耐蚀低合金钢课件.ppt

1、耐蚀低合金钢耐蚀低合金钢耐蚀低合金钢耐蚀低合金钢是低合金钢的一个重要分支。合金元素的添加主要是为了改善钢在不同腐蚀环境中的耐蚀性，一般合金元素总质量不超过5。耐蚀低合金钢尚属发展中的钢种，较成熟的耐蚀低合金钢主要有：耐大气腐蚀低合金钢；耐海水腐蚀低合金钢；耐硫酸露点腐蚀低合金钢；耐硫化物腐蚀低合金钢；其他耐蚀低合金钢，如耐高温、高压、耐氢钢及耐盐卤腐蚀的低合金钢等。耐蚀低合金钢的分类耐蚀低合金钢的分类耐大气腐蚀低合金钢耐大气腐蚀低合金钢耐大气腐蚀低合金钢又称耐候钢。为满足桥梁和车辆轻型薄壁化对高强钢的需求以及耐蚀性的要求，美国钢铁公司于1933年生产世界上最早的耐候钢Corten钢。随后德国和

2、英国分别进行了含铜、磷钢的大气暴露试验，证实了铜、磷在大气腐蚀中的作用。朝鲜战争后， 日本开始研制耐候钢，1957年铜系钢面世，1960年Cu-P-Ti系钢面世，1961年Cu-P-Cr系钢面世。至20世纪60 70年代，日本耐候钢的品种已经齐全。耐大气腐蚀低合金钢的发展历程耐大气腐蚀低合金钢的发展历程一、耐大气腐蚀低合金钢我国大气腐蚀用钢是20世纪60年代开始研制的。一般不含铬和镍，充分发挥资源特点，发展了铜系、磷钒系、磷稀土系与磷铌稀土系等耐大气腐蚀钢。武汉钢铁公司首先研制出含铜系列的耐大气腐蚀钢：16MnCu、09MnCuPTi等，除Cu系列钢外，包头钢铁公司、鞍山钢铁公司等还研究了磷钒

3、系：12MnPV、08MnPV钢；磷铌稀土系：10MnPNbRE等。耐候钢广泛应用于桥梁、钢轨、工业机械、汽车、输电铁塔、建筑以及市政工程如栏杆等。 耐大气腐蚀低合金钢耐大气腐蚀低合金钢耐大气腐蚀机理耐大气腐蚀机理耐大气腐蚀低合金钢耐大气腐蚀低合金钢合金元素对钢的耐大气腐蚀作用主要是改变锈层的晶体结合金元素对钢的耐大气腐蚀作用主要是改变锈层的晶体结构及降低缺陷，提高锈层的致密程度和对钢的附着力。构及降低缺陷，提高锈层的致密程度和对钢的附着力。钢在大气环境中的结构示意图钢在大气环境中的结构示意图常见合金元素的耐候性效果常见合金元素的耐候性效果耐大气腐蚀低合金钢耐大气腐蚀低合金钢u对提高耐候性有显

4、著效果的合金元素主要有Cu、P、Cru对提高耐候性稍有效果的元素有Ni、Mo、V、Ni、Ti等。u对通过耐候性没有效果的元素有C、Si、Mn、S。u尤为重要的是，这些合金元素复合添加，可以获得比单独添加更好的效果。耐大气腐蚀低合金钢耐大气腐蚀低合金钢铜是耐大气腐蚀低合金钢中最有效的元素铜是耐大气腐蚀低合金钢中最有效的元素，钢中的，钢中的w(Cu)一一般在般在0.2 0.5范围内。含铜钢在海洋大气和工业大气中比范围内。含铜钢在海洋大气和工业大气中比在乡村大气环境中耐蚀效果更好。在乡村大气环境中耐蚀效果更好。实践证明含铜钢是耐大气腐蚀的优良钢种。铜与合金元素实践证明含铜钢是耐大气腐蚀的优良钢种。铜

5、与合金元素P、Cr、Ni相配合的复合效果最佳，相配合的复合效果最佳，Corten钢为钢为Cu-P-Cr-Ni系低系低合金钢，其耐蚀性为碳钢的合金钢，其耐蚀性为碳钢的3 6倍。倍。耐大气腐蚀低合金钢耐大气腐蚀低合金钢磷在钢中通常被视为有害元素之一，但它在提高钢抗大气磷在钢中通常被视为有害元素之一，但它在提高钢抗大气腐蚀方面具有特殊的效果。这可能是腐蚀方面具有特殊的效果。这可能是由于由于P在促使锈层非在促使锈层非晶态转变具有独特的作用晶态转变具有独特的作用。一般认为。一般认为Cu、P复合效果更好。复合效果更好。一般一般w(P)为为0.06 0.10，过高会导致低温脆性。为，过高会导致低温脆性。为了

