據(jù)介紹，六十五年前，在英國哈里布雷利首先認識到含鉻的鐵基合金具有優(yōu)良的耐腐蝕性，也是布雷利首先指出利用這種性能可以制造出“不生銹”的刀具。他企圖解決步槍槍管的腐蝕和生銹問題，用鉻對鐵進行合金化，在金相工作中發(fā)現(xiàn)了這些鋼能耐侵蝕劑的腐蝕。后來將這些Fe-Cr合金稱為“不銹鋼”。

 

　　1什么是不銹鋼 ？

　　不銹鋼(Stainless steel)是Fe-Cr合金，也就是在鐵中添加了一些合金元素，使之在空氣、蒸汽、水等弱腐蝕介質(zhì)和酸、堿、鹽等化學浸蝕性介質(zhì)中達到“不銹”的效果。不銹鋼中的合金元素以鉻為主，除了鉻以外還添加了鎳、鉬和錳等合金元素。

　　不銹鋼按主要組織狀態(tài)分為馬氏體、鐵素體、奧氏體3大類，其中以奧氏體不銹鋼應(yīng)用最廣泛，占到總量的70%～80%。

　　鐵天生是不耐蝕的，純鐵是銀白色的，很容易生銹，鐵銹是褐色的，生銹以后鐵會失去其金屬光澤和美感，這也是不銹鋼經(jīng)常作為廚具使用且深受歡迎的真正原因。

　　2不銹鋼為什么耐蝕？

　　不銹鋼并非完全不生銹，在英文原文中，不銹鋼一詞是Stainless steel，該詞已清楚地表達出不銹鋼只是腐蝕較輕而己，并非完全不會生銹腐蝕。

　　根據(jù)NACE相關(guān)標準規(guī)定，通常金屬的腐蝕速率小于0.01mm/年，才被認為是完全耐蝕的，而小于0.1mm/年的只是耐蝕。事實上，不銹鋼防銹蝕是建構(gòu)在其成分中富含量(11.5% 以上) 的鉻合金(Cr)，在鋼材的表面生成了致密堅硬防銹蝕的氧化鉻（Cr2O3） 保護膜，阻礙了腐蝕促進離子入侵而達到。這就好比，人練了金鐘罩鐵布衫抗擊打一樣。

　　氧化鉻膜層很致密，有的文獻中認為它是一層半導體膜層，說明其導電性能差。在鐵合金發(fā)生腐蝕時，通常有水溶液參與，發(fā)生電化學腐蝕，電化學腐蝕的一大特點是腐蝕反應(yīng)的過程中伴隨著電荷的轉(zhuǎn)移過程。在陽極反應(yīng)過程中，金屬原子失去電子生成金屬正離子。在陰極反應(yīng)的過程中，氧氣等反應(yīng)物質(zhì)獲得電子形成陰離子。這也就是說，陽極反應(yīng)中產(chǎn)生的電子通過界面?zhèn)魉徒o陰極反應(yīng)過程中的電子受體，氧化膜層導電性差有利于阻礙電荷的轉(zhuǎn)移，就可以達到抑制金屬腐蝕的目的。

 

　　近來，寒潮來襲，人們?yōu)榱吮Ｅ芎?，就需要多穿衣服。在一些侵蝕性較強的介質(zhì)中，金屬很容易受到腐蝕，為了避免腐蝕就需要適當增加特定的合金元素，達到耐蝕的目的。

　　3什么情況下不銹鋼發(fā)生腐蝕？

　　不銹鋼敏化后會發(fā)生晶間腐蝕(Intergranular corrosion)，晶間腐蝕對不銹鋼的危害很大，在一些不銹鋼失效案例中經(jīng)常能看到晶間腐蝕的身影。

 

　　在一定的溫度( 450～850 ℃)范圍內(nèi)奧氏體內(nèi)的過飽和碳會與固溶體的鉻結(jié)合形成Gr23C6 碳化物在晶粒間界沉淀析出，由于碳向晶粒間界的擴散速度大于鉻的擴散速度。

　　因此，在碳化物周圍的固溶體內(nèi)即在晶粒間界及其鄰近的區(qū)域的鉻由于Gr23C6碳化物析出，含量大大降低，而晶內(nèi)的鉻又來不及向晶界擴散，因而形成貧鉻區(qū)。

