Izuzetna otpornost na koroziju od nehrđajućeg čelika proizlazi iz sinergijskih efekata jedinstvenog hemijskog sastava, mikrostrukture i pasivnog filma formiran na njenoj površini. Ispod je višedimenzionalna analiza osnovnih naučnih principa.
I. Legura Sastav: Postavljanje temelja za otpornost na koroziju
Hromijum (CR): "arhitekta" pasivnog filma
Kritični sadržaj: Kada sadržaj kroma od nehrđajućeg čelika prelazi 10,5%, pokreće "fenomen pasiviranja".
Mehanizam: Hrom ima snažan afinitet za kisik. U zraku brzo reagira sa kisikom da bi se formirao izuzetno tanak (nanometar-skala), ali gust oksidni film prvenstveno sastoji se od cr. Ovaj pasivni film djeluje kao snažan oklop, efikasno blokira korozivne medije (npr., Kisik, vodu) da se obratite metalnom podlogu.
Sposobnost samoteljenja: Čak i ako je pasivni film oštećen (npr. Mehanički habanje), hrom može brzo regenerirati novi oksidni film u prisustvu kisika, postizanje "samo-izlječenja".
Nikal (ni): "optimizator" kristalne strukture
Stabilizacija austenitne strukture: Nikl proširuje regiju austenitne faze, promovirajući formiranje jedne austenitne strukture (npr. 304 nehrđajućeg čelika). Ova homogena struktura smanjuje potencijalne razlike između faza, minimizirajući vjerojatnost elektrohemijske korozije.
Poboljšanje sveobuhvatnih svojstava: Nikal poboljšava otpornost na žilavost i kiselina od nehrđajućeg čelika, posebno u nešidizirajućim kiselinama (npr., Razblažena sumporna kiselina).
Molibden (mo): "čuvar" protiv lokalizirane korozije
Povećavanje otpornosti na otpor: U okruženjima koja sadrže hlorid-jon (npr. Morsku vodu, solju rješenja), nehrđajući čelik je skloni koroziji u pitanju. Molibden je stabilizira pasivni film u CL⁻ okruženjima. Na primjer, 316 nehrđajućeg čelika (s MO) izlaže značajno bolje otpornost na udaranje od 304 nehrđajućeg čelika.
Jačanje otpornosti na koroziju Crevece: Mo inhibira akumulaciju korozivnih medija u pukotinama (npr. Prirubnički spojevi), efikasno sprečavajući koroziju pukovnika.
Uloge drugih elemenata
Titanijum (TI) i Niobium (NB): Ovi se elementi preferencijalno vežu sa ugljikom koji formiraju stabilne karbide (npr. TIC), sprečavajući da ugljik reagira s hrom u obliku crpke. To izbjegava iscrpljivanje kroma na graničnim granicama i ublažava intergranularna korozija (npr. 321 nehrđajući čelik).
Azot (n): Dušik može djelomično zamijeniti nikl za stabilizaciju austenitne strukture tijekom poboljšanja čvrstoće i otpornosti na koroziju (npr. U dupleksnim nehrđajućim čelicima).
II. Mikrostruktura: Ključni faktor koji utječe na korozivne puteve
Otpornost na koroziju od nehrđajućeg čelika usko je vezan za njegovu mikrostrukturu, sa različitim strukturama koji pokazuju različitu osjetljivost na koroziju:
Austenitni nehrđajući čelici (npr. 304, 316)
Jednofazna prednost: Njihovu homogenu austenitnu strukturu nedostaju značajne potencijalne razlike, što ih čini manje podložnim elektrohemijskoj koroziji.
Karakteristike obrade: Ovi čelici nude dobru plastičnost i zavarivanje. Međutim, grijanje unutar raspona temperature osjetljivosti (450-850 stepeni) može precipetirati crpku, što dovodi do intergranularne korozije. To se može ublažiti dodavanjem TI / NB ili izvođenja rješenja za žarljivosti.
Feritni nehrđajući čelici (npr. 430)
Sadržaj visokog kroma: Obično sadrže 11-17% hrom, oni pokazuju dobru koroziju i oksidacijsku otpornost, ali nižu plastičnost.
Ponašanje korozije: Ferit-karbidna sučelja u njihovoj mikrostrukturi mogu se proći izlektivne korozije u snažno korozivnim medijima.
Martenšitski nehrđajući čelici (npr., 410)
Sadržaj visokog ugljika: KUTANI OBRAZAČA MARTENSTINSKE STRUKTURE, NUKA VISOKA Snaga, ali loša otpornost na koroziju. Oni se uglavnom koriste u aplikacijama za prioritet mehaničkim svojstvima preko otpornosti na koroziju (npr. Pribor za jelo).
Duplex nehrđajući čelici (npr. 2205)
Dvofazna sinergija: Sastoji se od približno 50% austenita i 50% ferita, oni pokazuju vrhunsku otpornost na pucanje korozije i stresa (SCC) u odnosu na jednofazne čelike, zajedno s većom čvrstoćom.
III. Pasivni film: osnovna barijera protiv korozije
Svojstva pasivnog filma
Ultra tanak i gust: Sa debljinom od samo 1-3 Nm, film se sastoji od crtove i manjih feo / nio, efikasno blokira jonsku difuziju.
