點擊↑藍字關注！壓力管道人，專業敬業。

不銹鋼是一種金屬材料，廣泛應用于石油、化工、化肥、食品、國防、餐具、合成纖維和石油煉制等工業行業，許多容器、管道、閥門、泵等一般由于對各種腐蝕 因接觸性介質腐蝕而報廢。據統計，全世界每年因儀器腐蝕報廢的鋼材約占鋼材年產量的1/4。不銹鋼產量占鋼材總產量的1%。因此，材料因腐蝕而失效是當今材料研發的三大難題之一。

不銹鋼是指一種具有耐腐蝕性的鋼材。不銹鋼一般稱為不銹鋼和耐酸鋼。不銹鋼不一定是耐酸的，但耐酸鋼也是不銹鋼。

所謂不銹鋼是指能抵抗大氣和弱腐蝕性介質腐蝕的鋼材。腐蝕速率<0.01mm/年為完全耐腐蝕鋼，腐蝕速率<0.1mm/年為耐腐蝕鋼。所謂耐酸鋼，是指能在各種強腐蝕介質中耐酸的鋼。腐蝕速率<0.1mm/年為完全耐腐蝕，腐蝕速率<1mm/年為耐腐蝕。所以。不銹鋼不是不腐蝕的，只是腐蝕速度比較慢，沒有絕對不腐蝕的鋼。

尤其是在同一媒體中。不同種類不銹鋼的腐蝕速率差別很大，同一種不銹鋼在不同介質中的腐蝕行為也差別很大。例如。 Ni-Cr不銹鋼在氧化性介質中具有良好的耐腐蝕性。但在非氧化性介質（如鹽酸）中的耐腐蝕性不好。因此，掌握各類不銹鋼的特性對于正確選擇和使用不銹鋼非常重要。

不銹鋼不僅要耐腐蝕，還要承受或傳遞載荷，因此還需要具有良好的機械性能。不銹鋼一般加工成板、管等型材的構件或零件。具有良好的機械加工性和良好的焊接性能。

不銹鋼分為：鐵素體（F）型不銹鋼；馬氏體（M）型不銹鋼；奧氏體（A）型不銹鋼；奧氏體-鐵素體（A-F）雙相不銹鋼；沉淀硬化不銹鋼。

一、金屬腐蝕

(一）金屬腐蝕過程

金屬在外界介質的作用下逐漸損壞的現象稱為腐蝕。腐蝕基本上有兩種形式。化學腐蝕和電化學腐蝕。實際生產中遇到的腐蝕主要是電化學腐蝕，化學腐蝕不產生電流，腐蝕過程中會形成一些腐蝕產物。這種腐蝕產物一般會覆蓋在金屬表面形成一層薄膜，將金屬與介質隔離開來。

如果這層化學產品穩定、致密、完整并與金屬表面結合牢固，將大大減少甚至阻止腐蝕的進一步發展，保護金屬。形成保護膜的過程稱為鈍化。例如，形成SiO2、Al2O3、Cr2O3等氧化膜。這些氧化膜致密、完整、無孔、無裂紋、不易剝落，可以保護母材，避免繼續氧化。例如，鐵在高溫下氧化形成Fe2O3。相反，一些氧化膜是不連續的或多孔的。對賤金屬無保護。例如。一些金屬氧化物，如Mo2O3、WO3，在高溫下易揮發，完全沒有覆蓋基材的保護作用。

由此可見，氧化膜的產生以及氧化膜的結構和性能是化學腐蝕的重要特征。因此，提高金屬的耐化學腐蝕性能，主要是通過合金化或其他方法，在金屬表面形成一層穩定、完整、致密、與基體牢固結合的氧化膜，又稱鈍化膜、電化學腐蝕。它是由不同金屬或金屬的不同電極電位組成的原電池產生的一種較為重要和常見的金屬腐蝕形式。

