201 不銹鋼和 304 不銹鋼是兩種應(yīng)用廣泛的奧氏體不銹鋼,二者在成分、性能、用途等方面有顯著差異,具體區(qū)別如下:
一、化學(xué)成分差異(核心區(qū)別)
兩種不銹鋼的主要合金元素(鉻、鎳、錳)含量不同,直接決定了性能差異:
元素 201 不銹鋼 304 不銹鋼 差異影響
鉻(Cr) 16%-18% 18%-20% 鉻是形成鈍化膜的關(guān)鍵元素,304 含鉻量更高,基礎(chǔ)耐蝕性更優(yōu)
鎳(Ni) 3.5%-5.5%(低鎳) 8%-10.5%(高鎳) 鎳能提升不銹鋼的抗腐蝕和韌性,304 因高鎳更耐蝕、延展性更好
錳(Mn) 5.5%-7.5%(高錳) ≤2%(低錳) 201 用錳替代部分鎳降低成本,但錳會(huì)降低抗氯化物腐蝕能力
碳(C) ≤0.15% ≤0.08% 304 含碳量更低,高溫下晶間腐蝕風(fēng)險(xiǎn)更小
二、性能差異
1. 耐腐蝕性(顯著差異)
201 不銹鋼:
耐蝕性較弱,尤其怕氯離子(如海水、鹽水、汗水),鈍化膜易被破壞,長(zhǎng)期在潮濕或高鹽環(huán)境中易生銹(如海邊、廚房水槽)。僅適合干燥、無腐蝕的室內(nèi)環(huán)境。
304 不銹鋼:
耐蝕性強(qiáng),能抵御大多數(shù)酸堿、鹽水和潮濕環(huán)境,鈍化膜穩(wěn)定,是 “食品級(jí)不銹鋼” 的常見選擇(如餐具、水杯、食品加工設(shè)備)。
舉例:在 3.5% 氯化鈉溶液(模擬海水)中,304 的腐蝕速率是 201 的 1/10-1/20。
2. 機(jī)械性能
強(qiáng)度與硬度:201 因高錳,強(qiáng)度(抗拉強(qiáng)度約 600MPa)和硬度(HV 約 200) 304(抗拉強(qiáng)度約 520MPa,HV 約 150),但韌性較差,彎曲時(shí)易開裂。
延展性:304 含鎳量高,延展性更好,可加工成復(fù)雜形狀(如拉伸成容器、彎曲成管件),201 延展性差,加工易變形或斷裂。
3. 耐熱性
201 在高溫下(超過 300℃)耐蝕性和強(qiáng)度下降明顯,易出現(xiàn)晶間腐蝕,不適合高溫場(chǎng)景。
304 可在 400℃以下長(zhǎng)期使用,耐熱性更優(yōu),適合烤箱、鍋爐等中低溫工況。
三、用途差異
201 不銹鋼 304 不銹鋼
- 室內(nèi)裝飾(樓梯扶手、護(hù)欄、防盜網(wǎng))
- 干燥環(huán)境下的結(jié)構(gòu)件(貨架、框架)
- 家電外殼(非接觸食品部分)
- 戶外臨時(shí)設(shè)施(短期使用) - 食品接觸設(shè)備(餐具、水杯、廚房水槽)
- 醫(yī)療器械(手術(shù)器械、消毒柜)
- 戶外建筑(幕墻、海邊設(shè)施)
- 化工管道、高溫水箱等耐蝕 / 耐熱場(chǎng)景
四、價(jià)格與成本
201 不銹鋼因鎳含量低、錳含量高,原材料成本比 304 低約 30%-50%,適合對(duì)成本敏感但對(duì)耐蝕性要求不高的場(chǎng)景;304 因性能更優(yōu),價(jià)格更高,適合對(duì)耐蝕性、安全性有嚴(yán)格要求的場(chǎng)景。
總結(jié)
201 不銹鋼是 “經(jīng)濟(jì)型選擇”,適合干燥、無腐蝕的簡(jiǎn)單場(chǎng)景;304 不銹鋼是 “選擇”,耐蝕性、安全性更優(yōu),適合食品接觸、潮濕或有腐蝕風(fēng)險(xiǎn)的場(chǎng)景。選擇時(shí)需根據(jù)使用環(huán)境、性能需求和預(yù)算綜合判斷。
304 不銹鋼作為應(yīng)用廣泛的奧氏體不銹鋼之一,因性能均衡被稱為 “通用型不銹鋼”,其優(yōu)缺點(diǎn)如下:
一、304 不銹鋼的優(yōu)點(diǎn)
耐腐蝕性,適用場(chǎng)景廣泛