Ponašanje poluvodiča: Cr₂o₃ djeluje kao n-tipa poluvodič sa gustoćom male oštećenja, inhibiraju migraciju elektrona i smanjenje struje korozije.
Uvjeti formiranja pasivnog filma
Zahtev za kisik: Pasivacija zahtijeva okruženje bogato kiseonikom. Otpornost na koroziju opada u uvjetima lišenim kisikom (npr. Zaptiveni spremnici sa rješenjima).
PH uticaj: Pasivni film je stabilan u neutralnom ili slabo kiselom okruženju. U snažno kiselim (npr., Klorovodoničnom kiselinom) ili alkalnim uvjetima, film se može otopiti, zahtijevati legirane elemente (npr. Mo) za poboljšanje otpornosti na koroziju.
IV. Suzbijanje elektrohemijske korozije: blokiranje korozije na izvoru
Podizanje potencijala elektrode
Chromium povećava potencijal elektrode od željeza od otprilike -0. 5 v (vs. Standard vodikov elektroda) do +0. 2 V, smanjujući tendenciju metala da djeluje kao anoda i korodira.
Minimiziranje mikrocell formacije
Homogene strukture (npr. Jednostruki Austenit ili feritni) smanjuju potencijalne razlike između faza. Legiranje i rješenje za žarenje homogenizacije Sastav, spuštanje razlika hemijske aktivnosti između granica žita i žitarica za inhibiranje mikrocell korozije.
Efekat katodne zaštite
Kada kontaktiranih od nehrđajućeg čelika, drugi metali, djeluje kao katoda (zaštićena) ako je njegov potencijal elektrode veći. Na primjer, kada je uparen aluminijskim, aluminijskim kororodima, štiteći nehrđajući čelik.
V. zajedničke vrste korozije i kontramjere
| Tip korozije | Mehanizam | Protumjere od nehrđajućeg čelika |
|---|---|---|
| Jedinstvena korozija | Korozija se javlja ravnomjerno po površini | Oslanja se na pasivni film iz CR-a za blokiranje korozivnih medija |
| Pitting korozija | Hloridni joni oštećuju pasivni film, formirajući lokalizirane korozijske jame | Dodajte MO (npr. 316 nehrđajućeg čelika) za stabilizaciju pasivnog filma u Cl⁻ |
| Intergranularna korozija | Cr₂₃c₆ taložava u graničnim granirama, uzrokujući iscrpljivanje hroma | Dodajte TI / NB za stabilizaciju ugljika ili koristite žarulje visokotemperaturne otopine |
| Stresna pukotina korozije (SCC) | Zatečeni stres i korozivni mediji izazivaju pucanje | Koristite dupleks nehrđajuće čelike (npr. 2205) za smanjenje koncentracije stresa ili donji niti sadržaja (npr. Feritni čelici) |
| Crevece Corrosion | Korozivni mediji akumuliraju u pukotinama (npr. Spojevi) | Izbjegavajte dizajn pukotine ili koristite nehrđajuće čelike koji sadrže MO-u poboljšanom otporu |
VI. Uticaj proizvodnih procesa i servisnih okruženja
Procesi toplinske obrade
Rješenje žarenje: Grijanje na visoke temperature (npr. 1050-1100 stepeni) rastvara karbide, nakon čega slijedi brzo hlađenje kako bi se postigla homogena jednofazna struktura i spriječiti intergranularna korozija.
Tretman stabilizacije: Za čelike koji sadrže TI / NB (npr. 321), grijanje na 850-900 stepeni promovira oborinu TIC-a, sprečavajući crvoc₆ formiranje.
Površinski tretman
Poliranje ili pasivnost smanjuje površinske nedostatke i nečistoće. Na primjer, odabir uklanja željeznu čipove od obrade kako bi se izbjeglo "mikrocell" formiranje.
Faktori okoline
Tip medija: 304 Nehrđajući čelik izvodi dobro u dušičnoj kiselini (oksidirajuća kiselina), ali zahtijeva MO (npr., 316) u klorovodičnu kiselinu (ne-oksidirajuća kiselina). Okrugovanje morske vode zahtijevaju visoke crteke CR / MO (npr. Super austenitni nehrđajući čelik 904L).
Temperatura i koncentracija: Veće temperature općenito ubrzavaju koroziju. Na primjer, 316 nehrđajući čelik može biti nedovoljan u sumpornoj kiselini visokoj temperaturi, koji zahtijeva legure viših razreda (npr. Hastelloy).
Zaključak: Višedimenzionalni sinergistički sistem otpora korozije
Otpornost na koroziju od nehrđajućeg čelika nastaje iz interakcije legure (proporcije CR-a, NI, MO itd.), Mikrostrukturnu kontrolu (jednofazni ili dupleksni), samoizgled pasivni filmski svojstva i optimizirani proizvodni procesi. Osnovna princip leži u formiranju stabilnog pasivnog filma kroz leguru i suzbijanje elektrohemijske korozije putem mikrostrukturne homogenizacije. U praksi odabirom odgovarajućeg tipa od nehrđajućeg čelika (npr. Mediji, temperaturu, stres) i kombiniranje kontrola procesa (npr. Privjesak za zavarivanje žarki) su kritični za maksimiziranje otpornosti na koroziju. Sa napretkom u tehnologiji materijala, novih nehrđajućih čelika (npr. Visokogen čelici, legure otporne na koroziju) šire aplikacije u ekstremnim okruženjima.