這種電偶腐蝕是在微結構之間產生的，所以也稱為微電池腐蝕。電化學腐蝕的特點是存在電介質，不同金屬、金屬微域或相之間存在電位差連接或接觸，同時產生腐蝕電流。

二、腐蝕類型

金屬材料在工業生產中的腐蝕失效形式多種多樣。在不同載荷和不同介質環境的作用下，不同材料的腐蝕形式主要分為以下幾類：

全面腐蝕：裸露的金屬表面發生大面積相對均勻的腐蝕。雖然減少了部件的有效面積和使用壽命，但比局部腐蝕危害小。

晶間腐蝕：是指沿產品邊界的腐蝕，破壞了晶粒間的連接。這種腐蝕是最有害的，它會使金屬變脆或失去強度，敲擊時失去金屬聲音，容易造成突發事故。晶間腐蝕是奧氏體不銹鋼的主要腐蝕形式。

應力腐蝕：金屬在腐蝕介質和拉應力（外應力或內應力）共同作用下產生裂紋。斷裂方式以沿晶為主，也有穿晶，屬于危險的低應力脆性斷裂。應力腐蝕常發生在含氯介質和堿性氧化物或其他水溶性介質中，是設備事故多發的原因。相當大的比例。

點蝕：點蝕是發生在金屬表面局部區域的一種腐蝕損傷形式。點蝕形成后，可迅速向深處發展，最終穿透金屬。點蝕是非常有害的，尤其是對各種容器。點蝕發生后，應及時打磨或涂漆，以免進一步腐蝕。

點蝕的原因是金屬表面的鈍化膜在介質的作用下被局部破壞。或在含有氯離子的介質中，材料表面缺陷較疏松，非金屬夾雜物可引起點蝕。

腐蝕疲勞：金屬在腐蝕介質和交變應力作用下的破壞，其特點是產生腐蝕坑和大量裂紋。顯著降低鋼的疲勞強度，導致過早斷裂。腐蝕疲勞不同于機械疲勞，它沒有一定的疲勞極限，隨著循環次數的增加，疲勞強度一直在下降。

除了上述各種形式的腐蝕外，還有宏觀細胞作用引起的腐蝕。例如，金屬構件中不同的鉚釘和鉚接材料，異種金屬的焊接，船體和螺旋槳的不同材料，都是由于電極電位不同而引起的腐蝕。

從以上腐蝕機理可以看出，防止腐蝕的重點應該是：盡可能減少原電池的數量，從而形成與鋼基體牢固結合的穩定完整的鈍化膜??在鋼材表面形成；在形成原電池的情況下，應盡可能減小兩個電極之間的電極電位差。

三、不銹鋼的合金化原理

提高鋼材的耐腐蝕性能有很多方法，如在表面涂一層耐腐蝕金屬、涂非金屬層、電化學保護和改變腐蝕環境介質等。但是，采用合金化方法提高材料本身的耐腐蝕性能，是防止腐蝕破壞的最有效措施之一。方法如下：

(1）添加合金元素，提高鋼基體的電極電位，從而提高鋼的電化學耐腐蝕性能。一般在鋼中加入Cr、Ni、Si多元素可以提高電極電位。由于Ni大量Si的加入會使鋼變脆。因此，只有Cr是常用的元素，可以顯著提高鋼基體的電極電位。

Cr可以提高鋼的電極電位，但不是線性關系。實驗表明，隨著合金元素的增加，鋼的電極電位呈現由量變到質變的關系，遵循1/8規律。

當Cr含量達到一定值，即1/8原子（l/8、2/8、3/8…）時，電極電位會發生突變因此，幾乎所有不銹鋼中，Cr含量都在12.%（原子）以上304奧氏體薄壁不銹鋼管電化學腐蝕原因分析，即11.7%（質量）以上。

(2）添加合金元素使鋼表面形成穩定完整的凈化膜，與鋼基體牢固結合，從而提高鋼的耐化學腐蝕性能。例如，添加Cr對鋼、Si、Al等合金元素可在鋼表面形成致密的Cr2O3、SiO2、Al2O3等氧化膜，提高鋼的耐腐蝕性能。

(3）添加合金元素使鋼在室溫下以單相狀態存在，減少了微孔的數量，提高了鋼的耐蝕性。例如304奧氏體薄壁不銹鋼管電化學腐蝕原因分析，加入足量的Cr或Cr-Ni可使鋼在室溫下獲得單相鐵素體或單相奧氏體。

