镍、镍基和铁镍基耐蚀合金在作为结构材料应用时最主要的性能是这类材料的耐蚀性,同时也必须具备满足材料的可生产性和后续设备或部件加工制作所需的工艺性能。由于这类材料的高镍含量,因此较以铁为基的奥氏体不锈钢具有下列优势:
1. 镍在熔点以下的整个温度范围内均为面心立方的晶体结构(fee),以它为基体所形成的合金将具有良好的塑韧性。此外,镍较铁更具化学稳定性,尤其是在还原性的腐蚀环境中,镍较铁具有更优异的耐蚀性,因此高镍合金较以铁为基的不锈钢具有更优良的耐还原性腐蚀介质的能力。
2. 镍可以容纳更多有益于材料耐蚀性的合金元素,如铬、钼等。这是这类材料得以发展的关键因素。至今为止,镍铬合金中的铬可达50%; 镍钼合金中的钼已达33% ; Ni-(14 ~24)Cr-Mo合金中的钼可达24%。铬、钼在高镍合金中高溶解度,给予合金的研究开发者以更大的合金化的调整空间,可针对不同的腐蚀环境和对耐蚀性的要求提供更加经济适用的合金。
3. 在含大量铬、钼、钨等合金元素的情况下,这类合金仍可保持奥氏体结构,因此仍具有奥氏体合金易成形加工,易焊接等优点,这是此类合金广受青 睐的主要原因。在以铁为基的奥氏体不锈钢中,由于铬、钼等赋予合金耐蚀性的元素溶解度较低,其可加入数量达不到理想的耐蚀性要求,若过量加入这些强 烈形成铁素体的元素,势必将奥氏体不锈钢变成α+γ双相不锈钢,严重者可成为单相铁素体不锈钢,失去了奥氏体结构的优点,在大多数情况下这类过量加入铬、钼元素的钢材不具备可生产性和后续加工制造的工艺性能,若想改变这种 状况,必须加入镍和减少铁含量,这就进入了高镍耐蚀合金范畴。
高镍合金的冶金稳定性和耐蚀特性以及千变万化的严苛腐蚀环境对耐蚀结构材料的需求,极大地刺激了这类合金的发展和应用,在镍基合金问世以来的一个多世纪中,已开发了 Ni-Cu、Ni-Cr, Ni-Mo, Ni-Cr-Mo, Ni-Cr-Mo-W、Ni-Cr-Mo-Cu等镍基耐蚀合金和铁镍基耐蚀合金的完整合金体系等近百种合金牌号,解决了不锈钢不能克服的材料腐蚀问题,其满足工程所需的耐蚀能力覆盖了目前所遇 到的绝大多数腐蚀环境。
镍基和铁镍基耐蚀合金的耐蚀性和良好的综合性能已得到材料界和工程界的共识,然而在一些腐蚀性极其严苛的腐蚀环境中,这类合金也将遭到严重的腐蚀破坏,其程度视合金类型和合金化程度而有所不同。迄今为止,在试验室和实际工程应用中已观察到表2-1所列的腐蚀类型。
在众多腐蚀类型中,以全面腐蚀、局部腐蚀、环境致裂最为多见,其中全面腐蚀、点蚀、缝隙腐蚀和应力腐蚀是镣基和铁镣基耐蚀合金最常见的腐蚀破坏形式,本章将重点予以介绍。
a. 全面腐蚀
在腐蚀环境中,裸露的金属表面,借助于化季和电化学反应产生均匀 减薄的腐蚀,亦称均匀腐蚀,常以腐蚀速率(g/(m2 - h))或腐蚀速度 (mm/a)判断合金的耐蚀性。
b. 局部腐蚀(点蚀、缝隙腐蚀、微生物腐蚀、晶间腐蚀)
在腐蚀环境中,在裸露的金属表面的特殊位置或部件的特殊部位产生 的一种局部腐蚀破坏形式。
c. 环境致裂(应力腐蚀、腐蚀疲劳、液体金属致裂、氢脆)
在相应的环境下,在材料本身的力学因素作用下产生的一种腐蚀破坏 形式。环境、力学因素和材料因素三者共存是产生这种腐蚀的前提。
d. 磨蚀
裸露于腐蚀介质的金属表面,由于腐蚀介质和金属表面的相对运动而 加速了材料的损坏或腐蚀速度。这种腐蚀通常包含磨损和冲蚀。脱离于 表面的金属作为溶解离子或腐蚀产物远离金属表面。
e. 电偶腐蚀
在腐蚀介质中,两种不同电位的金属相互接触组成电偶,电位较负的 材料遭到腐蚀。