據(jù)介紹，六十五年前，在英國(guó)哈裡布雷利首先認(rèn)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製造出“不生鏽”的刀具。他企圖解決步槍槍管的腐蝕和生鏽問(wèn)題，用鉻對(duì)鐵進(jìn)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。後來(lái)將這些Fe-Cr合金稱(chēng)為“不鏽鋼”。
1什麼是不鏽鋼 ？
不鏽鋼(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、鹼、鹽等化學(xué)浸蝕性介質(zhì)中達(dá)到“不鏽”的效果。不鏽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。
不鏽鋼按主要組織狀態(tài)分為馬氏體、鐵素體、奧氏體3大類(lèi)，其中以奧氏體不鏽鋼應(yīng)用最廣(guǎng)泛，佔到總量的70%～80%。
鐵天生是不耐蝕的，純鐵是銀白色的，很容易生鏽，鐵鏽是褐色的，生鏽以後鐵會(huì)失去其金屬光澤和美感，這也是不鏽鋼經(jīng)常作為廚具使用且深受歡迎的真正原因。
2不鏽鋼為什麼耐蝕？
不鏽鋼並非完全不生鏽，在英文原文中，不鏽鋼一詞是Stainless steel，該詞已清楚地表達(dá)出不鏽鋼只是腐蝕較輕而己，並非完全不會(huì)生鏽腐蝕。
根據(jù)NACE相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定，通常金屬的腐蝕速率小於0.01mm/年，才被認(rèn)為是完全耐蝕的，而小於0.1mm/年的只是耐蝕。事實(shí)上，不鏽鋼防鏽蝕是建構(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緻密堅(jiān)硬防鏽蝕的氧化鉻（Cr2O3） 保護(hù)膜，阻礙了腐蝕促進(jìn)離子入侵而達(dá)到。這就好比，人練了金鐘罩鐵布衫抗擊打一樣。
氧化鉻膜層很緻密，有的文獻(xiàn)中認(rèn)為它是一層半導(dǎo)體膜層，說(shuō)明其導(dǎo)電性能差。在鐵合金髮生腐蝕時(shí)，通常有水溶液參與，發(fā)生電化學(xué)腐蝕，電化學(xué)腐蝕的一大特點(diǎn)是腐蝕反應(yīng)的過(guò)程中伴隨著電荷的轉(zhuǎn)移過(guò)程。在陽極反應(yīng)過(guò)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(guò)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(shuō)，陽極反應(yīng)中產(chǎn)生的電子通過(guò)界面傳送給陰極反應(yīng)過(guò)程中的電子受體，氧化膜層導(dǎo)電性差有利於阻礙電荷的轉(zhuǎn)移，就可以達(dá)到抑制金屬腐蝕的目的。
近來(lái)，寒潮來(lái)襲，人們為了保暖避寒，就需要多穿衣服。在一些侵蝕性較強(qiáng)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(dāng)增加特定的合金元素，達(dá)到耐蝕的目的。
3什麼情況下不鏽鋼發(fā)生腐蝕？
不鏽鋼敏化後會(huì)發(fā)生晶間腐蝕(Intergranular corrosion)，晶間腐蝕對(duì)不鏽鋼的危害很大，在一些不鏽鋼失效案例中經(jīng)常能看到晶間腐蝕的身影。
在一定的溫度( 450～850 ℃)範圍內(nèi)奧氏體內(nèi)的過(guò)飽和碳會(huì)與固溶體的鉻結(jié)合形成Gr23C6 碳化物在晶粒間界沉澱析出，由於碳向晶粒間界的擴散速度大於鉻的擴散速度。
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)域的鉻由於Gr23C6碳化物析出，含量大大降低，而晶內(nèi)的鉻又來(lái)不及向晶界擴散，因而形成貧鉻區(qū)。