(4）添加Mo、Cu等元素提高耐腐蝕性。

(5）添加Ti、Nb等元素，消除Cr的晶間偏析，從而降低晶間腐蝕傾向。

(6）添加Mn、N等元素替代部分Ni，獲得單相奧氏體組織，同時可以大大提高鉻不銹鋼在有機酸中的耐腐蝕性能。

四、不銹鋼的種類及特點

不銹鋼有兩種分類方法：一種按合金元素的特性分為鉻不銹鋼和鉻鎳不銹鋼；

另一種是根據鋼結構的正火狀態，分為M不銹鋼、F不銹鋼、A不銹鋼、A-F雙相不銹鋼。

一、馬氏體不銹鋼

典型的馬氏體不銹鋼有1Cr13-4Cr13和9Cr18等。馬氏體不銹鋼常用于壓力管道工程中碳鋼閥門的閥芯。

1Cr13鋼具有良好的加工性能。無需預熱即可進行深拉、彎曲、卷邊和焊接。 2Crl3冷變形前不需要預熱，但焊前需要預熱。 1Crl3、2Cr13主要用于制作汽輪機葉片等耐腐蝕結構件，而3Cr13、4Cr13主要用于制作醫療器械手術刀和耐磨件； 9Crl8可用作耐腐蝕軸承和刀具。

二、鐵素體不銹鋼

鐵素體不銹鋼的Cr含量一般為13%～30%，碳含量低于0.25%。有時會添加其他合金元素。金相組織主要為鐵素體，加熱和冷卻時沒有αγ相變，因此不能通過熱處理強化。強抗氧化劑。同時還具有良好的熱加工性和一定的冷加工性。鐵素體不銹鋼在壓力管道工程中使用較少。

典型的鐵素體不銹鋼有Crl7型、Cr25型和Cr28型。

三、奧氏體不銹鋼

奧氏體不銹鋼是為克服馬氏體不銹鋼耐蝕性不足和脆性過大而研制的。基本成分為Crl8%和Ni8%，簡稱18-8鋼。其特點是結合碳含量小于0.1%，由Cr和Ni結合得到單相奧氏體組織。奧氏體不銹鋼（300系列）在壓力管道工程中很常見，這里不再贅述。

奧氏體不銹鋼一般用于制造硝酸、硫酸等化工設備部件，制冷行業的低溫設備部件，變形強化后可用作不銹鋼彈簧和發條彈簧。

奧氏體不銹鋼具有良好的耐均勻腐蝕能力，但在耐局部腐蝕方面仍存在以下問題：

1.奧氏體不銹鋼的晶間腐蝕

奧氏體不銹鋼在450～850℃或緩慢冷卻時會發生晶間腐蝕。

含碳量越高，晶間腐蝕傾向越大。此外，焊件的熱影響區也會發生晶間腐蝕。這是由于在晶界上析出富鉻。這是由于在周圍基體中形成了貧鉻區，從而形成了腐蝕原電池。這種晶間腐蝕現象也存在于上述鐵素體不銹鋼中。

工程中防止晶間腐蝕常采用以下方法：

(1）降低鋼中的碳含量，使鋼中的結合碳含量低于平衡狀態下奧氏體中的飽和溶解度，即從根本上解決了鉻的問題碳化物()在晶界析出的問題。通常可以將鋼中的結合碳含量降低到0.03%以下，以滿足抗晶間腐蝕性能的要求。

(2）奧氏體不銹鋼的晶間腐蝕可以通過添加Ti、Nb等能形成穩定碳化物（TiC或NbC）的元素避免晶界析出來防止。

(3）通過調整鋼中奧氏體形成元素與鐵素體形成元素的比例，使其具有奧氏體+鐵素體的雙相組織，其中鐵素體占5%～12%。這種雙相結構不易產生晶間腐蝕。

(4）適當的熱處理工藝可以防止晶間腐蝕，獲得最佳的耐蝕性。

2.奧氏體不銹鋼的應力腐蝕

由應力（主要是拉應力）和腐蝕共同作用引起的開裂稱為應力腐蝕開裂，簡稱SCC。奧氏體不銹鋼在含有氯離子的腐蝕性介質中容易發生應力腐蝕。當Ni含量達到8%～10%時，奧氏體不銹鋼的應力腐蝕傾向最大。繼續將Ni含量提高到45-50%。應力腐蝕趨勢逐漸減小直至消失。

