不锈钢的耐腐蚀性能及其提升方式

不锈钢是指在大气和一般介质中具有很高耐腐蚀性的钢种。主要包括两类：耐大气腐蚀的钢（称不锈钢）和耐化学介质（如酸类）腐蚀的钢（称耐酸不锈钢）。前者不一定耐酸性介质，而耐酸不锈钢在大气中也有良好的耐蚀性能。

1.金属腐蚀的一般概念

金属腐蚀是指金属与周围介质发生作用而引起金属破坏的现象。按腐蚀机理的不同，金属腐蚀一般分化学腐蚀和电化学腐蚀两类。

化学腐蚀是金属在干燥气体或非电解质溶液中的腐蚀，腐蚀过程不产生电流，钢在高温下的氧化属于典型的化学腐蚀。化学腐蚀除了钢的高温氧化外，钢的脱碳、钢在石油中的腐蚀、氢和含氢气体对普通碳钢的腐蚀等都属于化学腐蚀。

电化学腐蚀是金属与电解质溶液接触时所发生的腐蚀，腐蚀过程中有电流产生，钢在室温下的锈蚀主要属于电化学腐蚀。大部分金属的腐蚀都属于电化学腐蚀，这类腐蚀是由于金属在电解质中发生了电化学作用，这种作用的产生是由于形成了原电池。

当两种互相接触的金属放入电解质溶液时，由于两种金属的电极电位不同，彼此之间就形成一个微电池，并有电流产生电极电位低的金属为阳极，电极电位高的金属为阴极，阳极的金属将不断被溶解，而阴极金属就不会被腐蚀。对于同一种合金，由于组成合金的相或组织不同，也会形成微电池，造成电化学腐蚀。例如：钢组织中的珠光体，是由铁素体和渗碳体两相组成的，在电解质溶液中就会形成微电池，由于铁素体的电极电位低，为阳极，就被腐蚀；而渗碳体的电极电位高，为阴极而不被腐蚀，如图6-10所示。在观察碳钢的显微组织时，要把抛光的试样磨面放在硝酸酒精溶液中浸蚀，使铁素体腐蚀后，才能在显微镜下观察到珠光体的组织，就是利用了电化学腐蚀原理。

图6-10　珠光体腐蚀示意图

由上述可知，要提高金属的耐电化学腐蚀能力，通常可采取以下措施：

（1）在合金钢中加入较多数量的Cr、Ni等合金元素，尽量使金属在获得均匀的单相组织条件下使用，这样金属在电解职质溶液中只有一个极，微电池难以形成。如在钢中加入大于24%（质量分数）的Ni，会使钢在常温下获得单相的奥氏体组织。

（2）加入合金元素提高金属基体的电极电位，例如在钢中加入大于13%（质量分数）的Cr，则铁素体的电极电位由-0.56V提高到0.20V，从而使金属的耐腐蚀性能提高。

（3）加入合金元素，在金属表面形成一层致密的氧化膜，又称钝化膜，把金属与介质分隔开，从而防止进一步的腐蚀。(www.zuozong.com)

2.化学成分特点

金属腐蚀大多数是电化学腐蚀。提高金属抗电化学腐蚀性能的主要途径是合金化。在不锈钢中加入的主要合金元素为 Cr、Ni、Mo、Cu、Ti、Nb、Mn、N 等。

（1）Cr 是不锈钢合金化的主要元素。钢中加入Cr，可以提高电极电位，从而提高钢的耐腐蚀性能，因此，不锈钢多为高铬钢，含铬量都在 13%以上。此外，Cr 能提高基体铁素体的电极电位，在一定成分下也可获得单相铁素体组织。Cr在氧化性介质（如水蒸气、大气、海水、氧化性酸等）中极易钝化，生成致密的氧化膜，使钢的耐蚀性大大提高。

（2）Ni 是扩大奥氏体区元素，可获得单相奥氏体组织，显著提高耐蚀性；或形成奥氏体+铁素体组织，通过热处理，提高钢的强度。

（3）Cr 在非氧化性酸（如盐酸、稀硫酸和碱溶液等）中的钝化能力差，加入 Mo、Cu 等元素，可提高钢在非氧化性酸中的耐蚀能力。

（4）Ti、Nb能优先同碳形成稳定碳化物，使 Cr保留在基体中，避免晶界贫铬，从而减轻钢的晶界腐蚀倾向。

（5）Mn和N（Ni稀缺），用部分 Mn 和 N 代替 Ni 以获得奥氏体组织，并能提高铬不锈钢在有机酸中的耐蚀性。

3.常用不锈钢

不锈钢常用两种方法分类：一种是按钢中主要合金元素分为铬不锈钢和铬镍不锈钢；另一种是按正火态即经轧、锻、空冷后的组织形态分为马氏体不锈钢、铁素体不锈钢和奥氏体不锈钢。常用不锈钢的牌号、成分、热处理工艺、力学性能及用途如表6-17所示。