金屬抗腐蝕材料,相對非金屬耐腐蝕材料而言,金屬抗腐蝕材料主要有鐵基合金(耐腐蝕不銹鋼);鎳基合金(Ni-Cr合金,Ni-Cr-Mo合金,Ni-Cu合金等);活性金屬。
分類
耐腐蝕不銹鋼
主要是指普通的耐大氣或海水等腐蝕的300系列不銹鋼304,316L,317L等;較強(qiáng)抗腐蝕能力的奧氏體不銹鋼904L,254SMO;雙相鋼2205,2507等;含Cu的耐腐蝕合金20合金等;
鎳基耐蝕合金
主要是哈氏合金以及Ni-Cu合金等,由于金屬Ni本身是面心立方結(jié)構(gòu),晶體學(xué)上的穩(wěn)定性使得它能夠比Fe能夠容納更多的合金元素,如Cr,Mo等,從而達(dá)到抵抗各種環(huán)境的能力;同時鎳本身就具有一定的抗腐蝕能力,尤其是抗氯離子引起的應(yīng)力腐蝕能力。在強(qiáng)還原性腐蝕環(huán)境,復(fù)雜的混合酸環(huán)境,含有鹵素離子的溶液中,以哈氏合金為代表的鎳基耐蝕合金相對鐵基的不銹鋼具有絕對的優(yōu)勢。
活性金屬
也具有很好的抗腐蝕能力,典型代表是Ti;Zr;Ta等;其中典型的代表是Ti;鈦材有著廣泛的應(yīng)用,主要用在一些不銹鋼無法適應(yīng)的腐蝕環(huán)境。鈦材耐腐蝕原理:在氧化性氣氛中,形成致密的氧化膜來提供保護(hù);所以一般不能用于還原性較強(qiáng)或者密封性那個較高的腐蝕環(huán)境中(缺氧環(huán)境),與此同時,鈦材的應(yīng)用溫度一般小于300攝氏度。特別要注意的是,活性金屬都不能用于含氟的環(huán)境。(如氫氟酸環(huán)境可以選用哈氏C2000,NiCu合金等)
耐蝕合金特性
作為結(jié)構(gòu)用途,重要的是耐蝕合金必須具有對用戶使用來說非常經(jīng)濟(jì)的特性和性能,應(yīng)當(dāng)比碳素結(jié)構(gòu)鋼強(qiáng)度高、韌性好,而且在用戶采用一般的方法加工制造過程中。還必頊具有足夠的塑性、良好的成形性能和焊接性能。此外。還要具有高的耐腐蝕性能,與碳素鋼結(jié)構(gòu)件相比在截面更薄的情況下。能夠有相同或更長的使用壽命。所有通用的耐蝕合金都具有比大多數(shù)軋制狀態(tài)或正火狀態(tài)的碳素結(jié)構(gòu)鋼更高的強(qiáng)度。采用適當(dāng)?shù)墓に嚳蛇M(jìn)行焊接,并且具有與其強(qiáng)度水平相應(yīng)的良好的成形性能。耐蝕合金的耐腐蝕性能取決于其化學(xué)成分,缺口韌性則取決于其化學(xué)成分和生產(chǎn)工藝。
1、強(qiáng)度
鋼結(jié)構(gòu)件的屈服點決定了結(jié)構(gòu)所能承受的不發(fā)生永久變形的應(yīng)力。典型碳素結(jié)構(gòu)鋼的小屈服點為235MPa。而典型耐蝕合金的小屈服點為345MPa。因此,根據(jù)其屈服點的比例關(guān)系,耐蝕合金的使用允許應(yīng)力比碳素結(jié)構(gòu)鋼高1.4倍。與碳素結(jié)構(gòu)鋼相比,使用耐蝕合金可以減小結(jié)構(gòu)件的尺寸,使重量減輕。必須注意,對于可能出現(xiàn)彎曲的構(gòu)件,其允許也力必須修正,以達(dá)到保證結(jié)構(gòu)的堅固性。有時用耐蝕合金取代碳索結(jié)構(gòu)鋼但不改變斷面尺寸,其唯一的目的是在不增加重量的情況下而得到強(qiáng)度更高更耐久的結(jié)構(gòu)。節(jié)約重量對運輸車輛的結(jié)構(gòu)是重要的,這樣就可以運輸更重的重量和減少能量消耗。
2、成形性能
為了容易地和經(jīng)濟(jì)地進(jìn)行熱或冷加工以制成工程結(jié)構(gòu)的各種部件,低臺金高強(qiáng)度鋼必需具有適當(dāng)?shù)某尚涡阅?。和碳素結(jié)構(gòu)鋼一樣,耐蝕合金一般可以進(jìn)行這樣的加工,以及如剪切、沖孔和機(jī)加工藝,雖然其屈服點高,即使成形操作變形相當(dāng)劇烈也同樣可以使用用于碳素結(jié)構(gòu)鋼成形的冷彎沖壓機(jī)、拉拔機(jī)、壓力機(jī)和其他設(shè)備,但是一些設(shè)備具需要修改。 耐蝕合金和碳素結(jié)構(gòu)鋼的冷成形性能之間有固有的區(qū)別。首先,使耐蝕合金產(chǎn)生一定量的永久變形比同樣尺寸的碳素結(jié)構(gòu)鋼需要更大的力。第二,當(dāng)耐蝕合金成形時,對回彈應(yīng)給出稍大些的允許量。