　　當鉻的含量低于鈍化所需的鉻含量(大約12% ) ,鈍態(tài)受到破壞電位下降，而晶內(nèi)仍保持鈍態(tài)，從而構(gòu)成了大陰極(基體)和小陽極(晶界區(qū)的貧鉻區(qū))的微電偶電池，加速了晶粒間界的腐蝕。

　　碳化物沉淀(Gr23C6 )析出的溫度為450～850℃,這是不銹鋼晶間腐蝕的敏化溫度范圍。不銹鋼發(fā)生敏化以后一定會在晶界上產(chǎn)生大量的串珠狀的碳化物沉淀，這也是奧氏體不銹鋼敏化的一個關(guān)鍵特征。

　　不銹鋼容易發(fā)生點蝕(Pitting corrosion)。在含有氯離子的溶液中不銹鋼特別容易發(fā)生點蝕，但這并不意味著不銹鋼發(fā)生點蝕以后其環(huán)境中一定存在氯離子，在含有硫酸根離子、硫離子和碳酸根離子的溶液中不銹鋼也會發(fā)生點蝕，但不同離子主導的不銹鋼點蝕形貌不同。

 

　　從經(jīng)驗上看，在氯離子存在的溶液中，不銹鋼上蝕點數(shù)量少，但蝕坑深度大，這也是輸送含有氯離子的介質(zhì)的管線為什么經(jīng)常發(fā)生“刺漏”的主要原因。在含有硫化氫的溶液中，金屬管線通常發(fā)生潰瘍狀腐蝕，蝕點很多，但都很淺。

　　氯離子的離子半徑很小，它穿透不銹鋼表面鈍化膜層的能力最強，其破壞力在眾多離子中也是最強的。這里需要強調(diào)，水中含有很少的氯離子就可以導致不銹鋼發(fā)生點蝕，濃度越高，發(fā)生點蝕的時間越短，點蝕長大的速率越高。

　　不銹鋼另一常見的腐蝕形式是和應(yīng)力共同作用下的腐蝕，稱為應(yīng)力腐蝕開裂(Stress corrosion cracking)。在不銹鋼發(fā)生應(yīng)力腐蝕開裂時，有幾個必要條件，第一，應(yīng)力腐蝕開裂需要時間，屬于延時開裂；第二，應(yīng)力腐蝕開裂是特定的金屬和離子的組合才能發(fā)生，比如奧氏體不銹鋼和氯離子；第三，在特定的溫度下發(fā)生應(yīng)力腐蝕開裂的時間最短；第四，一般在靜態(tài)拉伸應(yīng)力的作用下發(fā)生應(yīng)力腐蝕開裂，這是應(yīng)力腐蝕開裂的力學特征。

 

　　4生活中使用不銹鋼應(yīng)注意些什么？

　　百姓日常生活中，會天天與不銹鋼打交道。因為在家庭生活中，使用的不銹鋼制品有筷子、盆子、餐盤、碗、鏟子、勺子，鍋等。

　　首先，在總潮濕的環(huán)境中，不銹鋼發(fā)生腐蝕以后雖然不會產(chǎn)生褐色的鐵銹，但會失去金屬光澤，鉻含量越低的金屬越容易失去金屬光澤。

　　其次，不能使用不銹鋼盆腌制咸菜，因為腌制咸菜時要大量使用咸鹽，即氯化鈉溶液，時間久了會使不銹鋼盆腐蝕穿孔，那時候就只有扔掉的份了。

　　最后，一些不銹鋼制品在使用后應(yīng)盡快除去其表面的水，比如家里的水龍頭，因為做菜時手上經(jīng)常會觸碰咸鹽，再去摸水龍頭等不銹鋼制品，久而久之會使之失去美麗的金屬光澤。

　　尺有所短，寸有所長。任何材料都有其長處和短處，使用材料揚長避短才是王道。關(guān)于不銹鋼本期就介紹到這里，希望本期內(nèi)容使大家更深入認識不銹鋼的耐蝕機理和腐蝕問題，對大家生活和學習有幫助，更多的知識將在未來深入介紹。

--文章摘自金屬材料科學與技術(shù)