不銹鋼的腐蝕現象及影響因素

徐杰

(宜家貿易服務（中國）有限公司上海分公司，上海 200235）

0 引言

一般情況下我們所指的不銹鋼其實是不銹鋼、耐熱鋼和耐酸鋼的總稱。不銹鋼是指在空氣中具有耐腐蝕性的鋼；耐熱鋼是指在高溫條件下具有抗氧化性，并且在一定介質中可以抗腐蝕的鋼；而耐酸鋼是指能夠在某些化學酸性藥品中可以抗腐蝕的鋼。然而不銹鋼在一些特殊條件下也會腐蝕，產生點蝕、縫隙腐蝕、應力腐蝕以及晶間腐蝕現象。而后兩者腐蝕現象的產生所造成的危害遠比前兩者大，有時甚至會造成工程事故。因此對于不銹鋼不同腐蝕現象及其影響因素的研究十分必要，只有充分了解腐蝕機理，才能更好地做好防范措施，避免不必要的損失。

1 不銹鋼腐蝕的現象

1.1 不銹鋼的點蝕

不銹鋼點蝕現象又被稱為坑蝕或小孔腐蝕，它是一種比較常見的局部腐蝕現象，只有在特定的腐蝕介質中才會發生。一般情況下只有在含鹵素陰離子溶液中才會發生點蝕，其中溴化物及氯化物的腐蝕性最強。不銹鋼的耐腐蝕性一般取決于保護性的鈍化膜，點蝕就發生在鈍化膜表面。點蝕的腐蝕范圍比較小，但它的影響卻特別壞，因為它的腐蝕速率較快，大多情況會造成設備的穿孔。此外點蝕也有產生晶間腐蝕及應力腐蝕的可能性。

1.2 不銹鋼的縫隙腐蝕

縫隙腐蝕是電解液發生在金屬之間或金屬與非金屬縫隙中的一種腐蝕現象，典型的現象如不銹鋼設備墊圈及金屬相互纏繞重疊處，其腐蝕后果是造成溝縫的出現，嚴重的會導致設備的穿透?？p隙腐蝕是一種特殊形態的點蝕，其機理與點蝕相似[1]。

1.3 不銹鋼的應力腐蝕

不銹鋼的應力腐蝕一般發生在特定腐蝕介質與拉應力共同作用的情況下，表現為脆性開裂現象，這種腐蝕時間短、破壞性很大。其發生過程首先是在腐蝕介質（包括硝酸銨、硝酸、鹽酸、氫氟酸、氫氧化鉀等液體）的作用下使得不銹鋼活化—鈍化過渡區（即鈍化膜不完整電位范圍）產生微小腐蝕坑，緊接著就在拉應力的作用下產生細小裂紋，隨著裂紋不斷擴大，便形成了腐蝕開裂。

1.4 不銹鋼的晶間腐蝕

不銹鋼的晶間腐蝕發生在特定腐蝕性介質中，并處于高溫條件下，使得晶界合金元素鉻貧化，沿著材料的晶粒間界腐蝕，最終使得晶粒間失去結合力而產生的一種局部腐蝕現象。不同的金相組織及化學成分使得不銹鋼有著不同的抗晶間腐蝕能力[2]。晶間腐蝕一般是從表面沿晶界深入到金屬內部的，在表面無法觀察到腐蝕現象，但是經過金相觀察發現晶界已經呈現網狀腐蝕。

2 不銹鋼腐蝕現象的影響因素

2.1 不銹鋼點蝕的影響因素

（1）介質的影響。鹵化物中的金屬陽離子如Fe3+、Cu2+都可以引發點蝕；雖然點蝕發生的必要條件是溶液中需含有氧氣和氧化劑；但同時溶液中存在的含氧陰離子如OH-、NO3-卻能夠置換金屬表面諸如Cl-一類離子而能夠防止點蝕。

