THE WASI STAINLESS STEEL ENCYCLOPEDIA
WASI 不锈钢百科全书

Corrosion resistance of stainless steel 不锈钢防腐性能

"最佳的耐腐蚀性的前提是需要一个完全干净的金属表面。不锈钢在水性介质中的耐化学腐蚀性表现得极为优异。这里需要不锈钢的铬含量至少为12%，而碳元素的含量不能超过1.2%。
不锈钢的高耐腐蚀性是因为其表面可以形成一层钝化层。这一层富铬金属氧化物或金属氧化水合物层将金属基体与外界的腐蚀性介质隔离开来。这个钝化层并不是固化的，而是在基材与环境介质之间随时间的推移，达成一种平衡。金属表面在经过物理划伤之后，通常会形成一层新的钝化层。如果环境介质不能使其形成足够的钝化层，或者现有的钝化层被破坏，或完全被化学侵蚀，那么不锈钢基体就会产生锈蚀。这里起决定性因素的化学成分是铬元素。所以提高不锈钢的铬含量，以及加入其它的合金成分例如钼元素，都会使不锈钢的耐腐蚀性得以显著提升。钝化仅作用于合金元素中的金属溶解物。因此相应的耐腐蚀性会表现为一种无增长性的基材，并且不会因为铬或钼元素的金属间化合物的沉淀或形成而产生损耗。"     

不锈钢中常见元素的作用

不锈钢中常见的合金元素C、Cr、Ni、Mn、Si、N、Nb、Ti、Mo等，不锈钢中各大元素的作用和意义，请看下面的分析。                 
■ Cr：铬元素主要起到防腐蚀作用，一般来说含量越高耐腐蚀性越强，尤其是在氧化性介质中。钢铁中含铬达到12.5%时即为不锈钢。同时它是金相铁素体的主要元素。在耐热钢中铬也是不可缺少的金属元素。铬在钢中的角色多元且重要，它会形成安定而硬的碳化物，而且具抗蚀性。铬之所以成为决定不锈钢性能的主要元素，根本的原因是向钢中添加铬作为合金元素以后，促使其内部的矛盾运动向有利于抵抗腐蚀破坏的方面发展                
■ Ni：镍元素也具有防腐蚀作用，尤其在还原性介质中，在氧化性腐蚀性介质中与铬一起具有协同作用。同时它是金相奥实体的主要元素。在高温还原性介质中的耐热钢中也是重要的组成元素。镍是优良的耐腐蚀材料，也是合金钢的重要合金化元素。镍在钢中是形成奥氏体的元素，但低碳镍钢要获得纯奥氏体组织，含镍量要达到24％；而只有含镍27％时才使钢在某些介质中的耐腐蚀性能显着改变。所以镍不能单独构成不锈钢。但是镍与铬同时存在于不锈钢中时，含镍的不锈钢却具有许多可贵的性能。基于上面的情况可知，镍作为合金元素在不锈钢中的作用，在于它使高铬钢的组织发生变化，从而使不锈钢的耐腐蚀性能及工艺性能获得某些改善。                
■ Mn：锰元素和镍具有很多相似的地方，在一些不锈钢中锰可以完全代替镍。但锰有很多自己的特点，如提高材料的机械强度和中温性能。此外还有增加N的在金相中的溶解度作用。锰对于奥氏体的作用与镍相似。但说得确切一些，锰的作用不在于形成奥氏体，而是在于它降低钢的临界淬火速度，在冷却时增加奥氏体的稳定性，抑制奥氏体的分解，使高温下形成的奥氏体得以保持到常温。                
■ Ti：钛元素在不锈钢中仅仅起到调质作用。不锈钢的碳含量较高时，在焊接时容易引起铬偏析，即形成各的碳化物，是焊缝附近缺铬，降低了不锈钢的耐腐蚀性。为了降低上述现象的产生，一般在不锈钢中加入少量的钛或铌，钛优先于铬与碳结合。过去由于炼钢技术有限，一般采用加钛方法避免铬的偏析，现在主要通过降低碳含量来避免上述现象产生，防止晶间腐蚀。                
■ Mo：钼元素在不锈钢中起到耐氯化物腐蚀作用。在高等级不锈钢中都含有钼元素。钼能使钢的晶粒细化，提高淬透性和热强性能，在高温时保持足够的强度和抗蠕变能力(长期在高温下受到应力，发生变形，称蠕变)。结构钢中加入钼，能提高机械性能。 还可以抑制合金钢由于火而引起的脆性，具有极佳的防腐蚀能力。                
■ C：碳元素在不锈钢中具有两重性，对组织的影响主要表现在两方面，一方面碳是稳定奥氏体的元素，并且作用的程度很大（约为镍的30倍），另一方面由于碳和铬的亲和力很大，与铬形成—系列复杂的碳化物。所以，从强度与耐腐烛性能两方面来看，碳在不锈钢中的作用是互相矛盾的。由于含碳量不同，强度与耐腐蚀性能也是有区别的，工业中获得应用的不锈钢的含碳量都是比较低的，因为在大多数使用条件下，不锈钢总是以耐腐蚀为主要目的。 

