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自本世紀初發明不銹鋼以來,不銹鋼就把現代材料的形象和建筑應用中的卓越聲譽集于一身,使其競爭對手羨慕不已。不銹鋼不會產生腐蝕、點蝕、銹蝕或磨損。不銹鋼還是建筑用金屬材料中強度 的材料之一。由于不銹鋼具有良好的耐腐蝕性,所以它能使結構部件 地保持工程設計的完整性。含鉻不銹鋼還集機械強度和高延伸性于一身,易于部件的加工制造,可滿足建筑師和結構設計人員的需要。
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,終形成孔洞。可以利用油漆或耐氧化的金屬(例如,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。
隨著科學技術和工業的發展,對材料提出了更高的要求,如更高的強度,抗高溫、高壓、低溫,耐腐蝕、磨損以及其它特殊物理、化學性能的要求,碳鋼已不能完全滿足要求。
碳鋼的在性能上主要有以下幾方面的不足:(1)淬透性低一般情況下,碳鋼水淬的 淬透直徑只有10mm-20mm。(2)強度和屈強比較低如普通碳鋼Q235鋼的σs為235MPa,而低合金結構鋼16Mn的σs則為360MPa以上。40鋼的σs/σb僅為0.43,遠低于合金鋼。(3)回火穩定性差由于回火穩定性差,碳鋼在進行調質處理時,為了保證較高的強度需采用較低的回火溫度,這樣鋼的韌性就偏低;為了保證較好的韌性,采用高的回火溫度時強度又偏低,所以碳鋼的綜合機械性能水平不高。(4)不能滿足特殊性能的要求碳鋼在抗氧化、耐蝕、耐熱、耐低溫、耐磨損以及特殊電磁性等方面往往較差,不能滿足特殊使用性能的需求。
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不銹鋼的腐蝕條件:1. 不銹鋼表面存積著含有其他金屬元素的粉塵或異類金屬顆粒的附著物,在潮濕的空氣中,附著物與不銹鋼間的冷凝水,將二者連成一個微電池,引發了電化學反應,保護膜受到破壞,稱之謂電化學腐蝕。2. 不銹鋼表面粘附有機物汁液(如瓜菜、面湯、痰等),在有水氧情況下,構成有機酸,長時間則有機酸對金屬表面的腐蝕。3. 不銹鋼表面粘附含有酸、堿、鹽類物質(如裝修墻壁的堿水、石灰水噴濺),引起局部腐蝕。4. 在有污染的空氣中(如含有大量硫化物、氧化碳、氧化氮的大氣),遇冷凝水,形成硫酸、硝酸、醋酸液點,引起化學腐蝕。以上情況均可造成不銹鋼表面防護膜的破壞引發銹蝕。不銹鋼板的耐腐蝕性主要取決于它的合金成分(鉻、鎳、鈦、硅、鋁、錳、等)和內部的組織結構,起主要作用的是鉻元素。鉻具有很高的化學穩定性,能在鋼表面形成鈍化膜,使金屬與外界隔離開來,保護鋼板不被氧化,增加鋼板的抗腐蝕能力。鈍化膜破壞后,抗腐蝕性就下降。
高溫硫化是一種比純氧化更嚴重的高溫腐蝕形態,因為硫化物膜比氧化膜的缺陷濃度大,更容易開裂和剝落,特別是硫化物的熔點低,蒸汽壓高,多數硫化物共晶點低。硫化時硫的存在形式對高溫硫化速度有影響。氣相的硫可能是以硫蒸汽、二氧化硫、三氧化硫、硫化氫和有機硫化物等形態存在。當硫和氧同時存在時,在金屬表面上常形成氧化物和硫化物的混合銹層產物,這種銹層比在H2S或有機硫以及硫蒸汽中產生的硫化物的保護性好。由于硫化與氧化相似,因此,氧化的基本理論和紡織氧化的基本措施都適用于硫化。在鋼中加入鉻、鋁、硅等合金元素都可以在一定程度上防止或減緩高溫硫化。
抗高溫氮化:氮化與氧化和硫化不同,其產生的失效形式也有所不同。氮化時其終產物可以全是氮化物層,但該層耐水溶液腐蝕性能很差,或者由于氮擴散到金屬中去而降低金屬的塑性,當在金屬表面不能形成一層連續的氮化物層時,該層很翠。因此,對基本幾乎無任何的保護作用。所以,在金屬表面一旦形成氮化,將顯著地降低金屬材料的綜合性能。鐵、鉻、鋁、鈦等元素很容易形成氮化物;鎳、銅等元素即使在高溫下也不形成穩定的氮化物。因此,鎳、銅等元素對抑制氮化是有作用的。在混合氣氛中(如含有硫的氣氛),由于鎳易被硫化,因此,鎳也是不能抑制氮化的。但在實際工程中,高鎳鉻的材料仍是抗高溫氮化的 材料。材料的預氧化對提高其抗氧化性能有一定作用,對不銹耐熱鋼,效果尤為明顯。
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