6、改善钢的焊接性，近年来国内外已趋向于降低了改善钢的焊接性，近年来国内外已趋向于降低P含量，含量，并用其他元素代替高并用其他元素代替高P。耐大气腐蚀低合金钢耐大气腐蚀低合金钢铬是提高低合金钢耐大气腐蚀性能的合金元素之一。一铬是提高低合金钢耐大气腐蚀性能的合金元素之一。一般般Cr与与Cu配合效果尤为明显。配合效果尤为明显。铬的作用是促进尖晶石型铬的作用是促进尖晶石型氧化物的生成，而铜的作用则是促使尖晶石型氧化物非氧化物的生成，而铜的作用则是促使尖晶石型氧化物非晶态化，二者共同作用使钢表面形成尖晶石型非晶态保晶态化，二者共同作用使钢表面形成尖晶石型非晶态保护膜。护膜。钼能有效提高钢抗大气腐蚀能力。当

7、钢中加入钼能有效提高钢抗大气腐蚀能力。当钢中加入w(Mo)0.4 0.5时，在大气环境下时，在大气环境下(尤其工业大气尤其工业大气)，可使钢，可使钢腐蚀速率降低腐蚀速率降低12以上。以上。 日本研究者的试验表明，在日本研究者的试验表明，在Cu-P钢中加入钢中加入Mo，表现出比加，表现出比加Cr或或Ni更为有益的效果。更为有益的效果。耐海水腐蚀低合金钢耐海水腐蚀低合金钢耐海水腐蚀低合金钢是海洋用钢耐海水腐蚀低合金钢是海洋用钢(包括中、高合金钢包括中、高合金钢)中所中所占比重最大的一类。由于海洋腐蚀的复杂性和环境条件难占比重最大的一类。由于海洋腐蚀的复杂性和环境条件难以模拟等特点，耐海水腐蚀钢发展

8、较晚。美国钢铁公司从以模拟等特点，耐海水腐蚀钢发展较晚。美国钢铁公司从1946年起研究了各种低合金耐海水钢，经历长达年起研究了各种低合金耐海水钢，经历长达18年后，年后，商品名为商品名为USS Mariner的耐海水腐蚀钢的耐海水腐蚀钢(Cu-Ni-P系系)才面才面世。它在海水飞溅带具有优良的耐蚀性，但在全浸带的耐世。它在海水飞溅带具有优良的耐蚀性，但在全浸带的耐蚀性与碳钢相当。由于其含蚀性与碳钢相当。由于其含P高，焊接性及低温韧性低，高，焊接性及低温韧性低，从而限制了它的应用。从而限制了它的应用。二、耐海水腐蚀低合金钢耐海水腐蚀低合金钢的发展历程耐海水腐蚀低合金钢的发展历程耐海水腐蚀低合金钢

9、耐海水腐蚀低合金钢这种技术在这种技术在1965年被富士制铁、八幡制铁和年被富士制铁、八幡制铁和1967年川崎年川崎制铁引入日本制铁引入日本,日本新日铁等在日本新日铁等在Mariner钢基础上研制出钢基础上研制出Mariloy钢等系列钢等系列 (Cu-Cr-P系、系、Cu-Cr-AI-P系、系、Cu-Cr-Mo系系)耐海水低合金钢。日本耐海水钢的耐海水低合金钢。日本耐海水钢的特征特征是主要元素是主要元素不含不含Ni，为提高耐蚀性而含，为提高耐蚀性而含Cr。前苏联用于造船的前苏联用于造船的CX-4钢有较好的耐海水腐蚀性能，钢有较好的耐海水腐蚀性能，它属于它属于Cr-Ni-Si系列钢。系列钢。耐海水

10、腐蚀低合金钢耐海水腐蚀低合金钢我国系统研究耐海水腐蚀低合金钢已有近我国系统研究耐海水腐蚀低合金钢已有近30年的历史，年的历史，现有现有16个钢种已进行了耐海水腐蚀的统一评定试验，并个钢种已进行了耐海水腐蚀的统一评定试验，并已投产使用。已投产使用。我国各种耐海水腐蚀钢种的性能特点是：我国各种耐海水腐蚀钢种的性能特点是：含含Cu与高与高P的的钢间浸耐蚀性较好；含钢间浸耐蚀性较好；含Cr、Al的钢全浸耐蚀性较好。的钢全浸耐蚀性较好。海洋环境是非常复杂的，其影响因素较多，因此讨论合金海洋环境是非常复杂的，其影响因素较多，因此讨论合金元素在耐海水腐蚀钢中的作用时，必须结合海洋环境。目元素在耐海水腐蚀钢中

