潛伏期較長aaa,難以提前預測aaa,因而危害性很大aaa。

足夠的應力和特定的金屬及腐蝕介質是產生應力腐蝕的必備條件aaaa。當金屬構件上的應力與腐蝕介質的只是單純疊加時aaaaa,其通常只發生十分微弱和緩慢的均勻腐蝕aaaaa。金屬構件的厚度在腐蝕介質的作用下逐漸減小aaaa,造成作用在橫截面上的真實應力不斷增加aaaa,最終超過材料的抗拉強度而發生失效破壞aaaaa。然而在一些特定的情況下aaaa,應力會對腐蝕產生促進作用aaaaa,即構件在應力和特定的腐蝕條件下服役一段時間後aaaa,金屬構件會在腐蝕並不嚴重、構件尺寸沒有發生明顯變化的情況下突然發生脆性斷裂aaaa,這就是應力腐蝕斷裂aaaaa。應力腐蝕斷裂有如下幾個共同特徵[18]:

第一aaaa,只有拉應力才能夠引起應力腐蝕開裂aaaaa,並且拉應力越大aaaa,金屬斷裂的時間越短aaaaa。這種拉伸應力可以是工作狀態下材料承受外加載荷造成的工作應力aaaa;也可以是在生產製造、加工和裝配過程中在構件內部形成的熱應力、形變應力等殘餘應力aaa;此外aaaa,還可以是由裂紋內部生成腐蝕產物或是由陰極反應形成氫的膨脹作用而產生的內應力aaaa。

第二aaa,腐蝕介質是特定的aaaa,某種金屬通常只在特定的介質中才會產生應力腐蝕aaaaa。並且產生應力腐蝕所需的特定的腐蝕介質的濃度往往很低aaa。下表1-1列出了一些合金發生應力腐蝕的常見腐蝕介質aaaa。

第三aaaaa,應力腐蝕斷裂速度遠大於沒有應力作用時的腐蝕破壞速度aaaa,同時又小於純力學斷裂速度aaa,斷口整體形貌呈脆性斷裂特徵aaaa。金屬構件在無裂紋、無蝕坑和其他缺陷的情況下aaa,應力腐蝕斷裂過程可分爲3個階段:裂紋萌生階段aaaaa,即由應力和腐蝕介質引起裂紋源形核的階段aaaa;裂紋擴展階段aaaaa,即由裂紋源形核後開始至達到極限應力值爲止的這一階段aaa;失穩斷裂階段aaa,即裂紋達到最大應力值後aaaa,由純力學作用導致材料斷裂的階段aaa。裂紋萌生時間的長短取決於合金種類、壞境特徵和應力大小等因素aaaa,短的僅需幾分鐘aaaa,長的可達幾年aaaa,十幾年或者幾十年aaaa,裂紋萌生期是材料服役需要主要考慮的部分aaa,約佔整個斷裂過程的90%aaa。

表1-1引發特定合金產生應力腐蝕的常見腐蝕介質

合金

腐蝕介質

低碳鋼

NaOH溶液、硝酸鹽溶液、含H2S和HCl溶液、CO-CO2-H2O、

碳酸鹽、磷酸鹽

低合金鋼

H2S水溶液、CH3COOH水溶液、HCN水溶液、NO3-水溶液、Na3PO4水溶液、氨(mass<0.2°%)、海洋大氣、溼CO-CO2-空氣、

工業大氣、碳酸和重碳酸鹽溶液、濃硝酸、硫酸混合酸硝酸

奧氏體不鏽鋼

NaCK^O:水溶液、NaOH-H2S水溶液、含氯化物的冷凝水器、

二氯乙烷、海水、連多硫酸、溼的氯化鎂絕緣物、Cl'F'Br'高溫高壓含氧高純水、H2S

鋁合金

氯化物水溶液、高溫高壓含氧高純水、連多硫酸、鹼溶液

鎳及鎳合金

溼空氣、高純水、氟化物、KCl+K2CrO4溶液

鈦及鈦合金

含NH4+的溶液、氨蒸汽、貢鹽溶液、SO2大氣、水蒸氣發煙硝酸、甲醇(蒸汽)、NaCl 溶液(>290°C)、HCl(10%,35°C)