防止奧氏體不銹鋼應力腐蝕最重要的方法是在冶煉時添加Si2～4%，控制N含量在0.04%以下。此外，應盡量減少P、Sb、Bi、As等雜質的含量。另外可選擇A-F雙相鋼，在Cl-和OH-介質中對應力腐蝕不敏感。當初始微裂紋遇到鐵素體相時，不會繼續擴大，鐵素體含量應在6%左右。

3.奧氏體不銹鋼的變形強化

單相奧氏體不銹鋼具有良好的冷變形性能，可以冷拉成很細的鋼絲，也可以冷軋成很細的鋼帶或鋼管。經過大量變形后，鋼材的強度大大提高，特別是在零下溫度區軋制時，效果更為顯著。抗拉強度可以達到以上。這是因為除了冷作硬化效應外，還疊加了變形引起的M相變。

奧氏體不銹鋼經變形強化后可用于制造不銹鋼彈簧、鐘表彈簧、航空結構中的鋼絲繩等。如果變形后需要焊接，只能采用點焊工藝，變形增加了應力腐蝕的趨勢。并且由于一些γ->M變換而產生鐵磁性，使用時應考慮到（例如在儀器零件中）。

再結晶溫度隨變形量而變化。當變形量為60%時，再結晶溫度降至650℃。冷變形奧氏體不銹鋼的再結晶退火溫度為850～1050℃，需要在850℃保持3h。 , 1050℃可燒透，再水冷。

4.奧氏體不銹鋼的熱處理

奧氏體不銹鋼常用的熱處理工藝包括：固溶處理、穩定化處理和去應力處理。

(1）固溶處理。鋼加熱到1050～1150℃，然后用水淬火。主要目的是使奧氏體中的碳化物溶解并在室溫下保持這種狀態，使鋼的耐腐蝕性能會大大提高。

如前所述，為了防止晶間腐蝕，通常采用固溶處理使奧氏體溶解，然后快速冷卻。對于薄壁零件，可采用風冷，一般采用水冷。

(2）穩定化處理。一般在固溶處理后進行。常用于含Ti和Nb的18-8鋼。此時Cr的碳化物完全溶解，但鈦的碳化物不完全溶解，在冷卻過程中完全析出，使碳不可能形成鉻的碳化物，從而有效地消除了晶間腐蝕。

(3）去應力處理。去應力處理是消除鋼在冷加工或焊接后的殘余應力的熱處理工藝。一般加熱到300～350℃回火。對于鋼不含穩定元素Ti、Nb的鋼，加熱溫度不宜超過450℃，以免因碳化鉻析出引起晶間腐蝕。加熱至500～950℃，然后緩冷，消除應力（釋放焊接應力，取上限溫度），可降低晶間腐蝕傾向，提高鋼的抗應力腐蝕性能。

四、奧氏體-鐵素體雙相不銹鋼

在奧氏體不銹鋼的基礎上，適當增加Cr含量，降低Ni含量，配合回流處理，獲得奧氏體和鐵素體雙相組織（含40-60%δ-鐵素體）不銹鋼雙相不銹鋼具有良好的焊接性，焊后無需熱處理，不易發生晶間腐蝕和應力腐蝕。但因Cr含量高，易形成σ相，使用時應注意。雙相不銹鋼廣泛用于煤化工裝置的高溫、高壓、大流量氧氣管道，以及煉油加氫裝置高壓空冷前后的反應產物管道。

五、沉淀硬化不銹鋼

沉淀硬化不銹鋼（鋼）是指根據不銹鋼的化學成分添加不同種類和數量的強化元素，通過沉淀析出不同種類和數量的碳化物、氮化物、碳氮化物和金屬間化合物硬化過程。 ，一種既能提高鋼的強度又能保持足夠韌性的高強度不銹鋼，簡稱PH鋼。沉淀硬化不銹鋼按其基體的金相組織可分為馬氏體、半奧氏體和奧氏體三種。壓力管道工程中常用的是17-4PH，用于閥芯或高強度螺栓。