（2）合金元素的影響。在不銹鋼中添加少量的鉬元素可以提高鈍化膜的穩定性；在不銹鋼中添加鉻元素則能夠提高鈍化膜的自我修復能力。

（3）熱處理制度的影響。不同的熱處理制度對于不銹鋼點蝕都有著不同的影響，比如在碳化物析出的溫度下進行熱處理，就會增大點蝕的可能性。

2.2 不銹鋼縫隙腐蝕的影響因素

（1）氯離子濃度?？p隙腐蝕的主要影響因素就是氯離子濃度，隨著氯離子濃度的增加，加快了不銹鋼的應力腐蝕開裂。

（2）幾何形狀。容器縫隙的幾何形狀可以決定氧氣進入的程度、電解質的組成變化以及電位的分布等等，是影響縫隙腐蝕的重要因素。

（3）氧濃度。通常情況下溶液中氧濃度的增加可以加快縫隙外部的陰極反應速率，使得腐蝕量增加。在全開口溶液中，氧濃度與溫度成反比，所以腐蝕強度則由陰極和陽極共同反應結果決定；在全密閉的溶液中只要溫度上升，腐蝕速率也會加快。

（4）其他影響 。溶液中PH值也是影響縫隙腐蝕的一大因素，隨著PH值的減少，電解陽極的溶解速度就會加快，腐蝕量增加；氯離子濃度增高使得電位向負方向移動，因此縫隙腐蝕敏速率也會加快。此外，硫酸根離子有抑制點蝕的作用，也可以緩解縫隙腐蝕。

2.3 不銹鋼應力腐蝕的影響因素

（1）氯離子濃度的影響。溶液中氯離子濃度的不斷增高，加快了不銹鋼的應力腐蝕開裂的速率。不同氯化物其腐蝕強度按照Mg2+、Fe3+、Ca3+、Na3+、Li3+等陽離子的順序進行的[3]。

（2）介質溫度的影響。在一定范圍內，溫度越高越容易發生應力腐蝕，但是太高的溫度就會產生全面腐蝕而抑制了應力腐蝕。

（3）合金元素的影響。鎳、硅元素能提高奧氏體不銹鋼在氯化鎂溶液中抗應力腐蝕破裂性能，氮、磷、鉬等元素會降低不銹鋼在濃氯化物介質中的耐應力腐蝕能力。

此外，加工制造中參數的殘余應力也會對應力腐蝕產生較大的影響。

2.4 不銹鋼的晶間腐蝕的影響因素

（1）C元素的影響。含碳量高的碳化物，消耗的鉻就會增多，使得晶間腐蝕越嚴重。

（2）Cr元素的影響。鉻含量的增加能夠使不同區域的鉻含量平均分配，從而可以降低晶間腐蝕[4]。

（3）Ni元素的影響。鎳含量的增加在奧氏體鋼中降低了碳的溶解度，從而促進M23C6的析出并且加快其成長，使得晶間腐蝕更迅速。

（4）Ti和Nb元素的影響。鈦和鈮都與碳有較強的親和力，可以避免與碳結合形成碳化物而導致貧鉻區的產生，從而降低晶間腐蝕。

（5）熱處理制度的影響。碳和鉻具有不同的擴散速率，則溫度和時間是晶間腐蝕的兩個重要影響因素，不同的溫度和加熱時間會影響晶間腐蝕的產生與否。

3 結束語

綜上所述，不銹鋼的腐蝕現象主要包含上述四種，不論是點蝕、縫隙腐蝕、應力腐蝕還是晶間腐蝕，都會對不銹鋼設備造成一定損傷，嚴重的甚至導致工程事故的發生。在了解以上四種腐蝕現象影響因素的基礎之上，還應當結合工程實際情況，事實上很多腐蝕現象并不是單純的一種腐蝕機理，而是多種的腐蝕機理同時存在，因此，在選擇不銹鋼材料時應到全面考慮到各類腐蝕的影響，選擇較為合理的材料。

[1]宋濤哲. 腐蝕電化學研究方法[M]. 北京：化學工業出版社，1988，76～79.

[2]岡毅民. 中國不銹鋼腐蝕手冊[M]. 北京：冶金工業出版社，1992，189～229.

[3]左景伊. 腐蝕數據手冊[M]. 北京：化學工業出版社，1985，19～29.

[4]周靜妤. 防腐技術[M]. 北京：化學工業出版社，1988，17～47.