不銹鋼法蘭的耐蝕性

　　因為不銹鋼法蘭具有耐蝕性，所以稱其為不銹鋼，其耐蝕性的原因是表面生成厚度僅為3nm的鈍態(tài)膜。下面介紹主要合金元素對不銹鋼法蘭基本電化學(xué)性能和耐蝕性的影響。

　　表示不銹鋼法蘭的電化學(xué)性能時，經(jīng)常使用陽極極化曲線。縱坐標(biāo)是電流密度，對應(yīng)腐蝕速度。橫坐標(biāo)是電位，對應(yīng)金屬材料使用的環(huán)境。電流密度急劇降低時是鈍態(tài)區(qū)域，但Cr含量在10%以上時，鈍態(tài)區(qū)域向較低電位區(qū)域擴大，在日常生活環(huán)境產(chǎn)生的0V(SCE)附近鈍態(tài)化。這一變化，與從Cr含量10%開始，鈍態(tài)膜中的Cr急劇濃縮的現(xiàn)象對應(yīng)。

　　合金元素對不銹鋼法蘭耐蝕性的影響

　　合金元素對不銹鋼法蘭耐蝕性的影響很大，在此介紹主要影響元素。作為抑制鈍態(tài)化臨界電流密度的元素有Ni、Mo、Cu、Cr、N、Nb、Ti和V等。Cr、Mo、N、W、Si、Ti、Nb、V、Cu和Ni等使孔蝕電位上升。而Cr、Ni、W、Ti、Si使鈍態(tài)保持電流密度降低，提高鈍態(tài)膜的穩(wěn)定性。這些影響需要根據(jù)條件進行具體分析，為了提高耐蝕性需要在各個用途中驗證。下面說明在眾多的合金元素中經(jīng)常利用的Mo、Cu、Ni、N。

　　1)Mo是提高HCl等非氧化性酸中耐腐蝕性和耐孔蝕性最常使用的元素。根據(jù)XPS的表面分析，發(fā)現(xiàn)在鈍態(tài)區(qū)域濃縮的同時，伴有Cr的濃縮。Mo作為MoO4 2-溶解，成為抑制劑抑制活性溶解。添加Mo的JIS代表性鋼種有SUS316L(17Cr-13Ni-2Mo-0.02C)、SUS444(19Cr-2Mo-0.01C-0.2Nb)、SUS329J4L(25Cr-6.5Ni-3Mo-0.15N)等。

　　2)Cu是作為提高耐硫酸性的合金元素而添加的。在活化態(tài)的電位區(qū)域，以金屬狀態(tài)在表面選擇性濃縮，抑制基底的活性溶解，提高耐蝕性。最近有報告指出，在暴露環(huán)境下，Cu有促進鈍態(tài)膜中Cr濃縮的作用。添加Cu，提高耐蝕性的JIS鋼種有SUS315J2(18Cr-12Ni-3Si-2Cu-1Mo)和SUS443J1(21Cr-0.4Cu-0.01C-0.2Ti)等。

　　3)Ni也與Cu一樣以活化態(tài)濃縮，加速H 的還原反應(yīng)，促進鈍態(tài)化。還是比Fe高的平衡電位，交換電流密度也低，所以，腐蝕電位較高，起到降低溶解速度作用。

　　4)N的作用與其他合金元素不同，所以對其提高耐蝕性的機理進行了許多研究，其中以對鈍態(tài)膜的作用和抑制孔蝕作用為主。有報告指出，通過XPS等表面分析，鈍態(tài)膜中，特別是在與基底的界面N濃縮存在。認(rèn)為N作為N3-存在，具有阻礙Cl-離子導(dǎo)致鈍態(tài)膜損壞的作用。另外，還發(fā)現(xiàn)在抑制活性溶解的同時，促進Cr向鈍態(tài)膜中濃縮。

　　在孔蝕發(fā)生的初期階段，N在凹坑內(nèi)部活化態(tài)溶解，其溶解生成物NH4 阻止凹坑內(nèi)部的氧化，有助于鈍態(tài)膜再生，起到提高耐孔蝕性的作用。在較高電位中，溶解的N氧化，成為NO3-離子，起到抑制劑的作用。因此，使孔蝕電位上升的作用在孔蝕發(fā)生初期通過加速再鈍態(tài)化，抑制孔蝕發(fā)生和發(fā)展。

　　雖然許多合金元素對不銹鋼法蘭的耐局部腐蝕性都有影響，但耐蝕性指標(biāo)常用耐孔蝕性指數(shù)表示。

　　耐孔蝕性指數(shù)：Cr 3.3%Mo 16N(N只適用于奧氏體系和雙相系)

　　各合金元素的系數(shù)根據(jù)鋼種、腐蝕環(huán)境，再加上孔蝕或間隙腐蝕有些差異，有時也有其他元素的影響。因此，如果根據(jù)JIS鋼種的基本成分計算耐孔蝕性指數(shù)，可以大致比較各鋼種的耐局部侵蝕性。

　　不銹鋼法蘭的抗氧化性

　　不銹鋼法蘭不僅耐蝕性好，而且抗氧化性亦優(yōu)越。因含Cr量高，生成保護性的Cr2O3氧化膜，抑制氧化的發(fā)展。為了形成具有連續(xù)保護性的Cr2O3氧化膜，需要根據(jù)氧化條件確定高于臨界Cr濃度。在Fe-Cr合金中形成的氧化膜結(jié)構(gòu)依據(jù)Cr含量、溫度和氧分壓變化。在1000℃附近的常壓，根據(jù)近似氧分壓氧化時的狀態(tài)可知，形成穩(wěn)定的Cr2O3層的是Cr含量高于18%的鋼。代表性的抗氧化性不銹鋼法蘭是SUS310S(25Cr-20Ni)。