Izuzetna otpornost na koroziju od nehrđajućeg čelika proizlazi iz sinergističkih učinaka njegovog jedinstvenog kemijskog sastava, mikrostrukture i pasivnog filma formiranog na njegovoj površini . ispod je višedimenzionalna analiza temeljnih znanstvenih principa .
I . sastav legura: Postavljanje temelja za otpor korozije
Krom (CR): "Arhitekt" pasivnog filma
Kritični sadržaj: Kad sadržaj kroma u nehrđajućem čeliku prelazi 10 . 5%, on pokreće "fenomen pasivacije".
Mehanizam: Krom ima snažan afinitet za kisik . u zraku, brzo reagira s kisikom kako bi tvorio izuzetno tanak (nanometar-skala), a opet gusti oksidni film koji se prvenstveno sastavljen od Cr₂o₃., ovaj pasivni film As A Robust As Ashor, Effecticy Corrosive Media ( kisik, voda) od kontakta s metalnom supstratom .
Sposobnost samoizlječenja: Čak i ako je pasivni film oštećen (e . g ., mehaničkim trošenjem), kromim može brzo regenerirati novi oksidni film u prisutnosti kisika, postižući "samoizlječenje ."
Nikal (Ni): "Optimizator" kristalne strukture
Stabilizirajući austenitsku strukturu: Nikal proširuje regiju Austenitske faze, promičući formiranje jedne austenitske strukture (e .} g ., 304 nehrđajući čelik) . Ova homogena struktura smanjuje potencijalne razlike između faza {4 minimaliziranjem electhemcal -a i minimaliziranjem electoremske
Poboljšanje sveobuhvatnih svojstava: Nikl poboljšava žilavost i otpornost na kiselinu nehrđajućeg čelika, posebno u neoksidirajućim kiselinama (e . g ., razrijeđenu sumpornu kiselinu) .
Molibden (MO): "Čuvar" protiv lokalizirane korozije
Povećavanje otpora za jačanje: In chloride-ion-containing environments (e.g., seawater, salt solutions), stainless steel is prone to pitting corrosion. Molybdenum stabilizes the passive film in Cl⁻ environments. For example, 316 stainless steel (with Mo) exhibits significantly better pitting resistance than 304 stainless čelik .
Jačanje otpornosti na koroziju pukotina: MO inhibira akumulaciju korozivnih medija u pukotinama (e . g ., prirubnice), učinkovito sprječavajući koroziju pukotine .
Uloge drugih elemenata
Titanium (Ti) i Niobium (NB): Ovi se elementi preferirano vežu s ugljikom da formiraju stabilne karbide (e {.} g ., tic), sprječavajući da ugljik reagira s kromom da bi tvorio Cr₂₃c₆. to izbjegava deslijed kromij (4 {e -a -a -a -a -a -a -a -a -a -a -a -a -a -a -a -a -a -a -{e -a -}. 321 nehrđajući čelik) .
Dušik (n): Dušik može djelomično zamijeniti nikl za stabiliziranje austenitske strukture, istovremeno povećavajući čvrstoću i otpornost na koroziju (e . g ., u dupleks nehrđajućem čeliku) .
Ii . Mikrostruktura: ključni faktor koji utječe na korozijske putove
Otpornost na koroziju od nehrđajućeg čelika usko je vezana za njegovu mikrostrukturu, a različite strukture pokazuju različitu osjetljivost na koroziju:
Austenitni nehrđajući čelici (e . g ., 304, 316)
Jednofazna prednost: Njihova homogena austenitna struktura nedostaje značajnih potencijalnih razlika, što ih čini manje osjetljivim na elektrokemijsku koroziju .
Karakteristike obrade: Ovi čelici nude dobru plastičnost i zavarivost . Međutim, grijanje unutar raspona temperature osjetljivosti (450–850 stupnjeva) može tagati Cr₂₃c₆, što dovodi do intergranularne korozije . to se može ublažiti dodavanjem ti/nb ili izvedbenog rješenja ANDEALING {{{{{{{{{{{{}.
Ferritni nehrđajući čelici (e . g ., 430)
Visoki sadržaj kroma: Obično sadrže 11–17% kroma, pokazuju dobru koroziju i oksidacijsku otpornost, ali nižu plastičnost .
Ponašanje korozije: Sučelja feritnog-karbida u njihovoj mikrostrukturi mogu proći selektivnu koroziju u snažno korozivnom mediju .
Martenzitski nehrđajući čelici (e . g ., 410)
Visok sadržaj ugljika: Ustizanje formira martenzitsku strukturu, nudeći visoku čvrstoću, ali lošu korozijsku otpornost ., uglavnom se koriste u aplikacijama koje prioritetno prioritetno prioritet mehaničkih svojstava nad korozijskom otporom (e . g ., sjedala) .
Dupleks nehrđajući čelici (e . g ., 2205)
Dvofazna sinergija: Sastavljeni od oko 50% austenita i 50% ferita, pokazuju vrhunski otpor na pucanje korozije i korozije stresa (SCC) u usporedbi s jednofaznim čelicima, zajedno s većom čvrstoćom .
Iii . Pasivni film: temeljna barijera protiv korozije
Svojstva pasivnog filma
Ultra tanki i gusti: S debljinom od samo 1–3 nm, film se sastoji od Cr₂o₃ i manjih FEO/NIO, učinkovito blokirajući ionsku difuziju .