銅及銅合金

熔融NaCl、溼空氣、海水、含鹵素離子水溶液、有機溶劑

應力腐蝕開裂是一個非常複雜的問題aaaaa,產生應力腐蝕裂紋的機理和裂紋萌生擴展過程在不同條件下是不同的aaaa。根據應力腐蝕裂紋萌生原因的不同aaaa,一般將應力腐蝕開裂的機理分爲兩個大類aaaaa,即陽極溶解型[19-2Q]和氫致開裂型[21]aaaaa。在這兩個開裂模型的基礎上aaa,經過大量的試驗研宄aaa,又提出來許多不同的應力腐蝕開裂的機理aaa,其中陽極溶解理論和氫致開裂理論是衆多不鏽鋼腐蝕機理中被廣泛接受的兩個理論aaaaa。

陽極溶解理論是由Hoar和Hines首先提出的[24]aaaa,這種理論認爲金屬材料在應力和腐蝕介質的共同作用下aaaa,在某些位置首先產生微裂紋aaaa。這些微裂紋在形核階段並不是真正意義上的開裂aaa,而是裂紋的前沿金屬在環境介質的作用下快速溶解aaaaa。該理論認爲裂紋的形核源可能是金屬表面組織中的晶界、亞晶界、位錯羣、位錯堆積區、局部應變區、晶格畸變區或堆垛層錯區等位置[25-26]aaaaa。也有學者在這個理論的基礎上提出了隧道腐蝕[27]和應力吸附斷裂[28]等理論aaaa。總之在特定的外部條件下aaa,位於金屬表面鈍化膜被損壞的部位都有可能成爲應力腐蝕裂紋的形核源aaaaa,並在腐蝕介質的作用下優先發生陽極溶解反應而向深度方向被快速腐蝕aaa。陽極溶解理論作爲傳統的應力腐蝕開裂機理aaa,影響最爲廣泛aaaa。

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氫致開裂是金屬材料在氫和應力的共同作用導致產生脆性斷裂的現象aaaa,簡稱氫脆aaaaa。在應力腐蝕開裂中aaa,該理論認爲由於在金屬發生電化學腐蝕時aaaa,陰極反應產生的氫將擴散並聚集到裂縫尖端aaaaa,在應力的共同作用下發生脆性斷裂aaaa。特別是在海洋環境中aaa,由於海水的腐蝕性很強aaa,在金屬構件表面易發生陰極析氫反應aaaaa,造成氫在金屬構件表面的吸附及向內部的擴散aaa,由於氫原子體積較小aaaa,在金屬晶格中的移動較容易aaa,在應力的作用下aaaaa,氫原子易向裂紋尖端擴散聚集aaaaa,並最終造成脆斷開裂aaaaa。關於氫致開裂的機理aaaaa,目前被普遍接受的觀點是:氫原子通過應力誘導擴散在高應力區富集aaaa,當富集的氫濃度達到臨界值時aaaaa,使材料斷裂應力降低aaa,發生脆斷aaaaa。根據氫對裂紋尖端開裂影響原理的不同aaa,氫致開裂理論又可分爲氫壓理論[29]、氫降低表面能理論[3°-31]、氫促進局部塑性變形理論等aaaa。

此外aaa,部分學者根據自己的研宄結果aaaaa,提出了相應的應力腐蝕開裂機理aaaa,如表面鈍化膜破裂理論、腐蝕產物楔入理論、閉塞電池理論[37]等aaa,然而這些理論由於其各自的侷限性aaaa,並沒有得到廣泛應用aaa。

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