11、的作用时，必须结合海洋环境。目前比较一致的看法是前比较一致的看法是合金元素富集在锈层中，降低了锈层合金元素富集在锈层中，降低了锈层的氧化物晶体缺陷、改变其形态及分布，形成致密、黏附的氧化物晶体缺陷、改变其形态及分布，形成致密、黏附性牢的锈层，阻碍性牢的锈层，阻碍Cl-、O2、H2O向钢表面扩散，从而提高向钢表面扩散，从而提高耐海水腐蚀性能。耐海水腐蚀性能。耐海水腐蚀低合金钢耐海水腐蚀低合金钢耐海水腐蚀的机理耐海水腐蚀的机理耐海水腐蚀低合金钢耐海水腐蚀低合金钢综合有关研究结果，在浅海中全浸条件下，能提高综合有关研究结果，在浅海中全浸条件下，能提高钢的耐蚀性的合金元素有钢的耐蚀性的合金元素有Cr、

12、Al、Si、P、Cu、Mn、Mo、Nb、V等，其中，以前几种元素较为重要，尤等，其中，以前几种元素较为重要，尤以以Cr的作用最为显著，当的作用最为显著，当Cr与与Al复合加入钢中或复合加入钢中或Cr与与Al、Mo、Si共同加入时，耐海水腐蚀性能更好。共同加入时，耐海水腐蚀性能更好。提高耐蚀性的合金元素提高耐蚀性的合金元素含铬低合金钢在海水中的腐蚀含铬低合金钢在海水中的腐蚀耐海水腐蚀低合金钢耐海水腐蚀低合金钢含铬低合金钢在海水中短期浸泡的耐蚀性比碳钢好，长期含铬低合金钢在海水中短期浸泡的耐蚀性比碳钢好，长期浸泡的耐蚀性比碳钢差。碳钢的腐蚀率随时间逐渐下降，浸泡的耐蚀性比碳钢差。碳钢的腐蚀率随时间

13、逐渐下降，而含铬低合金钢的腐蚀率随时间逐渐上升。铬元素使钢在而含铬低合金钢的腐蚀率随时间逐渐上升。铬元素使钢在海水中的初始腐蚀率降低，但它同时改变了钢的腐蚀率随海水中的初始腐蚀率降低，但它同时改变了钢的腐蚀率随时间下降的性质，使钢的腐蚀率逐渐上升，从而导致含铬时间下降的性质，使钢的腐蚀率逐渐上升，从而导致含铬低合金钢在海水中长期暴露的耐蚀性与碳钢发生低合金钢在海水中长期暴露的耐蚀性与碳钢发生逆转。逆转。耐海水腐蚀低合金钢耐海水腐蚀低合金钢耐海水腐蚀低合金钢耐海水腐蚀低合金钢含铬低合金钢的耐蚀性逆转是由于其腐蚀率随时间上升含铬低合金钢的耐蚀性逆转是由于其腐蚀率随时间上升(10CrCuSiV例外例

14、外)所致。所致。三、耐硫酸露点腐蚀低合金钢耐硫酸露点腐蚀低合金钢耐硫酸露点腐蚀低合金钢在采用高硫重油或煤作燃料的锅炉燃气中，常含有在采用高硫重油或煤作燃料的锅炉燃气中，常含有SO2及及SO3。在锅炉的低温部位。在锅炉的低温部位(如省煤器、空气预热器、烟如省煤器、空气预热器、烟道等气体温度下降部位道等气体温度下降部位)，由于，由于SO3与水汽作用而凝结成与水汽作用而凝结成H2SO4，引起这些部件腐蚀，称为，引起这些部件腐蚀，称为硫酸露点腐蚀硫酸露点腐蚀。燃气。燃气中中SO3含量超过含量超过6010-6，可以使环境的露点升高至，可以使环境的露点升高至150170。当金属部件表面温度低于露点时，。当

15、金属部件表面温度低于露点时，SO3与与水汽形成的硫酸就会凝集在其上面，造成锅炉系统严重水汽形成的硫酸就会凝集在其上面，造成锅炉系统严重腐蚀，如空气预热器的管壁穿孔腐蚀。腐蚀，如空气预热器的管壁穿孔腐蚀。耐硫酸露点腐蚀低合金钢耐硫酸露点腐蚀低合金钢u在在20世纪世纪40年代，欧美国家开始了对硫酸露点腐蚀的研年代，欧美国家开始了对硫酸露点腐蚀的研究；究；u因以重油为为燃料的火力发电厂急剧增加，硫酸露点腐蚀因以重油为为燃料的火力发电厂急剧增加，硫酸露点腐蚀则成为生产中的问题，于则成为生产中的问题，于1955年起日本开始了露点腐蚀年起日本开始了露点腐蚀的研究；的研究；u我国在硫酸露点腐蚀研究方面较晚，