Ponašanje poluvodiča: Cr₂o₃ djeluje kao poluvodič N-tipa s niskom gustoćom oštećenja, inhibira migraciju elektrona i smanjuje struju korozije .
Uvjeti formiranja pasivnog filma
Zahtjev za kisikom: Pasivacija zahtijeva okoliš bogato kisikom . otpor korozije smanjuje se u uvjetima spuštenim kisikom (e . g ., zapečaćeni spremnici s otopinama) .
PH Utjecaj: Pasivni film je stabilan u neutralnim ili slabo kiselim okruženjima . u snažno kiselom (e . g ., klorovodičnu kiselinu) ili alkalnim uvjetima, film može se otopiti, zahtijevati legure (E {} {} {} {} {} {} {} {} {} {} {}} Otpor .
Iv . suzbijanje elektrokemijske korozije: blokiranje korozije na izvoru
Podizanje potencijala elektroda
Krom povećava potencijal elektroda željeza približno -0.5 v (Vs . Standardna vodikovna elektroda) na +0.2 v, smanjujući tendenciju metala da djeluje kao anoda i koroda .
Minimiziranje stvaranja mikrocelije
Homogeneous structures (e.g., single austenite or ferrite) reduce potential differences between phases. Alloying and solution annealing homogenize the composition, lowering chemical activity differences between grain boundaries and grains to inhibit microcell corrosion.
Efekt katodne zaštite
Kad nehrđajući čelik kontaktira druge metale, djeluje kao katoda (zaštićena) ako je njegov elektrodni potencijal veći ., na primjer, kada je uparen s aluminijom, aluminijske korode preferirano, štiteći nehrđajući čelik .
V . uobičajene vrste korozije i protumjera
| Vrsta korozije | Mehanizam | Protumjere protiv nehrđajućeg čelika |
|---|---|---|
| Ujednačena korozija | Korozija se događa ravnomjerno na površini | Oslanja se na pasivni film koji potiče iz CR-a za blokiranje korozivnih medija |
| Korozija | Kloridni ioni oštećuju pasivni film, formirajući lokalizirane jame za koroziju | Dodajte MO (E . g ., 316 nehrđajući čelik) da stabilizira pasivni film u CL⁻ |
| Međugranularna korozija | Cr₂₃c₆ taloži na granicama zrna, uzrokujući iscrpljivanje kroma | Dodajte Ti/NB za stabilizaciju ugljika ili upotrebu visokih temperatura otopine |
| Pukotina korozije stresa (SCC) | Vučni stres i korozivni mediji izazivaju pucanje | Upotrijebite dupleks nehrđajući čelika (e . g ., 2205) za smanjenje koncentracije napona ili niže Ni sadržaj (e . g ., feritni čelika) |
| Korozija pukotine | Korozivni mediji akumuliraju se u pukotinama (e . g ., zglobovi) | Izbjegavajte dizajniranje pukotina ili upotrijebite nehrđajući čelici koji sadrže MO koji se sadrže za pojačani otpor |
Vi . Utjecaj proizvodnih procesa i uslužnih okruženja
Procesi toplinske obrade
Otopina: Grijanje na visoke temperature (e {.} g ., 1050–1100 stupnjeva) otapa karbide, nakon čega slijedi brzo hlađenje kako bi se postigla homogena jednofazna struktura i spriječila intergranularna korozija .
Stabilizacijski tretman: Za TI/NB čelike koje sadrže (E . g ., 321), grijanje na 850–900 stupnjeva promiče oborinu TIC-a, sprečavajući formaciju cr₂₃c₆ .
Površinski obrada
Poliranje ili pasivacija smanjuje površinske oštećenja i nečistoće . na primjer, kiselo kraljevstvo uklanja željezne čipove iz obrade kako bi se izbjeglo "Microcell" formacija .
Okolišni čimbenici
Medijska vrsta: 304 stainless steel performs well in nitric acid (oxidizing acid) but requires Mo (e.g., 316) in hydrochloric acid (non-oxidizing acid). Seawater environments demand high Cr/Mo steels (e.g., super austenitic stainless steel 904l) .
Temperatura i koncentracija: Veće temperature općenito ubrzavaju koroziju ., na primjer, 316 nehrđajući čelik može biti nedovoljno u visokotemperaturnoj razrijeđenoj sumpornoj kiselini, što zahtijeva legure višeg stupnja (e . g ., hastelloy) {{6}
Zaključak: Višedimenzionalni sinergistički sustav otpornosti na koroziju
Otpor korozije od nehrđajućeg čelika proizlazi iz interakcije dizajna legura (proporcije Cr, NI, MO itd. .), mikrostrukturne kontrole (jednofazna ili dupleksa), samo liječenja svojstava pasivnih filmova i suknjanja i 3}} u obliku jezgre u obliku osnovnog načela Mikrostrukturna homogenizacija . U praksi, odabir odgovarajućeg tipa od nehrđajućeg čelika na temelju okruženja korozije (e . g ., medij, temperatura, stres) i kombiniranje kontrola procesa (e {{7} {{8} su otopina na post-weld, post-weld S napretkom u tehnologiji materijala, novi nehrđajući čelici (e {. g ., čelika visokog dušika, legure otporne na koroziju) šire aplikacije u ekstremnim okruženjima .