核心原因:含鉻 18%-20%、鎳 8%-10.5%,鉻能在表面形成致密的氧化鈍化膜(Cr?O?),阻止內(nèi)部金屬被腐蝕;鎳則增強(qiáng)鈍化膜的穩(wěn)定性,提升抗酸堿、抗鹽霧能力。
具體表現(xiàn):能抵御大多數(shù)日常環(huán)境中的腐蝕(如自來水、潮濕空氣、弱酸弱堿),在 3.5% 氯化鈉溶液(模擬海水)中的腐蝕速率僅為 201 不銹鋼的 1/10-1/20,適合長(zhǎng)期在潮濕、輕度腐蝕環(huán)境中使用(如廚房水槽、戶外幕墻)。
安全認(rèn)證:符合 “食品級(jí)不銹鋼” 標(biāo)準(zhǔn)(如 GB 4806.9-2016),可直接接觸食品(餐具、水杯、食品加工設(shè)備),無重金屬析出風(fēng)險(xiǎn)。
韌性與延展性,加工性能好
延展性高:延伸率可達(dá) 40% 以上,能進(jìn)行深拉伸(如制成保溫杯、壓力容器)、彎曲、沖壓等復(fù)雜加工,不易開裂。
低溫韌性:在 - 196℃的低溫環(huán)境下仍保持良好韌性,無脆化風(fēng)險(xiǎn),適合低溫設(shè)備(如冷凍柜內(nèi)膽)。
高溫性能穩(wěn)定,適用中低溫場(chǎng)景
可在 400℃以下長(zhǎng)期使用,耐高溫氧化和晶間腐蝕(因含碳量≤0.08%,低于 201 的 0.15%),適合制作烤箱內(nèi)膽、熱水管道、蒸汽設(shè)備等。
使用壽命長(zhǎng),維護(hù)成本低
在干燥室內(nèi)環(huán)境中壽命可達(dá) 30 年以上,潮濕或戶外環(huán)境中也能使用 10-20 年,無需頻繁更換,長(zhǎng)期綜合成本可控。
外觀質(zhì)感佳,易清潔
表面光滑、光澤度高,污漬不易附著,日常用清水或中性清潔劑即可清潔,適合裝飾性場(chǎng)景(如電梯面板、家具五金)。
二、304 不銹鋼的缺點(diǎn)
成本較高,價(jià)格敏感場(chǎng)景不適用
因含鎳量高(鎳是貴金屬,價(jià)格波動(dòng)大),原材料成本比 201 不銹鋼高 30%-50%,比 430 不銹鋼高 20% 左右,不適合對(duì)價(jià)格極度敏感、無耐蝕需求的簡(jiǎn)單場(chǎng)景(如臨時(shí)貨架、護(hù)欄)。
強(qiáng)度和硬度中等,抗磨損性一般
抗拉強(qiáng)度約 520MPa,硬度(HV 約 150)低于 201 不銹鋼(HV 約 200)和馬氏體不銹鋼(如 440C),在高摩擦、高承重場(chǎng)景(如重型機(jī)械齒輪)中耐磨性不足,可能需要表面硬化處理(如鍍鉻)。
耐高濃度腐蝕介質(zhì)能力有限
雖耐弱酸弱堿,但無法抵御高濃度強(qiáng)酸(如硝酸、硫酸)、強(qiáng)堿(如濃氫氧化鈉)和氯離子濃度的環(huán)境(如海水長(zhǎng)期浸泡),此時(shí)需升級(jí)為 316 不銹鋼(含鉬元素,抗氯離子腐蝕更強(qiáng))。
存在 “不銹” 誤區(qū),仍可能生銹
若表面鈍化膜被破壞(如刮傷后未及時(shí)清潔、長(zhǎng)期接觸高鹽污垢),仍會(huì)發(fā)生局部銹蝕(需定期維護(hù));在工業(yè)污染嚴(yán)重(如酸雨頻發(fā))的地區(qū),耐蝕性會(huì)下降。
總結(jié)
304 不銹鋼是 “性能均衡的優(yōu)選”,尤其適合對(duì)耐蝕性、安全性、加工性有要求的場(chǎng)景(食品接觸、潮濕環(huán)境、裝飾件),但成本較高,強(qiáng)度和高濃度腐蝕抗性有限。選擇時(shí)需結(jié)合具體環(huán)境(腐蝕程度、溫度)、加工需求和預(yù)算綜合判斷。
