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耐腐蚀性

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金属腐蚀反应(金属腐蚀定义/腐蚀种类)
金属腐蚀定义
金属材料与周围环境发生化学或电化学反应，引起材料的物性被破坏及有效寿命缩短的现象。

Classification table
腐蚀的分类
温度 高温腐蚀、低温腐蚀
环境 大气腐蚀、海水腐蚀、土壤腐蚀、微生物腐蚀
种类 1. Uniform Corrosion (General Corrosion)
2. Galvanic Corrosion (Two-metal corrosion)
3. Intergranular Corrosion
4. Crevice Corrosion
5. Pitting
6. Erosion Corrosion
7. Stress Corrosion
8. Selective Leaching
9. Hydrogen Damage

腐蚀种类的模式图

Diagram for Corrosion Type
Uniform Galvanic Intergranular Crevice Pitting
Uniform Diagram Galvanic Diagram Intergranular Diagram Crevice Diagram Pitting Diagram

不锈钢的腐蚀
不锈钢表面形成肉眼无法识别的很薄的保护膜，保护膜主要是氧气和铬结合的氧化物形态，赋予了不锈钢耐腐蚀性能，称为钝化膜。 因此不锈钢的 耐腐蚀性能因使用环境是否具备保持钝化膜的条件而有所不同，一般来说，在氧化性强的环境下表现出非常优秀的耐腐蚀性能，它的特点为：钝化膜即使损坏，也会重新形成钝化膜，而保持其耐腐蚀性能。

不锈钢主要发生的腐蚀种类
不锈钢的腐蚀种类有电偶，晶间和点蚀等三种。

Main Corrosion Types of Stainless Steel table
区分 发生原因 防止对策
电偶腐蚀 相近的两种金属之间因电位不同而发生 · 使用电偶系列中相近的两种金属：减少电位差
· 发生腐蚀的金属做得大且厚
· 涂层 （绝缘）
· 设置比两种金属更容易腐蚀的金属（牺牲阳极）
晶间腐蚀 奥氏体系列在 450-850℃ 敏化温度区间进行热处理时，晶间会析出Cr23C6碳化物，晶界周围缺铬，钝化膜遭到侵蚀，发生腐蚀 · 固溶化热处理 : 高温下析出碳化物完全固溶
· 碳含量降低 : 0.03%以下 (304L)
· 添加稳定化元素 : Ti , Nb (347 , 321)
点蚀 · CI离子的影响 : 在Cl的作用下钝化膜遭到局部破坏，其部位首先生锈
· 温度的影响 : 温度越高，与Cl的反应越快
· 附着物的影响 : 产品表面的附着物使Cl 浓度上升		 · 防止附着Cl离子
· 表面处理 （打磨）
· 焊接部位热处理
· 选择比较耐Cl的钢种 : 加钼 (316 , 316L)

≫ 腐蚀种类 不锈钢的腐蚀从表面的钝化膜开始破坏时起慢慢出现。

孔蚀(Pitting corrosion) - 孔蚀是因金属表面形成的钝化膜出现微小破坏，金属形成小孔洞而出现的局部腐蚀种类的一种。 不锈钢的孔蚀主要是由卤素(Cl) 引起的，但准确的发生机制(mechanism)还没有搞清楚。 因孔蚀产生很多腐蚀时，孔洞极小，肉眼不容易看到，但有可能导致致命的后果，结构材料中抗孔蚀性能非常重要。 铁(Fe)表面发生孔蚀的模式图

晶间腐蚀(Intergranular corrosion) - 在一般环境下金属晶间几乎不发生腐蚀。 但在特定条件下，晶间会带有很大的反应性，晶间会析出反应性的不纯物，导致铬（Cr）等钝化元素出现贫乏。 其结果导致晶间或邻近区域耐腐蚀性能降低，有时会出现非常严重的腐蚀，称之为晶间腐蚀。 最为常见的晶间腐蚀是奥氏体系列不锈钢受热后晶界处铬与碳发生反应，晶界周围出现贫铬区，耐腐蚀性能降低的情况。 晶间析出铬碳化物进行的敏化

