抗菌不銹鋼

腐蝕是金屬被環境介質的化學和電化學作用破壞的現象。 化學腐蝕的環境介質為非電解質（汽油、苯、潤滑油等），電化學腐蝕的環境介質為電解質（各種水溶液）。 電化學腐蝕是一種涉及電子轉移的化學過程。 過程能否進行取決于金屬能否電離，電離趨勢可用金屬的標準電極電位（ε0）來表示。

由于碳化物、夾雜物以及組織、化學成分和內應力的不均勻性的影響奧氏體不銹鋼換熱管的應力腐蝕，電解液中會產生各部分之間的電極電位差。 電極電位差越大，微陽極和微陰極之間的電流強度越大，鋼材的腐蝕速率越大，微陽極部分被嚴重腐蝕。 電化學腐蝕中能控制腐蝕反應速度的現象稱為極化，它能減弱和減緩陽極和陰極的反應速度。 離子在電解液中緩慢運動，原子緩慢結合成氣體分子，或離子在電解液中緩慢溶解，都可以是極化的表現。 反應面積、攪拌或電解液流量、氧氣、溫度等因素都會影響極化速度。 金屬和合金在氯化物溶液中的點蝕和縫隙腐蝕的敏感性可以使用極化技術和臨界電位來測量。 當不銹鋼與異種金屬接觸時，需要考慮電偶腐蝕。 但如果不銹鋼是正極，就不會有電偶腐蝕。

鈍態金屬的耐腐蝕性取決于鉻含量、環境中的氯化物和氧氣含量以及溫度。 某些元素（如氯）能沖破鈍化膜，使鈍化膜不連續處的金屬被腐蝕。 因此，使用鈍化金屬的用戶應特別注意點蝕、應力腐蝕開裂、敏化和缺氧腐蝕等。 為提高不銹鋼的耐蝕性，應使其易于處于鈍化狀態（必要條件），鈍化后的腐蝕電流密度低（腐蝕速度），鈍化狀態的電位范圍寬（相對穩定）。

對于含鎳材料，腐蝕主要有兩種形式：一種是全面腐蝕，另一種是局部腐蝕。 海洋大氣中的銹蝕是普遍腐蝕或均勻腐蝕的典型例子。 在這里，金屬在其整個表面上均勻腐蝕。 在這種情況下，鋼材表面會形成一層疏松層，這層腐蝕產物很容易去除。 另一方面，更耐腐蝕的金屬，如合金 400，它們在海洋大氣中表現出良好的均勻耐腐蝕性。 這是因為合金 400 形成了一層非常薄但堅韌的保護膜。 均勻腐蝕是最容易處理的腐蝕形式，因為工程師可以定量確定金屬的腐蝕速率，并可以準確預測金屬的使用壽命。

不銹鋼耐蝕機理：不銹鋼表面形成明顯的Cr2O3膜，O和Cr的含量有最低要求（10.5%），以獲得連續的保護膜，抑制腐蝕的發生。 如果保護膜破損，可以自然恢復。 氧化膜的耐蝕性取決于Mo、Ni、Cr、N的含量。增加Cr含量可以提高不銹鋼的耐蝕性，增強其在Cr2O3膜受損時的自愈能力。 Cr2O3 膜對基體結構（鐵素體或奧氏體）沒有任何影響。

斑塊：在氯化物、氟化物或氧化性溶液中較高溫度范圍內，最初在保護膜的不連續表面產生夾雜物、表面損傷等，繼而產生穿孔或形成新的保護膜（去除腐蝕性物質和沖洗過的部件）。 主要產于海邊環境、咸水、海水或強氧化性溶液環境中。 為此，需要去除或降低氯、氟的含量，加強沖洗和維護，增加鉻、鉬的含量。 縫隙腐蝕：在氯化物、氟化物或硫磺環境中，縫隙最初存在時氧氣很少，導致腐蝕，直到縫隙長大并開裂。 它主要在接縫、焊縫或附件下產生。 為此，需要消除縫隙和避免重疊，使用緩蝕劑，密封水密，增加鉻和鉬的含量。