304 不銹鋼的耐腐蝕性能隨溫度變化呈現(xiàn)顯著差異,不同介質(zhì)中的表現(xiàn)也各不相同。以下是基于實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)和行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)的具體分析:
一、不同溫度區(qū)間的典型腐蝕速率
1. 常溫環(huán)境(20-40℃)
鹽霧環(huán)境:根據(jù) ASTM B117 標(biāo)準(zhǔn),72 小時(shí)鹽霧試驗(yàn)后腐蝕速率約為 0.03mm / 年。
含氯水溶液:在含 Cl?濃度≤200mg/L 的水中,常溫下幾乎無腐蝕;若溫度超過 60℃,對(duì) 150mg/L 的 Cl?仍有耐腐蝕性。
弱酸性溶液:在 5% 鹽酸中浸泡 30 天,失重率為 1.8mg/cm2,表面出現(xiàn)點(diǎn)蝕。
2. 中溫環(huán)境(40-150℃)
硝酸溶液:
8% 硝酸中,溫度從 80℃升至 135℃時(shí),腐蝕速率從 0.005mm / 年增至 0.974mm / 年;20% 硝酸中,135℃時(shí)腐蝕速率達(dá) 4.216mm / 年。
蒸汽環(huán)境中的腐蝕速率顯著水溶液,且更易引發(fā)晶間腐蝕。
NaCl 溶液:
0.4% NaCl 溶液中,溫度每升高 10℃,點(diǎn)蝕電位下降約 30mV(如 10℃時(shí) 410mV,50℃時(shí) 300mV)。
濃度>0.4% 時(shí),點(diǎn)蝕風(fēng)險(xiǎn)顯著增加,且溫度升高會(huì)加速鈍化膜破壞。
3. 高溫環(huán)境(150-700℃)
環(huán)烷酸介質(zhì):在 240-330℃、酸值 1.1mg KOH/g 的環(huán)烷酸中,275℃時(shí)腐蝕速率大為 0.0308mm / 年,流速增加會(huì)進(jìn)一步加劇腐蝕。
硝酸熔鹽:565℃時(shí)腐蝕速率達(dá) 99.6×10??mg?cm?2?h?1,表面形成 Fe?O?和 (Fe,Cr)?O?氧化層。
FLiNaK 熔鹽:700℃下腐蝕深度約 90μm,單位面積失重 4.97mg/cm2,主要表現(xiàn)為晶界處鉻的選擇性流失。
4. 低溫環(huán)境(-196℃)
304 不銹鋼在 - 196℃下仍保持良好韌性,沖擊功保留率>80%,且無明顯腐蝕加速現(xiàn)象,適用于低溫儲(chǔ)存設(shè)備。
二、關(guān)鍵溫度閾值與腐蝕機(jī)制
敏化溫度區(qū)間(450-850℃)
在此溫度范圍內(nèi),碳與鉻結(jié)合形成 Cr??C?,導(dǎo)致晶界貧鉻(鉻含量<12%),引發(fā)晶間腐蝕。例如,長(zhǎng)期處于 600℃的部件可能在 1-2 年內(nèi)出現(xiàn)晶間腐蝕裂紋。
臨界點(diǎn)蝕溫度(CPT)
根據(jù) ASTM G48 標(biāo)準(zhǔn),304 不銹鋼在 6% FeCl?溶液中的 CPT 約為 25-30℃。溫度超過此值時(shí),點(diǎn)蝕敏感性顯著增加。
高溫氧化極限
800℃以上時(shí),抗氧化性能下降,表面氧化皮可能剝落;短期耐受溫度可達(dá) 900℃,但長(zhǎng)期使用建議不超過 870℃。
三、不同介質(zhì)中的溫度影響對(duì)比
介質(zhì)類型 溫度范圍 典型腐蝕速率(mm / 年) 關(guān)鍵影響機(jī)制
硝酸(20%) 80-135℃ 0.004(80℃)→4.216(135℃) 溫度升高促進(jìn)鈍化膜破壞和晶間腐蝕
NaCl 溶液(0.4%) 10-50℃ 點(diǎn)蝕電位下降 30mV/10℃ 溫度升高降低點(diǎn)蝕閾值
環(huán)烷酸 240-330℃ 0.0258(0.85m/s)→0.0385(3.4m/s) 流速與溫度協(xié)同加速腐蝕
硫酸(3%) 80℃ >11 高溫下鈍化膜失效
