鉻是決定不銹鋼耐腐蝕性能的主要元素為什么鉻能決定不銹鋼的耐腐蝕性能?是不是含鉻的鋼都是不銹鋼?回答這個問題必須從金屬腐蝕說起。
金屬腐蝕可分為化學(xué)腐蝕和電化學(xué)腐蝕兩種。在高溫下金屬直接與空氣中的氧反應(yīng),生成氧化物,是一種化學(xué)腐蝕。在常溫下這種腐蝕進行得很緩慢,金屬的腐蝕主要是電化學(xué)腐蝕。
電化學(xué)腐蝕的本質(zhì)是金屬在介質(zhì)中離子化。以鐵為例,電化學(xué)腐蝕過程可表示為:
Fe-e=Fe++
一種金屬耐電化學(xué)腐蝕的能力,決定于本身的電極電位。電極電位越負,越易失去電子,發(fā)生離子化。電極電位越正,越不易失去電子,不易離子化。常見金屬的標準電極電位如表1-1。
表1-1 常見金屬的標準電極電位
金屬 | Al | Ti | Mn | Zn | Cr | Fe | Co | Ni | Pb | Cu | Ag | Au |
電位 | -1.66 | -1.63 | -1.18 | -0.763 | -0.74 | -0.44 | -0.277 | -0.25 | -0.126 | +0.334 | +0.799 | +1.50 |
鉻提高鋼耐腐蝕性能的個原因是鉻使鐵-鉻合金鋼的電極電位提高。當(dāng)鉻含量達到1/8、2/8、3/8……原子比時,鐵-鉻合金鋼的電極電位呈跳躍式的提高,這種變化規(guī)律叫n/8定律,如圖1-1所示。
當(dāng)鐵-鉻固溶體中鉻的原子含量達到12.5%(1/8)個突變值時,基體在FeSO4溶液中的電極電位由-0.56V跳增至+0.2V,通常把12.5%的原子含量作為不銹鋼的低含鉻量,換算成重量百分比則為: 12.5%×(鉻原子量/鐵原子量)=12.5%×52/55.8=11.65% 含鉻低于11.65%的鋼,一般不叫不銹鋼。
鉻提高鋼的耐蝕性能的**個原因是鐵-鉻合金鋼在氧化性介質(zhì)中極易形成一層致密的鈍化膜(FeO.Cr2O3),這層鈍化膜穩(wěn)定、完整,與基體金屬結(jié)合牢固,將基體與介質(zhì)完全隔開,從而有效地防止鋼進一步氧化或腐蝕。但在還原性介質(zhì)中,這層膜有破裂的傾向。
一般說來,不銹鋼的耐蝕性能和抗氧化性能是隨鉻含量的增加而增加的。從表1-2可以看出,鐵-鉻合金鋼在海洋大氣中的腐蝕隨鉻含量的增加而減少。圖1-2顯示鐵-鉻合金鋼在1000℃時,氧化失重與鉻含量的關(guān)系。
表1-2 鐵-鉻合金鋼在海洋大氣中腐蝕率與鉻含量關(guān)系 鉻是決定不銹鋼耐腐蝕性能的主要元素
鉻含量,% | 1 | 2 | 3 | 5 | 7 | 9 | 12 | 18.5 |
失重mg/dm2.24h | 6.79 | 5.50 | 4.44 | 3.0 | 2.78 | 2.49 | 0.20 | 0.04 |