局部腐蝕造成的損壞很難預測。 因此，無法準確預測設備的使用壽命。 這里給出了幾個局部腐蝕的例子。

第一個例子是電偶腐蝕。 當兩種或多種不同的金屬接觸并在某些導電流體（電解質）存在的情況下結合時，就會發生電偶腐蝕。 此時，兩種金屬之間會產生勢能差，電流就會流動。 電流從耐蝕性較差的金屬（陽極）流向耐蝕性較高的金屬（陰極）。 腐蝕由陰極反應控制，例如氫氣的產生或氧氣的還原。 如果大陰極面連接到小陽極面，則大電流在陽極和陰極之間流動。 必須避免這種情況。 另一方面，當我們將情況反轉并將大陽極側連接到小陰極側時，兩種金屬之間會流過小電流。 這種情況是我們所期望的。 在實用指南中，我們設計了一個位于容器或罐中的焊接金屬接頭作為陰極。 緊固件組件的設計使得陰極緊固件（小面積）連接到陽極件（大面積）。 這個概念的一個例子是用銅鉚釘鉚接在一起并暴露在低流速海水中的鋼板，銅夾具是小陰極側，鋼板是大陽極側。 這種設計非常方便，兼容性也很好。 另一方面，如果反向連接，即用鋼鉚釘固定銅板，則鋼鉚釘會發生非常快速的腐蝕。 此時，銅板因鋼材腐蝕而受到陰極保護。 有趣的是，在這種情況下，銅離子的釋放會停止，銅板會與海水中的有機物糾纏在一起。 通常，銅的腐蝕可以防止纏結的有機物附著。 電偶腐蝕在電廠設計中非常重要，不容忽視。

局部腐蝕的第二個例子是蝕刻腐蝕。 石頭可能會堵塞銅合金冷凝器的管道。 這時，石頭的下游方向會立即產生湍流。 這導致銅保護氧化膜的侵蝕或磨損，并暴露未受保護的銅合金金屬以進一步腐蝕。 這個循環往往會繼續增加侵蝕和腐蝕，直到它導致管道穿孔。 使用良好的隔離技術可以防止蝕刻腐蝕。

電廠技術人員經常遇到的第三種局部腐蝕形式是縫隙腐蝕。 縫隙腐蝕：是指金屬構件縫隙中出現點狀或潰瘍狀的宏觀凹坑。 它發生在金屬表面出現某種沉淀或附著物時。 它是局部腐蝕的一種形式，當溶液停滯在縫隙或屏蔽表面時可能會發生。 間隙類型（金屬-金屬、金屬-異種金屬）、間隙深度、內外面積比等幾何因素、氧含量、氧離子濃度、pH值、溫度、擴散和對流、微生物等環境因素、金屬溶解、耗氧量 氫氣生成等電化學反應、金屬組織不純、表面氧化、鈍化膜特性等冶金因素都會影響縫隙腐蝕的發生和擴散。 就在沉積物下方或縫隙中，溶液中的氧含量較低，而在大部分縫隙之外，溶液中的氧含量較高，這就形成了一個電池，陽極位于沉積物下方或縫隙中，而外部是陰極。 在含氯介質的縫隙內，pH 值下降，氯化物濃縮。 這種酸性氯化物條件導致腐蝕加速并且是自動介導的。 然后發生嚴重的局部腐蝕。 此類間隙可能形成在金屬與金屬或金屬與非金屬的接頭處，例如，在鉚釘、螺栓、墊圈、閥座、松散表面沉積物和海洋生長物處。 當螺栓頭或墊圈充當陽極區時，會發生縫隙腐蝕。 防止沉積物和水垢形成或使用合金含量高的材料將有助于減少縫隙腐蝕。

點蝕（局部腐蝕的第四種形式）是指金屬材料表面不腐蝕或腐蝕輕微的高度局部腐蝕。 淺的蝕坑，嚴重的甚至形成穿孔。 點蝕類似于縫隙腐蝕，特別是在延伸階段。 與縫隙腐蝕不同，點蝕可以在金屬表面沒有縫隙的情況下發生。 與縫隙腐蝕一樣，點腐蝕也是由特定的腐蝕劑（例如氯化物）引起的。 它通常是由金屬表面的缺陷引起的。 例如，不銹鋼或鎳合金的保護氧化層缺陷。 與焊接有關的缺陷，如雜質（MnS，可通過降低Mn、S含量，添加Ti、Zr等消除）、第二相（δ-鐵素體、σ相）、電弧沖擊、飛濺點蝕等可通過使用具有高耐腐蝕性的合金或通過消除導致點蝕的化學元素來防止。