高溫高壓水 250-300℃ 0.01-0.05 氧化膜穩(wěn)定性隨溫度波動(dòng)
四、應(yīng)用建議與數(shù)據(jù)參考
常規(guī)環(huán)境:
常溫至 100℃:腐蝕速率<0.05mm / 年,可長(zhǎng)期使用(如食品加工設(shè)備)。
100-200℃:建議定期檢查晶間腐蝕風(fēng)險(xiǎn),尤其在焊接區(qū)域。
強(qiáng)腐蝕環(huán)境:
高溫硝酸或含 Cl?溶液:溫度>60℃時(shí)需嚴(yán)格控制 Cl?濃度(<150mg/L),并采用陰極保護(hù)。
硫酸環(huán)境:避免溫度>80℃,否則需改用 316L 或更高等級(jí)不銹鋼。
低溫應(yīng)用:
-196℃液氮環(huán)境:304 不銹鋼的力學(xué)性能和耐蝕性穩(wěn)定,適用于 LNG 儲(chǔ)罐。
五、數(shù)據(jù)來源與標(biāo)準(zhǔn)依據(jù)
ASTM B117:鹽霧試驗(yàn)標(biāo)準(zhǔn),提供常溫下的腐蝕速率基準(zhǔn)。
ASTM G48:臨界點(diǎn)蝕溫度測(cè)試方法,指導(dǎo)高溫含 Cl?環(huán)境的選材。
行業(yè)研究:如 304 不銹鋼在硝酸熔鹽中的腐蝕數(shù)據(jù)來自太陽能光熱發(fā)電系統(tǒng)的實(shí)測(cè)。
綜上,304 不銹鋼的耐腐蝕性隨溫度升高呈非線性下降,具體表現(xiàn)取決于介質(zhì)類型和溫度區(qū)間。實(shí)際應(yīng)用中需結(jié)合工況選擇材料,并參考上述數(shù)據(jù)制定維護(hù)策略。
304 不銹鋼在高溫環(huán)境下的耐腐蝕性能受多種因素協(xié)同影響,這些因素通過改變鈍化膜穩(wěn)定性、晶間結(jié)構(gòu)或介質(zhì)活性,直接影響腐蝕速率和類型。以下從核心影響因素及其作用機(jī)制展開分析,并結(jié)合實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)說明:
一、溫度本身的直接影響
溫度是高溫環(huán)境中核心的變量,其對(duì) 304 不銹鋼耐腐蝕性的影響呈現(xiàn) “非線性” 特征:
低溫高溫(100-450℃):溫度升高會(huì)加速腐蝕介質(zhì)的擴(kuò)散速率,使鈍化膜(Cr?O?)的溶解與修復(fù)平衡被打破,腐蝕速率隨溫度升高呈指數(shù)增長(zhǎng)。例如,在 0.4% NaCl 溶液中,溫度從 25℃升至 80℃時(shí),點(diǎn)蝕速率提升約 5 倍(ASTM G48 標(biāo)準(zhǔn)測(cè)試數(shù)據(jù))。
敏化溫度區(qū)間(450-850℃):此區(qū)間是 304 不銹鋼的 “危險(xiǎn)溫度帶”—— 碳會(huì)從固溶體中析出,與晶界處的鉻結(jié)合形成 Cr??C?碳化物,導(dǎo)致晶界鉻含量從 18% 降至 12% 以下(貧鉻區(qū)),引發(fā)晶間腐蝕。實(shí)驗(yàn)顯示,在 650℃下保溫 10 小時(shí),晶間腐蝕速率可達(dá) 0.12mm / 年(硝酸浸泡試驗(yàn)),而常溫下僅為 0.005mm / 年。
溫(850℃以上):鈍化膜(Cr?O?)穩(wěn)定性下降,可能因揮發(fā)或剝落失效,同時(shí)表面氧化從 “保護(hù)性氧化” 轉(zhuǎn)為 “破壞性氧化”。例如,900℃空氣中,304 的氧化速率是 800℃時(shí)的 3 倍,1000℃下 24 小時(shí)氧化失重可達(dá) 20mg/cm2。
二、介質(zhì)成分與濃度
高溫下,介質(zhì)的化學(xué)活性顯著增強(qiáng),其成分與濃度對(duì) 304 耐腐蝕性的影響遠(yuǎn)大于常溫:
