不銹鋼一般在大氣中是“不生銹的”,所謂的不銹是一個相對的概念,其耐蝕性是有條件的,在一定條件下,不銹鋼也會發(fā)生腐蝕。目前還沒有在任何腐蝕環(huán)境中均有不銹性、耐蝕性的不銹鋼。不銹鋼緊固件易發(fā)生的比較嚴重的腐蝕形式是局部腐蝕;這其中主要包括應力腐蝕開裂、點蝕、晶間腐蝕、縫隙腐蝕及疲勞腐蝕等。
1、環(huán)境介質的影響
一定腐蝕類型通常是在一些特定環(huán)境條件下發(fā)生,點蝕易發(fā)生于有特殊離子的介質;縫隙腐蝕可能發(fā)生于溶液停滯的縫隙中或屛蔽的表面內,金屬或金屬與非金屬的結合處,與鉚釘、螺栓、墊圈、閥座、松動的表面沉積物以及海生物相接觸處;應力腐蝕開裂發(fā)生的必要條件是有拉應力(不論是殘余應力還是外加應力,或二者兼而有之)和特定的腐蝕介質存在等等。
環(huán)境影響不銹鋼緊固件的耐蝕性能,以點蝕為例,環(huán)境介質的組成、濃度、壓力、溫度、PH值等對不銹鋼緊固件的耐蝕性能都有影響。不銹鋼易在含鹵族元素陰離子CI-、Br-、I-的介質中發(fā)生點蝕。一般認為只有當鹵族元素達到一定濃度時才能發(fā)生點蝕,不銹鋼緊固件的點蝕電位與鹵族元素濃度等關系,介質中如存在OH-、SO42-等陰離子,會對不銹鋼緊固件的點蝕起緩蝕作用,效果按下列而遞減;OH->NO3->AC->SO42->CIO4-。同時介質中的溫度、PH值、流速都影響不銹鋼緊固件的點蝕;溫度升高,不銹鋼緊固件的點蝕電位降低,更易發(fā)生點蝕;PH>10使點蝕電位上升,小于10時影響很小,一般介質流速增大,點蝕傾向降低。對不銹鋼緊固件而言,有利減少點蝕的流速為1m/s左右,若流速過大,則將發(fā)生沖刷腐蝕。
2、化學成分的影響
不銹鋼緊固件之所以在某些環(huán)境中耐蝕,是與其鈍化性能有關的。鋼處于鈍化狀態(tài)時,在表面能形成致密的氧化膜,使腐蝕過程受到阻滯,腐蝕暫時停止。
鉻是不銹鋼中最基本的元素,同時也是提高鋼的鈍化膜穩(wěn)定性的必要元素。當含鉻量達到12%時,合金可達完全自鈍化的能力。合金的自鈍化能力在一定程度上決定著不銹鋼的耐蝕性能,因此,奧氏體不銹鋼中的含鉻量不能少于12%,現(xiàn)在市場較多SUS304的含鉻量均少于12%。
鎳是提高鋼的耐蝕性的元素,在非氧化性的硫酸中更為顯著。鎳加入鉻不銹鋼中,能提高其在硫酸、醋酸、草酸及中性鹽(特別是硫酸鹽)中的耐蝕性。
錳也能提高鉻不銹鋼在有機酸如醋酸、甲酸和乙醇酸中的耐蝕性,且比鎳更有效。
鉬能提高不銹鋼鈍化能力,擴大其鈍化介質范圍,如在熱硫酸、稀鹽酸、磷酸和有機酸中的使用。含鉬的不銹鋼中可形成含鉬的鈍化膜,在許多強腐蝕介質中具有很高的穩(wěn)定性,它還能防止氯離子對膜的破壞。硅能提高鋼在鹽酸、硫酸和高濃度硝酸中的耐蝕性。不銹鋼中一般加入2%-4%的硅,可提高其在上述介質中的耐蝕性。
3、組織結構的影響
不銹鋼按GB/T20878-2007《不銹鋼和耐熱鋼牌號及化學成分》標準中的牌號有143個。鐵素體不銹鋼有18個牌號;馬氏體不銹鋼有38個牌號;奧氏體不銹鋼有66個牌號;沉淀硬化不銹鋼有10個牌號;以及奧氏體-鐵素體(雙相)不銹鋼有11個牌號。一般而言,在鉻含量相當?shù)牟讳P鋼中,奧氏體不銹鋼的耐蝕性最好,鐵素體不銹鋼次之,馬氏體不銹鋼較差。
3.1 奧氏體不銹鋼
奧氏體不銹鋼在許多介質中具有優(yōu)良的耐全面腐蝕性能,但對晶間腐蝕和應力腐蝕最敏感。
晶間腐蝕產生的一個重要因素就是材料本身的組織結構,即金屬或合金本身晶粒與晶界化學成分差異,晶界結構、元素的固溶特點,沉淀析出過程、固溶擴散等金屬學問題,導致電化學不均勻性,使金屬具有晶間腐蝕傾向。
3.2 鐵素體不銹鋼
鐵素體不銹鋼也有晶間腐蝕傾向,但與含碳、鉻-鎳奧氏體不銹鋼相比,一般普通鈍度的鐵素體不銹鋼更易遭受敏化,從而具有更高的晶間腐蝕傾向。鐵素體不銹鋼在氯化物介質中具有良好的抗應力腐蝕開裂性能,比奧氏體不銹鋼強得多,但也非絕對不產生,裂紋常源于晶間腐蝕和點蝕。
3.3 奧氏體-鐵素體(雙相)不銹鋼
奧氏體-鐵素體(雙相)不銹鋼兼有奧氏體鋼和鐵素體鋼的特征,一般來說,雙相不銹鋼的耐蝕性能大體同含鉻鉬相當?shù)母咩t鐵素體不銹鋼或鉻鎳奧氏體不銹鋼相近,并受組織結構相比例影響,但與奧氏體不銹鋼相比,雙相不銹鋼具有更高的耐晶間腐蝕性能和耐應力腐蝕開裂性能。
3.4 馬氏體不銹鋼
馬氏體不銹鋼的耐蝕性較奧氏體、鐵素體不銹鋼都要差,其主要優(yōu)點是可以通過熱處理強化,適用于對強度、硬度、耐磨性等要求較高并兼有一定耐蝕性的緊固件。
3.5 沉淀硬化不銹鋼
沉淀硬化不銹鋼兼具有強度高、耐蝕性好的特點,其耐蝕性不但與成分有關,且與熱處理密切相關。微細相的析出、時效反應對耐蝕性能都是有害的。這類不銹鋼的高強度特點,使用時也可能發(fā)生氫脆或應力腐蝕。這是必須注意的。
總之,不銹鋼緊固件中的各種組織結構、相及化學成分含量,如硫化物、δ-鐵素體相、σ-相、αˊ-相、沉淀硬化不銹鋼中的析出相,敏化的晶界及焊縫都可能對不銹鋼緊固件的抗點蝕性能有影響。