一旦兩種形式的腐蝕開始，點蝕和縫隙腐蝕的進程是相同的。 金屬離子，例如不銹鋼的鐵離子，會發生反應并形成亞鐵離子。 亞鐵離子進一步氧化成三價鐵離子。 氯化物試圖遷移到凹坑或縫隙區域，pH 值下降到大約 1 或更低。 該區域的氧氣含量非常低。 在凹坑或縫隙的外部本體溶液中，氧含量高。 由于坑底趨于陽極氧化，而坑或縫隙的周圍區域趨于陰極化奧氏體不銹鋼換熱管的應力腐蝕，因此建立了電池電流關系。 當凹坑或縫隙中的腐蝕進一步擴大時，就變成了自催化反應。 三價鐵離子與氯離子反應生成三氯化鐵。 重復此反應并迅速產生金屬穿孔。 點腐蝕發生在較高的氯離子濃度下，而縫隙腐蝕也會發生在較低的氯離子濃度下。 點蝕或縫隙腐蝕是一種非常危險的腐蝕形式，因為它高度局部化并且可以迅速對金屬造成穿透性損壞。

局部腐蝕的第五種形式，應力腐蝕開裂（SCC），是指承受應力的合金在腐蝕環境中因裂紋擴展而交替失效的總稱。 常用鋼種有18-8型和17-12-Mo鋼、超低碳不銹鋼。 在這種情況下，金屬表面會形成一層松散的片狀腐蝕層。 即使在低流速下，松散的腐蝕層也很容易去除。 然后，新的未腐蝕金屬再次暴露，因此將形成許多額外的片狀層。 再一次，片狀層很容易被去除，這個過程繼續進行。 使用活性較低的合金可以避免剝落腐蝕。 應力腐蝕分為穿晶應力腐蝕和晶間應力腐蝕。 穿晶應力腐蝕主要發生在含氯離子的介質中，很少發生在氫氧根介質中； 晶間應力腐蝕發生在一般的水介質中。 應力腐蝕的影響因素主要是氯離子水溶液和堿性溶液（120℃以上會發生應力腐蝕）。 氯離子應力腐蝕的影響因素有：材料、結構和狀態、氯離子濃度（高于300×10-6會發生應力腐蝕，低于20×10-6不會發生應力腐蝕） 、氧含量、溫度（75℃，低于50℃會發生應力腐蝕）、PH值、應力。 應力腐蝕開裂具有脆性斷裂形態，但也可發生在韌性材料中。 當Ni含量為8-12%時，應力腐蝕傾向最大。 應力腐蝕開裂的必要條件是存在拉應力（無論是殘余應力還是外加應力，或兩者皆有）和特定的腐蝕介質。 圖案的形成和擴展大致垂直于拉應力的方向。 引起應力腐蝕開裂的應力值遠小于沒有腐蝕介質時材料斷裂所需的應力值。 微觀上，穿過晶粒的裂紋稱為穿晶裂紋，沿晶界擴展的裂紋稱為沿晶裂紋。 如果應力達到其在空氣中的斷裂應力），材料會因正常裂紋而破裂（在延展性材料中，通常是通過微觀缺陷的聚集）。 因此，由于 SCC 而失效的部件的橫截面將包含 SCC 的特征區域以及與微缺陷聚集相關的“凹坑”區域。

局部腐蝕的第六種形式是選擇性浸出或脫合金成分腐蝕。 在這種情況下，一種元素（通常是化學反應性最低的元素）會被腐蝕性介質選擇性地去除，從而留下機械強度較弱的區域。 一個典型的例子是黃銅在蒸汽和水介質中的脫合金。 它可能被命名為鋅脫鋅，其中有選擇地去除鋅并在金屬表面重新鍍銅。 這種形式的腐蝕現在很少見，可以通過使用不易脫合金的合金來防止。