氯離子(Cl?):高溫會(huì)大幅降低 304 的點(diǎn)蝕臨界電位(CPT)。例如,在 6% FeCl?溶液中,304 的臨界點(diǎn)蝕溫度(CPT)約為 25℃;而在高溫下,即使 Cl?濃度低至 50mg/L,60℃時(shí)也可能引發(fā)點(diǎn)蝕(腐蝕速率達(dá) 0.08mm / 年)。若溫度超過 80℃且 Cl?濃度>150mg/L,可能直接引發(fā)應(yīng)力腐蝕開裂(SCC)。
氧化性介質(zhì)(如硝酸):在稀硝酸(<20%)中,304 的鈍化膜在 80℃以下可穩(wěn)定存在(腐蝕速率<0.01mm / 年);但溫度升至 130℃時(shí),硝酸的強(qiáng)氧化性會(huì)破壞晶界結(jié)構(gòu),腐蝕速率驟增至 4.2mm / 年(數(shù)據(jù)源自 ASTM G28 晶間腐蝕試驗(yàn))。
還原性介質(zhì)(如硫酸、硫化氫):高溫下 304 的鈍化膜易被還原溶解。例如,在 3% 硫酸中,80℃時(shí)腐蝕速率>11mm / 年(完全失去耐腐蝕性),而常溫下僅為 0.5mm / 年。
三、晶間敏化與時(shí)間累積效應(yīng)
304 不銹鋼的晶間腐蝕風(fēng)險(xiǎn)與 “高溫停留時(shí)間” 直接相關(guān),核心機(jī)制是晶界貧鉻:
在敏化溫度區(qū)間(450-850℃),碳原子會(huì)向晶界擴(kuò)散并與鉻結(jié)合形成 Cr??C?,導(dǎo)致晶界鉻含量從 18% 降至<12%(耐蝕閾值)。停留時(shí)間越長(zhǎng),貧鉻層越厚,晶間腐蝕敏感性越高。
實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù):在 600℃下,保溫 1 小時(shí)后晶間腐蝕速率為 0.03mm / 年;保溫 100 小時(shí)后,速率升至 0.15mm / 年(硝酸 - 氫氟酸浸泡試驗(yàn))。
即使溫度低于 450℃,長(zhǎng)期高溫(如 300℃持續(xù) 10 年以上)也可能因 “低溫敏化” 導(dǎo)致晶界鉻逐漸消耗,耐腐蝕性緩慢下降。
四、應(yīng)力狀態(tài)與應(yīng)力腐蝕開裂(SCC)
高溫環(huán)境下,304 不銹鋼若承受拉應(yīng)力(如焊接殘余應(yīng)力、工作載荷),易在特定介質(zhì)中引發(fā)應(yīng)力腐蝕開裂,其敏感性隨溫度升高呈 “先增后穩(wěn)” 趨勢(shì):
氯離子 + 拉應(yīng)力:是 304 高溫應(yīng)力腐蝕的典型誘因。例如,在 100℃、含 Cl? 200mg/L 的水中,若存在 150MPa 拉應(yīng)力,304 的斷裂時(shí)間約為 500 小時(shí);溫度升至 150℃時(shí),斷裂時(shí)間縮短至 100 小時(shí)(ASTM G36 標(biāo)準(zhǔn)試驗(yàn))。
應(yīng)力方向:垂直于晶界的拉應(yīng)力更易促進(jìn)裂紋擴(kuò)展,尤其在已發(fā)生敏化的區(qū)域,裂紋會(huì)沿貧鉻晶界快速延伸。
五、表面狀態(tài)與氧化皮穩(wěn)定性
表面狀態(tài)通過影響腐蝕介質(zhì)的 “局部富集” 和鈍化膜完整性,間接影響高溫耐腐蝕性:
表面粗糙度:粗糙表面(如 Ra>1.6μm)易形成 “縫隙效應(yīng)”,高溫下縫隙內(nèi)介質(zhì)(如氯離子)濃度會(huì)因蒸發(fā)濃縮驟增(可達(dá)本體濃度的 10 倍以上),導(dǎo)致局部點(diǎn)蝕或縫隙腐蝕。例如,在 100℃鹽霧中,粗糙表面的腐蝕速率是光滑表面(Ra<0.8μm)的 3 倍。
