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性能和耐蝕性的影響。

　　表示不銹鋼法蘭的電化學性能時，經(jīng)常使用陽極極化曲線。縱坐標是電流密度，對應腐蝕速度。橫坐標是電位，對應金屬材料使用的環(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。

　　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，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。認為N作為N3-存在，具有阻礙Cl-離子導致鈍態(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)。