根據(jù)經(jīng)驗,除非對耐蝕合金進(jìn)行控制夾雜物形狀的處理,否則在進(jìn)行冷成形時必須使用比碳素結(jié)構(gòu)鋼更大的彎曲半徑。
3、焊接性能
由于鋼結(jié)構(gòu)在制作加工過程中經(jīng)常使用焊接工藝,因此對于這類用途的耐蝕合金來說,能夠采用在薄板和鋼帶這樣的厚度情況下廣泛使用的電弧焊工藝進(jìn)行焊接是非常重要的,所制作的鋼結(jié)構(gòu)的焊縫應(yīng)具有要求的強(qiáng)度和韌性也同樣是非常重要的。這樣才能經(jīng)受住預(yù)定用途出現(xiàn)的不利的條件。日前耐蝕合金的發(fā)展與各種焊接工藝的發(fā)展足同步進(jìn)行的,要特別注意確保這些鋼能夠具有適當(dāng)?shù)暮附有阅?。如果焊接操作得?dāng),大部分耐蝕合金是可以很好地進(jìn)行焊接的。對于大型型鋼和較高碳和錳含量的牌號,需要預(yù)熱和(或)采用低氫焊條。對于某些耐蝕合金無論厚度是多少,都應(yīng)采用低氧焊條。對小屈服點高達(dá)約345MPa的耐蝕合金進(jìn)行氣體保護(hù)熔化極電弧焊,采用低碳涂藥焊條通常是合適的。
條件
金屬材料在腐蝕性介質(zhì)中所具有的抵抗介質(zhì)侵蝕的能力,稱金屬的耐蝕性。純金屬中耐蝕性高的通常具備下述三個條件之一。
(1)熱力學(xué)穩(wěn)定性高的金屬。通常可用其標(biāo)準(zhǔn)電極電勢來判斷,其數(shù)值較正者穩(wěn)定性較高;較負(fù)者則穩(wěn)定性較低。耐蝕性好的貴金屬,如Pt、Au、Ag、Cu等就屬于這一類。
(2)易于鈍化的金屬。不少金屬可在氧化性介質(zhì)中形成具有保護(hù)作用的致密氧化膜,這種現(xiàn)象稱為鈍化。金屬中容易鈍化的是Ti、Zr、Ta、Nb、Cr、Al等。
(3)表面能生成難溶的和保護(hù)性良好的腐蝕產(chǎn)物膜的金屬。這種情況只有在金屬處于特定的腐蝕介質(zhì)中出現(xiàn),例如,H2SO4溶液中的Pb和Al,H3PO4中的Fe,鹽酸溶液中的Mo以及大氣中的Zn等。
獲得方法
因此,工業(yè)上根據(jù)上述原理,采用合金化方法獲得一系列耐蝕合金。一般也有相應(yīng)的三種方法。
(1)提高金屬或合金的熱力學(xué)穩(wěn)定性,即向原不耐蝕的金屬或合金中加入熱力學(xué)穩(wěn)定性高的合金元素,使形成固溶體以及提高合金的電極電勢,增強(qiáng)耐蝕性。如Cu中加Au,Ni中加入Cu、Cr等,即屬此類。不過這種大量加入貴金屬的辦法,在工業(yè)結(jié)構(gòu)材料的應(yīng)用是有限的。
(2)加入易鈍化合金元素,如Cr、Ni、Mo等,可提高基體金屬的耐蝕性。鋼中加入適量的Cr,即可制得鉻系不銹鋼。實驗證明,在不銹鋼中,含Cr量一般應(yīng)大于13%時才能起抗蝕作用,Cr含量越高,其耐蝕性越好。這類不銹鋼在氧化介質(zhì)中有很好的抗蝕性,但在非氧化性介質(zhì)如衡硫酸和鹽酸中,耐蝕性較差。這是因為非氧化性酸不易使合金生成氧化膜,同時對氧化膜還有溶解作用。
(3)加入能促使合金表面生成致密的腐蝕產(chǎn)物保護(hù)膜的合金元素,是制取耐蝕合金的又一途徑。例如,鋼能耐大氣腐蝕是由于其表面形成結(jié)構(gòu)致密的化合物羥基氧化鐵(FeOx·(OH)3-2x)的保護(hù)作用。鋼中加入Cu與P或P與Cr均可促進(jìn)這種保護(hù)膜的生成,由此可用Cu、P或P、Cr制成耐大氣腐蝕的低合金鋼。
金屬腐蝕是工業(yè)上危害大的自發(fā)過程,因此耐蝕合金的開發(fā)與應(yīng)用,有重大的社會意義和經(jīng)濟(jì)價值。
耐蝕合金牌號
耐蝕合金國內(nèi)牌號包括:NS111,NS112,NS113,NS131,NS141,NS142, NS143,NS311,NS314,NS315,NS321,NS322,NS331,NS332,NS333,NS334,NS335,NS336,NS334,NS341,NS411等
耐蝕合金國外牌號包括:incoloy800/800H;incoloy825;inconel600/690/625;hastelloyB/B2/C/C-4等;
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