氧化皮質(zhì)量:高溫下 304 表面會(huì)形成 Cr?O?-Fe?O?復(fù)合氧化皮,若溫度>800℃,氧化皮可能因熱應(yīng)力剝落,暴露的新鮮表面會(huì)加速腐蝕。例如,900℃空氣中,氧化皮每剝落一次,局部腐蝕速率可瞬間提升 5-10 倍。
六、介質(zhì)流速與沖刷作用
高溫下介質(zhì)流速對(duì) 304 耐腐蝕性的影響具有 “雙重性”:
低速(<1m/s):流速過低會(huì)導(dǎo)致腐蝕產(chǎn)物(如銹層)堆積,形成局部閉塞電池,加速點(diǎn)蝕。例如,在 200℃環(huán)烷酸中,流速 0.5m/s 時(shí)腐蝕速率為 0.02mm / 年;流速降至 0.1m/s 時(shí),速率升至 0.05mm / 年。
高速(>3m/s):高速介質(zhì)會(huì)沖刷鈍化膜,使表面持續(xù)暴露于新鮮腐蝕介質(zhì)中,引發(fā) “沖刷腐蝕”。例如,在 300℃環(huán)烷酸中,流速?gòu)?1m/s 升至 3m/s,腐蝕速率從 0.03mm / 年增至 0.08mm / 年(因環(huán)烷酸對(duì)金屬的溶解隨流速提升而增強(qiáng))。
七、合金元素的穩(wěn)定性
304 不銹鋼中鉻(18-20%)、鎳(8-10.5%)的高溫穩(wěn)定性直接決定耐腐蝕性:
鉻的消耗:在氧化環(huán)境中,鉻會(huì)形成 Cr?O?鈍化膜,高溫下若氧化速率超過鉻的擴(kuò)散速率,表面鉻含量會(huì)逐漸降低(從 18% 降至 10% 以下),導(dǎo)致耐蝕性驟降。例如,在 800℃空氣中,1000 小時(shí)后表面鉻含量下降 30%,腐蝕速率從 0.01mm / 年升至 0.08mm / 年。
鎳的作用:鎳可提升鈍化膜的柔韌性,但高溫下鎳的擴(kuò)散會(huì)加劇晶界貧鉻(與碳競(jìng)爭(zhēng)結(jié)合鉻),間接增加敏化風(fēng)險(xiǎn)。例如,在 650℃敏化條件下,鎳含量從 8% 升至 10%,晶間腐蝕速率提升 15%。
總結(jié):高溫環(huán)境下的核心影響邏輯
304 不銹鋼在高溫下的耐腐蝕性是溫度、介質(zhì)、應(yīng)力、時(shí)間的綜合結(jié)果:
溫度通過加速介質(zhì)活性和晶間擴(kuò)散,放大其他因素的影響;
氯離子、應(yīng)力、敏化是引發(fā)局部腐蝕(點(diǎn)蝕、晶間腐蝕、SCC)的 “關(guān)鍵誘因”;
表面狀態(tài)和流速則通過改變介質(zhì)分布和鈍化膜完整性,決定腐蝕的 “局部化程度”。
實(shí)際應(yīng)用中,需通過控制溫度(避免長(zhǎng)期處于 450-850℃)、降低介質(zhì)氯離子濃度(<100mg/L)、消除殘余應(yīng)力(如焊后固溶處理)等方式,緩解高溫對(duì)耐腐蝕性的負(fù)面影響。
304 不銹鋼是不銹鋼中常見的一種材質(zhì),屬于奧氏體型不銹鋼,業(yè)內(nèi)也叫做 18/8 不銹鋼。以下是其相關(guān)介紹:
化學(xué)成分:含有約 18% 鉻和 8% 鎳,此外還含有少量的錳、硅、磷、硫、碳等元素,其余為鐵,具體含量范圍為 Ni 8.0% - 10.5%、Cr 18.0% - 20.0%、Mn≤2.0%、Si≤1.0%、P≤0.035%、S≤0.03%、C≤0.08%。
性能特點(diǎn):
耐腐蝕性:具有良好的耐腐蝕性能,對(duì)氧化性酸,如在濃度≤65% 的沸騰溫度以下的硝酸中,具有很強(qiáng)的抗腐蝕性。對(duì)堿溶液及大部分有機(jī)酸和無機(jī)酸亦具有良好的耐腐蝕能力,在大氣、水和蒸汽中也具有較強(qiáng)的耐腐蝕性能。
力學(xué)性能:密度為 7.93g/cm3,抗拉強(qiáng)度為 520MPa,條件屈服強(qiáng)度為 205MPa,伸長(zhǎng)率為 40%,斷面收縮率為 60%,硬度為 187HBW、90HRB、200HV,熔點(diǎn)為 1398 - 1454℃。
