據介紹，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，在金相工作中發現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、水等弱腐蝕介質和酸、堿、鹽等化學浸蝕性介質中達到“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分為馬氏體、鐵素體、奧氏體3大類，其中以奧氏體不銹鋼應用最廣泛，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NACE相關標準規定，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。在鐵合金發生腐蝕時，通常有水溶液參與，發生電化學腐蝕，電化學腐蝕的一大特點是腐蝕反應的過程中伴隨著電荷的轉移過程。在陽極反應過程中，金屬原子失去電子生成金屬正離子。在陰極反應的過程中，氧氣等反應物質獲得電子形成陰離子。這也就是說，陽極反應中產生的電子通過界面傳送給陰極反應過程中的電子受體，氧化膜層導電性差有利于阻礙電荷的轉移，就可以達到抑制金屬腐蝕的目的。

 

　　近來，寒潮來襲，人們為了保暖避寒，就需要多穿衣服。在一些侵蝕性較強的介質中，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生腐蝕？

　　不銹鋼敏化后會發生晶間腐蝕(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常能看到晶間腐蝕的身影。

 

　　在一定的溫度( 450～850 ℃)范圍內奧氏體內的過飽和碳會與固溶體的鉻結合形成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即在晶粒間界及其鄰近的區域的鉻由于Gr23C6碳化物析出，含量大大降低，而晶內的鉻又來不及向晶界擴散，因而形成貧鉻區。

　　當鉻的含量低于鈍化所需的鉻含量(大約12% ) ,鈍態受到破壞電位下降，而晶內仍保持鈍態，從而構成了大陰極(基體)和小陽極(晶界區的貧鉻區)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。不銹鋼發生敏化以后一定會在晶界上產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鍵特征。

　　不銹鋼容易發生點蝕(Pitting corrosion)。在含有氯離子的溶液中不銹鋼特別容易發生點蝕，但這并不意味著不銹鋼發生點蝕以后其環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生點蝕，但不同離子主導的不銹鋼點蝕形貌不同。

 

　　從經驗上看，在氯離子存在的溶液中，不銹鋼上蝕點數量少，但蝕坑深度大，這也是輸送含有氯離子的介質的管線為什么經常發生“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，水中含有很少的氯離子就可以導致不銹鋼發生點蝕，濃度越高，發生點蝕的時間越短，點蝕長大的速率越高。

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

 

　　4生活中使用不銹鋼應注意些什么？

　　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，在總潮濕的環境中，不銹鋼發生腐蝕以后雖然不會產生褐色的鐵銹，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。關于不銹鋼本期就介紹到這里，希望本期內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