焊接时STS304 不锈钢焊接部位的表面温度 不锈钢被加热至450 - 800℃，铬的碳化物以Cr23C6的形态在晶间析出，碳化物中铬的量达到碳的约4倍，铬的扩散速度比碳慢，晶间及其周围肯定会出现铬的贫乏。 其结果，晶界附近铬含量降至12%以下， 耐腐蚀性能急剧下降，这种情况成为敏化(sensitization)。为减少敏化的影响，可减少合金中的碳(C)含量，或加入比铬更容易与碳发生反应的微量的钛、铌等元素。 焊接不锈钢时，与焊接部位稍有距离的热影响部位(HAZ:Heat Affected Zone)出现敏化，常发生晶间腐蚀，这是因为热影响部位的温度为 400-700℃比其他部位受热时间长的原因。 热影响部位的耐腐蚀性能远远不及焊接部位和母材。 实际焊接部位周围或背面变颜色呈红色或深蓝色，这是温度在 400°C 以上才出现的高温氧化变色，这个部位就是热影响部位，暴露在高温腐蚀环境中，比母材或焊接部位更容易发生腐蚀。

缝隙腐蚀(Crevice Corrsion) 缝隙腐蚀进行过程示意图金属表面涂层破坏形成化学电池的示意图 暴露于电解液的金属表面在某些缝隙或被挡住的部分发生局部严重腐蚀，称为缝隙腐蚀，进行过程与孔蚀类似。 缝隙腐蚀主要发生在金属表面的沉淀物下面、金属与非金属之间的缝隙等边角处，往往很难发现。缝隙腐蚀经常发生在钝态金属中，海水环境中不锈钢的缝隙腐蚀就是其典型一例。 不锈钢主要成分铁、铬、镍等腐蚀生成物在缝隙之间积累，形成酸性的氯化物溶液，腐蚀进行。

应力腐蚀开裂(SCC;Stress Corrosion Cracking) Stress Corrosion Cracking Diagram 应力腐蚀开裂是同时受到环境和机械拉伸应力的影响出现开裂并进行传播而发生的腐蚀种类。 不锈钢的应力腐蚀和孔蚀(pitting)或缝隙腐蚀(crevice corrosion)一样，往往发生在含有氯化物的溶液中，主要在50℃ 以上的温度下发生。氯化物浓度低至不能发生孔蚀或缝隙腐蚀的环境下也可能发生。上图是 奥氏体系列 不锈钢发生应力腐蚀开裂的生成及传播过程中，同时表现对腐蚀开裂有影响的各种因素。 氯离子或slip step的形成破坏钝化膜，形成孔蚀，孔蚀内部氢离子的数量增加，孔蚀发展为开裂，氢离子继续增加，氢离子还原反应加大裂纹。 应力腐蚀开裂发生在能够形成钝化膜且耐腐蚀性能比较优秀的材料中，因发生在比设计应力更低的应力条件下，会造成严重的问题。外部结构中即使没有对其施加拉伸应力，成型和焊接等材料制造及加工过程中产生的残留应力也有可能引起应力腐蚀。 引起应力腐蚀开裂的氯化物在一般的自然环境下的水中以各种浓度存在，因含氯的衬垫和保温材料也可能引发腐蚀开裂。如自来水管，其焊接过程中产生的残留应力和焊接热影响部位的敏化使 晶间腐蚀更容易发生，发生 晶间应力腐蚀开裂的情况很多。 为此，应在适当的温度下进行热处理以消除残留应力， 选择碳含量低的STS304L或STS316L较好。

大气及微生物腐蚀 大气腐蚀 大气腐蚀是金属与大气环境相遇而产生的腐蚀现象，抑制腐蚀和设备或设备所需的费用50% 以上都与大气腐蚀相关。大气中存在金属、氧气、水分及污染气体或粉尘粒子，妨碍钝化膜的稳定性，因此持续产生大气腐蚀。 微生物腐蚀 : MIC(Microbiologically Influenced Corrosion) 自然界中的水或土壤中存在着单细胞低等生物到哺乳类动物等多种生命体，它们的生命活动直接或间接地影响金属的腐蚀。微生物腐蚀根据环境或反应相关生命体种类的不同以复合的形式起作用。 微生物的代谢活动分为需要氧气的Aerobic-microorganisms(好氧型)不需要氧气的Anaerobic-microorganisms(厌氧型)，温度、压力、流速、有无氧气等环境因素决定其存在。 防止腐蚀方法 为了有效抑制MIC，首先要确认并找出与腐蚀相关的微生物。引发腐蚀的微生物可使用化工药品或清除金属表面的异物等方法来防止，如果和土壤有关，则换掉周围的土壤。