其他性能:低溫性能較好,在 - 180℃條件下,強(qiáng)度、伸長(zhǎng)率、斷面收縮率都很好。具有良好的焊接性能,可采用通常的焊接方法焊接,焊前焊后均不需熱處理。常溫下具有穩(wěn)定的奧氏體組織。
應(yīng)用領(lǐng)域:因其良好的綜合性能,被廣泛應(yīng)用于食品、醫(yī)療、化工、電子工業(yè)、家具裝飾等行業(yè),可用于制作要求良好綜合性能(耐腐蝕和成型性)的設(shè)備和機(jī)件。
衍生材料:在 304 不銹鋼基礎(chǔ)上,通過改變碳含量、加入氮元素、銅含量等,可形成 304L、304H、304N、304LN 等衍生材料。例如 304L 為低碳的 304 鋼,可改善耐蝕性能,特別是對(duì)焊后的晶間腐蝕敏感性;304H 將碳含量提高,可增加強(qiáng)度,并使奧氏體更加穩(wěn)定,更適于在低溫環(huán)境和無磁部件方面使用。
提高 304 不銹鋼的耐腐蝕性,核心是增強(qiáng)其表面鈍化膜的穩(wěn)定性、減少腐蝕介質(zhì)的侵蝕機(jī)會(huì),或通過改性優(yōu)化其抗腐蝕機(jī)制。以下是具體方法,涵蓋表面處理、環(huán)境控制、材料改性等多個(gè)維度:
一、優(yōu)化表面狀態(tài),強(qiáng)化鈍化膜保護(hù)
304 不銹鋼的耐腐蝕性依賴表面鉻基鈍化膜(Cr?O?),通過改善表面狀態(tài)可增強(qiáng)這層保護(hù)膜的完整性和穩(wěn)定性:
表面鈍化處理
化學(xué)鈍化:用硝酸(或硝酸 + 氫氟酸混合液)浸泡不銹鋼表面,通過化學(xué)反應(yīng)促進(jìn)鈍化膜增厚、致密化,減少孔隙率。例如,食品級(jí)設(shè)備常經(jīng)硝酸鈍化處理,可顯著提升抗點(diǎn)蝕能力,尤其對(duì)焊接后的表面效果明顯。
電化學(xué)鈍化:通過外加電流使不銹鋼表面形成更均勻、更穩(wěn)定的鈍化膜,適用于要求高耐蝕性的精密部件(如醫(yī)療器械)。
表面拋光與清潔
拋光(如鏡面拋光、電解拋光)可減少表面粗糙度,降低腐蝕介質(zhì)(如氯離子、灰塵)的附著點(diǎn),同時(shí)促進(jìn)鈍化膜均勻分布。例如,拋光后的 304 不銹鋼在高濕環(huán)境中,比粗糙表面更難形成局部腐蝕。
定期清潔表面(去除油污、鹽分、沉積物),避免形成 “閉塞腐蝕電池”(如縫隙中的雜質(zhì)會(huì)導(dǎo)致局部 pH 值下降,加速腐蝕)。
涂層保護(hù)
在表面涂覆耐蝕涂層(如聚四氟乙烯、環(huán)氧樹脂、陶瓷涂層),物理隔絕腐蝕介質(zhì)與不銹鋼接觸。適用于長(zhǎng)期暴露在高鹽、高酸環(huán)境中的部件(如海洋設(shè)備、化工管道)。
注意:涂層需完整性,若出現(xiàn)破損需及時(shí)修補(bǔ),否則破損處可能因 “小陽極 - 大陰極” 效應(yīng)加速腐蝕。
二、改善使用環(huán)境,減少腐蝕誘因
腐蝕的發(fā)生是材料與環(huán)境共同作用的結(jié)果,控制環(huán)境因素可直接減緩腐蝕速率:
降低腐蝕介質(zhì)濃度
避免 304 不銹鋼長(zhǎng)期接觸高濃度氯離子(如海水、鹽水、含氯清潔劑),若無法避免,需定期沖洗以降低表面氯離子殘留(例如,沿海地區(qū)的不銹鋼護(hù)欄需每周用淡水沖洗)。
控制環(huán)境 pH 值:避免在強(qiáng)酸(pH<4)或強(qiáng)堿(pH>12)環(huán)境中長(zhǎng)期使用,必要時(shí)通過中和處理(如添加緩蝕劑)調(diào)節(jié)介質(zhì)酸堿度。
控制溫度與濕度
高溫會(huì)加速化學(xué)反應(yīng),在含腐蝕介質(zhì)的環(huán)境中(如 60℃以上的含氯溶液),304 不銹鋼的點(diǎn)蝕速率會(huì)顯著上升,需通過降溫(如加裝冷卻裝置)降低腐蝕活性。
