一、孔蚀
孔蚀指在金属表面上局部形成的具有一定深度的小孔或锈斑腐蚀,在许多资料上,也叫点蚀。孔蚀常常被锈层、腐蚀产物等覆盖,因而难以发现。孔蚀一般系在特定的腐蚀介质中产生,特别是在含有Cl-(包括Br-,I-)离子的介质中产生。孔蚀不仅可导致设备、管线等穿孔而破坏,而且常常诱发晶间腐蚀、应力腐蚀破裂和腐蚀疲劳。
一般认为,不锈钢的孔蚀是在金属表面非金属夹杂物、析出相、晶界、位错露头等缺陷处,由于此处钝化膜较脆弱,在特定腐蚀介质作用下,钝化膜修复能力差而造成的破坏。孔蚀的出现包括成核和扩展两个阶段,现以钢的表面上存在硫化锰夹杂为例简述如下。孔蚀的成核。在溶液中有Cl-存在时,金属表面有硫化锰夹杂的部位,由于难以钝化和再钝化而产生优先溶解并形成小孔坑,硫化物溶解产生H+(或硫化氢),对金属的新鲜表面产生活化作用,阻止小蚀坑的再钝化,使其继续溶解,蚀坑溶解到超过临界尺寸(数十微米),便成为孔蚀源。
孔蚀的扩展。孔蚀源形成后,溶解下来的金属离子会产生水解而生成H+并使局部溶液的pH值下降,进而又加速金属的溶解,使孔坑进一步扩大、加深。随着腐蚀孔的加深并由于腐蚀产物覆盖了蚀坑口,从而使腐蚀孔物质迁移困难,导致腐蚀孔内pH值的进一步降低,同时,Cl-在腐蚀孔内富集,使腐蚀孔进一步加速扩大并加深,最后形成孔蚀。溶液中Cl-浓度升高、温度升高及pH值下降都使孔蚀容易产生且加速腐蚀。铬、钼、氮等元素对提高不锈钢耐孔蚀性能非常有效,目前人们多用孔蚀抗力当量PRE值来表示不锈钢的耐孔蚀能力,PRE值可根据钢的化学成分计算,PRE值越高,钢的耐孔蚀性能越好。
PRE=%Cr+3.3×%Mo+(13~30)×%N
提高不锈钢的纯度,降低钢中气体和非金属夹杂物的含量,可提高耐孔蚀性能,降低钢中的组织不均匀性,减少M23C6等碳化物和o、X相等金属间相析出,减少各种缺陷都可以提高耐孔蚀性能。
二、缝隙腐蚀
金属表面上由于存在异物或结构上的原因而形成缝隙,使缝隙内溶液中与腐蚀有关的物质迁移困难,所引起的缝隙内金属的腐蚀,总称为缝隙腐蚀。几乎所有金属和所有的腐蚀介质都有可能产生缝隙腐蚀,缝隙尺寸有一定的要求,即要使缝隙内外溶液之间的物质迁移发生困难,同时溶液又能进入缝隙内。缝隙一般在0.025~0.1mm之间,就可能发生缝隙腐蚀。腐蚀形态从缝隙内金属的孔蚀到均匀腐蚀都有。
缝隙腐蚀可分为孔蚀型缝隙腐蚀和活化型缝隙腐蚀两种。孔蚀型缝隙腐蚀是由孔蚀起源的,这种腐蚀过程中,缝隙内溶液中金属盐的浓缩,使缝隙内金属表面钝化膜发生氧化性破坏(被击穿),产生由孔蚀起源的缝隙腐蚀。活化型缝隙腐蚀是由于缝隙的存在,缝隙内溶液组成物质迁移产生困难。例如,溶液中的溶解氧只能通过扩散才能进入,而且扩散缓慢,为维持不锈钢钝态,缝隙内溶解氧迅速消耗掉,而又得不到及时补充,当缝隙内溶解氧降到一定程度时,致使不锈钢表面钝化膜开始还原性溶解,这种溶解的结果使腐蚀产物金属盐逐渐浓缩,通过水解,缝隙内溶液的pH值急剧下降,当pH值降低到溶液不能使不锈钢维持钝态的临界pH值时,缝隙内不锈钢表面的钝化膜产生还原性破坏而形成缝隙腐蚀。
为防止缝隙腐蚀,主要是在结构设计中尽量避免形成缝隙,避免造成容易产生表面沉积的几何条件,选择合适材料。对于不锈钢来说,提高铬、钼含量,有利于耐腐蚀性能,有的资料提出,不锈钢耐缝隙腐蚀的当量为%Cr+3.3×%Mo+30×%N。尽管有高铬、钼含量各类不锈钢,但它们的耐缝隙腐蚀仍不十分理想,一般认为,高铬、钼镍基合金或铁镍基合金有很好的耐腐蚀性能,如 Iconel 625、 Hastelloy C-276、 Hastelloy C-4 等合金。