當(dāng)鉻的含量低於鈍化所需的鉻含量(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。
碳化物沉澱(Gr23C6 )析出的溫度為450～850℃,這是不鏽鋼晶間腐蝕的敏化溫度範圍。不鏽鋼發(fā)生敏化以後一定會(huì)在晶界上產(chǎn)生大量的串珠狀的碳化物沉澱，這也是奧氏體不鏽鋼敏化的一個(gè)關(guān)鍵特徵。
不鏽鋼容易發(fā)生點(diǎn)蝕(Pitting corrosion)。在含有氯離子的溶液中不鏽鋼特別容易發(fā)生點(diǎn)蝕，但這並不意味著不鏽鋼發(fā)生點(diǎn)蝕以後其環(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鏽鋼也會(huì)發(fā)生點(diǎn)蝕，但不同離子主導(dǎo)的不鏽鋼點(diǎn)蝕形貌不同。
從經(jīng)驗(yàn)上看，在氯離子存在的溶液中，不鏽鋼上蝕點(diǎn)數(shù)量少，但蝕坑深度大，這也是輸(shū)送含有氯離子的介質(zhì)的管線(xiàn)為什麼經(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(xiàn)通常發(fā)生潰瘍狀腐蝕，蝕點(diǎn)很多，但都很淺。
氯離子的離子半徑很小，它穿透不鏽鋼表面鈍化膜層的能力最強(qiáng)，其破壞力在眾多離子中也是最強(qiáng)的。這裡需要強(qiáng)調(diào)，水中含有很少的氯離子就可以導(dǎo)致不鏽鋼發(fā)生點(diǎn)蝕，濃度越高，發(fā)生點(diǎn)蝕的時(shí)間越短，點(diǎn)蝕長(zhǎng)大的速率越高。
不鏽鋼另一常見(jiàn)的腐蝕形式是和應(yīng)力共同作用下的腐蝕，稱(chēng)為應(yīng)力腐蝕開(kāi)裂(Stress corrosion cracking)。在不鏽鋼發(fā)生應(yīng)力腐蝕開(kāi)裂時(shí)，有幾個(gè)必要條件，第一，應(yīng)力腐蝕開(kāi)裂需要時(shí)間，屬於延時(shí)開(kāi)裂；第二，應(yīng)力腐蝕開(kāi)裂是特定的金屬和離子的組合才能發(fā)生，比如奧氏體不鏽鋼和氯離子；第三，在特定的溫度下發(fā)生應(yīng)力腐蝕開(kāi)裂的時(shí)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(kāi)裂，這是應(yīng)力腐蝕開(kāi)裂的力學(xué)特徵。
4生活中使用不鏽鋼應(yīng)注意些什麼？
百姓日常生活中，會(huì)天天與不鏽鋼打交道。因為在家庭生活中，使用的不鏽鋼製品有筷子、盆子、餐盤(pán)、碗、鏟子、勺子，鍋等。
首先，在總潮溼的環(huán)境中，不鏽鋼發(fā)生腐蝕以後雖然不會(huì)產(chǎn)生褐色的鐵鏽，但會(huì)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，不能使用不鏽鋼盆醃製鹹菜，因為醃製鹹菜時(shí)要大量使用鹹鹽，即氯化鈉溶液，時(shí)間久了會(huì)使不鏽鋼盆腐蝕穿孔，那時(shí)候就只有扔掉的份了。
最後，一些不鏽鋼製品在使用後應(yīng)儘快除去其表面的水，比如家裡的水龍頭，因為做菜時(shí)手上經(jīng)常會(huì)觸碰鹹鹽，再去摸水龍頭等不鏽鋼製品，久而久之會(huì)使之失去美麗的金屬光澤。
尺有所短，寸有所長(zhǎng)。任何材料都有其長(zhǎng)處和短處，使用材料揚長(zhǎng)避短才是王道。關(guān)於不鏽鋼本期就介紹到這裡，希望本期內(nèi)容使大家更深入認(rèn)識不鏽鋼的耐蝕機(jī)理和腐蝕問(wèn)題，對(duì)大家生活和學(xué)習(xí)有幫助，更多的知識將在未來(lái)深入介紹。
--文章摘自金屬材料科學(xué)與技術(shù)
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