高濕環(huán)境易導(dǎo)致表面凝露,促進(jìn)電化學(xué)腐蝕,可通過通風(fēng)、除濕設(shè)備保持環(huán)境干燥。
避免縫隙與沉積
設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)時(shí)減少縫隙(如采用焊接代替螺栓連接,或在縫隙處填充密封膠),防止腐蝕介質(zhì)在縫隙內(nèi)積聚形成 “閉塞電池”。
定期清理表面沉積的灰塵、水垢、微生物(如藻類),避免這些沉積物成為局部腐蝕的 “催化劑”。
三、材料改性與合金化優(yōu)化
通過調(diào)整 304 不銹鋼的成分或微觀結(jié)構(gòu),提升其內(nèi)在抗腐蝕能力:
降低碳含量(如 304L)
304L 不銹鋼的碳含量≤0.03%(304 為≤0.08%),可減少焊接或熱處理時(shí)晶界碳化鉻的析出,從而降低晶間腐蝕風(fēng)險(xiǎn)。在需要焊接的場(chǎng)景(如管道、容器),用 304L 替代 304 可顯著提升長(zhǎng)期耐蝕性。
添加合金元素
氮(N):如 304N 不銹鋼,添加氮可增強(qiáng)鈍化膜穩(wěn)定性,同時(shí)提高抗點(diǎn)蝕和縫隙腐蝕的能力,適用于高壓、高氯環(huán)境。
鉬(Mo):雖然 304 本身不含鉬,但含鉬的 316 不銹鋼(在 304 基礎(chǔ)上添加 2-3% 鉬)抗氯離子腐蝕能力遠(yuǎn)超 304,若 304 耐蝕性不足,可考慮升級(jí)為 316(成本更高)。
銅(Cu):部分改良型 304 不銹鋼(如 304Cu)添加銅元素,可提升在稀硫酸等非氧化性酸中的耐蝕性。
晶粒細(xì)化處理
通過冷軋、退火等工藝細(xì)化不銹鋼晶粒,增加晶界數(shù)量,使鉻元素在晶界分布更均勻,減少晶間腐蝕敏感性。
四、工藝控制:避免加工過程中的性能損傷
優(yōu)化焊接工藝
焊接時(shí)若冷卻速度過慢(如在 450-850℃區(qū)間停留時(shí)間過長(zhǎng)),易導(dǎo)致晶間腐蝕。可采用快速冷卻(如水冷)、減少熱輸入(如激光焊接),或焊后進(jìn)行固溶處理(1050℃以上加熱后快速冷卻),恢復(fù)鈍化膜的連續(xù)性。
避免表面損傷
加工過程中(如沖壓、折彎、打磨)避免表面劃傷或變形過度,防止鈍化膜被破壞后難以修復(fù)。若出現(xiàn)劃傷,需及時(shí)用細(xì)砂紙拋光或重新鈍化處理。
五、定期維護(hù)與腐蝕監(jiān)測(cè)
定期檢測(cè):通過目視檢查(觀察是否有銹點(diǎn)、變色)、渦流檢測(cè)(檢測(cè)鈍化膜完整性)或電化學(xué)測(cè)試(如極化曲線法)評(píng)估腐蝕狀態(tài),及時(shí)發(fā)現(xiàn)早期腐蝕跡象。
局部修復(fù):對(duì)輕微點(diǎn)蝕或劃傷,可通過機(jī)械拋光去除腐蝕產(chǎn)物后重新鈍化;對(duì)嚴(yán)重腐蝕區(qū)域,需更換部件以避免失效。
總結(jié)
提高 304 不銹鋼的耐腐蝕性需結(jié)合 “防(表面保護(hù))、避(環(huán)境控制)、改(材料優(yōu)化)、護(hù)(定期維護(hù))” 四個(gè)維度:輕度腐蝕風(fēng)險(xiǎn)場(chǎng)景可通過表面處理和清潔實(shí)現(xiàn);中高風(fēng)險(xiǎn)場(chǎng)景(如高鹽、高溫)需升級(jí)材料(如 304L、316)或采用涂層保護(hù);極端環(huán)境則需結(jié)合結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)與工藝優(yōu)化,從源頭減少腐蝕誘因。