16、在我国在硫酸露点腐蚀研究方面较晚，在20世纪世纪80年代以年代以来，许多锅炉已改烧重油，硫酸露点腐蚀问题开始受到重来，许多锅炉已改烧重油，硫酸露点腐蚀问题开始受到重视。视。硫酸露点腐蚀的机理硫酸露点腐蚀的机理耐硫酸露点腐蚀低合金钢耐硫酸露点腐蚀低合金钢锅炉低温部件的硫酸露点腐蚀受燃气中锅炉低温部件的硫酸露点腐蚀受燃气中SO3含量、含量、露点及金属表面温度的影响。当露点及金属表面温度的影响。当金属表面温度低于金属表面温度低于露点时露点时，燃气中含有的，燃气中含有的SO3和水蒸气就以和水蒸气就以H2SO4形形式凝结在金属表面上。而燃气中的式凝结在金属表面上。而燃气中的SO3量则主要取量则主要取决于

17、燃料中的含硫量及空气过剩系数。油中含硫量决于燃料中的含硫量及空气过剩系数。油中含硫量愈高，空气过剩量愈高，则生成的愈高，空气过剩量愈高，则生成的SO3量愈多。其量愈多。其反应过程如下：反应过程如下：耐硫酸露点腐蚀钢耐硫酸露点腐蚀钢耐硫酸露点腐蚀低合金钢耐硫酸露点腐蚀低合金钢硫酸露点腐蚀是在高温、高硫酸露点腐蚀是在高温、高H2SO4浓度下发生的，因此根据浓度下发生的，因此根据硫酸露点腐蚀特点，对钢的化学成分要进行适当调整。硫酸露点腐蚀特点，对钢的化学成分要进行适当调整。研究表明，降低硫酸露点腐蚀的最重要的合金元素仍然是研究表明，降低硫酸露点腐蚀的最重要的合金元素仍然是铜铜、铬铬及及硼硼。Cu已经

18、成为所开发的全部耐硫酸露点腐蚀钢的基已经成为所开发的全部耐硫酸露点腐蚀钢的基本成分之一，一般本成分之一，一般w(Cu)=0.2 0.6 、w(Cr)1 1.5为宜。为宜。各元素的耐蚀效果各元素的耐蚀效果耐硫酸露点腐蚀低合金钢耐硫酸露点腐蚀低合金钢u对提高耐蚀性有效果的元素有对提高耐蚀性有效果的元素有Sb、Se、As，其中，其中As的效果的效果显著；显著；u对提高耐蚀性稍有效果的元素有对提高耐蚀性稍有效果的元素有Si；u对耐蚀性几乎没有影响的元素有对耐蚀性几乎没有影响的元素有Sn、Bi、Te；u使耐蚀性稍微降低的元素有使耐蚀性稍微降低的元素有C、Mn；u使耐蚀性降低的元素有使耐蚀性降低的元素有C

19、r、Ni；u使耐蚀性显著降低的元素有使耐蚀性显著降低的元素有P、S、Ti、Mo。耐硫酸露点腐蚀低合金钢耐硫酸露点腐蚀低合金钢合理配比的合金元素加入能够使钢在腐蚀过程中生成富含合理配比的合金元素加入能够使钢在腐蚀过程中生成富含Cu，Cr，Sb，Ti等添加元素的等添加元素的致密腐蚀产物致密腐蚀产物并且并且使腐蚀电位向钝使腐蚀电位向钝化区移动化区移动同时同时保持相对较低的维持钝化的电流保持相对较低的维持钝化的电流，这是耐硫酸露，这是耐硫酸露点腐蚀钢耐蚀的根本前提条件。点腐蚀钢耐蚀的根本前提条件。另外，合金成分中的元素偏析将严重影响耐硫酸露点腐蚀钢的另外，合金成分中的元素偏析将严重影响耐硫酸露点腐蚀钢的耐蚀性能，甚至会发生局部腐蚀。耐蚀性能，甚至会发生局部腐蚀。耐蚀低合金钢耐蚀低合金钢 参考文献参考文献材料的腐蚀与防护 曾荣昌 韩恩厚 等编著；低合金耐硫酸露点腐蚀钢的性能和应用 钱余海 李自刚 杨阿娜；碳钢和耐候钢的大气腐蚀 李巧霞 王振尧 韩薇 韩恩厚；含铬低合金钢在海水中的腐蚀研究 黄桂桥 戴明安。