晶間腐蝕（第七種形式）發生在一些特殊合金中，通常是在焊接或熱處理過程中將其加熱到其敏感溫度區域時。 可能發生晶間腐蝕。 晶界是不同晶向的晶粒錯亂混合的界城。 因此，它們是鋼中各種溶質元素偏析或金屬化合物（如碳化物和δ相）析出的有利區域。 有些不銹鋼合金加熱到425-870℃時，碳化鉻會在晶界析出。 它導致在碳化物附近出現貧鉻區，影響晶界區的鈍化。 在硝酸或高溫水等特殊介質中，可能會發生低鉻區腐蝕。 谷物表面呈糖狀。 當用取樣器擦拭時，它們很容易被擦掉。 通過使用低碳合金、添加碳化物形成劑（如鈦或鈮）或使用穩定退火，可以避免不銹鋼和鎳合金中的晶間腐蝕。 晶間腐蝕是一種選擇性腐蝕破壞。 它不同于一般的選擇性腐蝕，腐蝕的局部是微觀的，但宏觀上不一定是局部的。 優先腐蝕晶界。 外觀雖保持金屬光澤，但晶粒間逐漸失去接觸，晶粒脫落。 晶間腐蝕的影響因素：金屬的化學成分和金相組織。 含碳量越高，越容易發生晶間腐蝕。 鐵素體的存在可以防止晶間腐蝕，但過大的晶粒尺寸會加速晶間腐蝕。 鋼材焊前加熱，若鋼材預熱溫度為550-850℃，則易發生晶間腐蝕。 焊接和使用過程中存在應力。 在中度氧化環境中易發生晶間腐蝕。 為此，應選用穩定性好的低碳不銹鋼，焊接材料含碳量極低，鈦、鈮、鉭、鋯含量高，但這種焊縫強度低，容易產生熱裂紋.

應力腐蝕開裂 (SCC) 是局部腐蝕的第八種形式。 應力腐蝕裂紋的產生條件有以下三種：敏感合金、外加或殘余拉應力、特殊腐蝕劑。 可能發生應力腐蝕開裂的典型示例是由 AISI 316 型不銹鋼 (UNS) 制成的絕熱蒸汽管線。 絕緣材料中可能存在的氯化物在暴露于雨中時會轉移到金屬表面。 這種情況滿足應力腐蝕開裂的條件：敏感合金型316不銹鋼； 一種特殊的腐蝕劑——含氯化物的水； 和應力冷加工或焊接管。 如果通過裂紋區域進行橫截面金相檢查，將觀察到典型的穿晶（跨越晶粒和晶界）和分支裂紋。 這是奧氏體不銹鋼典型的氯化物應力腐蝕開裂。 消除上述三種情況中的任何一種都可以防止應力腐蝕開裂。

刀片腐蝕。 焊接321、347不銹鋼時，受熱部位溫度高達1150℃時，容易造成TiC和Nb的分離。 此時，碳富集到焊縫附近狹窄的富集區，并在焊縫冷卻時形成碳鉻化合物。 這個富含碳的區域只有幾個顆粒寬，可以永久形成一條細線，稱為刀口腐蝕。 含Nb不銹鋼比含Ti不銹鋼更耐刃口腐蝕，提高熱處理溫度不能消除刃口腐蝕。 與發生在緊鄰焊縫的狹窄區域的晶間腐蝕不同，晶間腐蝕發生在遠離焊縫的地方； 邊緣腐蝕發生在穩定的不銹鋼中。

局部腐蝕的最后一個例子是腐蝕疲勞。 它發生在泵軸等旋轉部件中。 點蝕經常發生在表面上，進而產生應力升高區域。 疲勞裂紋的加速增長會導致應用中出現循環應力并伴有腐蝕。 疲勞條紋（特征）通常在斷裂表面觀察到，是腐蝕疲勞的警告信號。 可以通過使用高強度合金或通過降低應力來防止腐蝕疲勞。

全面腐蝕：用于描述在合金的整個表面上以相對均勻的方式發生的腐蝕的術語。 當發生全面腐蝕時，村體材料會因腐蝕而逐漸變薄，甚至材料會因腐蝕而失效。 不銹鋼可能在強酸和強堿中表現出全面腐蝕。 由于普遍腐蝕而導致的故障不太重要，因為這種類型的腐蝕通常可以通過簡單的浸入試驗或查閱腐蝕文獻來預測。