常用不锈钢紧固件的耐腐蚀性能

       
■ 奥氏体-A1-302 不锈钢实质上就是含碳量更高的304不锈钢的变种，通过冷轧可使其获得较高的强度。耐腐蚀度一般，不锈钢紧固件产品不推荐。

■ 奥氏体-A2-304 是一种通用性的不锈钢，具有良好的耐蚀性，它广泛地用于制作要求良好综合性能（耐腐蚀和成型性）的设备和机件，更广泛用于不锈钢紧固件的生产。不锈钢紧固件广泛用于家庭用品（1、2类餐具）、橱柜、室内管线、热水器、锅炉、浴缸、汽车配件、医疗器具、建材、化学、食品工业、农业、机械加工、机车行业、船舶部件。                
■ 奥氏体-A2L-304L 是碳含量较低的304不锈钢的变种，用于需要焊接的场合。较低的碳含量使得在靠近焊缝的热影响区中所析出的碳化物减至最少，而碳化物的析出可能导致不锈钢在某些环境中产生晶间腐蚀（焊接侵蚀），耐蚀性和耐热性优良；低温强度和机械性能优良；单相奥氏体组织，无热处理硬化现象（无磁性，使用温度-196--800℃）。                
■ 奥氏体-A4-316 不锈钢含有铝，因而在海洋和化学工业环境中的抗点腐蚀能力大大地优于304不锈钢。 耐蚀性和高温强度特别好，可在苛刻的条件下使用,加工硬化性好,无磁性。用316加工的不锈钢紧固件及零配件适于海水用设备、化学、染料、造纸、草酸、肥料生产设备、照相、食品工业、沿海设施。
■ 奥氏体-A4L-316L 钢中添加Mo（2-3%），故耐蚀性和高温强度优良；SUS316L含碳量比SUS316低，因此，抗晶间腐蚀性比SUS316优良；高温蠕变强度高。可在苛刻的条件使用,加工硬化性好,无磁性。其主要特性：
耐腐蚀性：耐腐蚀性能优于304不锈钢，在浆和造纸的生产过程中具有良好的耐腐蚀的性能。而且316不锈钢还耐海洋和侵蚀性工业大气的侵蚀。
耐热性：在1600度以下的间断使用和在1700度以下的连续使用中，316不锈钢具有好的耐氧化性能：在800-1575度的范围内，最好不要连续作用316不锈钢，但在该温度范围以外连续使用316不锈钢时，该不锈钢具有良好的耐热性。316L不锈钢的耐碳化物析出的性能比316不锈钢更好，可用上述温度范围。
热处理：在1850-2050度的温度范围内进行退火，然后迅速退火，然后迅速冷却。316不锈钢不能过热处理进行硬化。
焊接：316不锈钢具有良好的焊接性能。可采用所有标准的焊接方法进行焊接。焊接时可根据用途，分别采用316Cb、316L或309Cb不锈钢填料棒或焊条进行焊接。为获得最佳的耐腐蚀性能，316不锈钢钢的焊接断面需要进行焊后退火处理。如果使用316L不锈钢，不需要进行焊后退火处理。
典型用途：用316L加工的不锈钢紧固件及零配件适于海水用设备、化学、染料、造纸、草酸、肥料生产设备、照相、食品工业、沿海设施。纸浆和造纸用设备热交换器、染色设备、胶片冲洗设备、管道、沿海区域建筑物外部用材料。"                

■ 马氏体-410 马氏体代表钢种，强度高，硬度高（有磁性）；抗腐蚀性差，不适合于严重腐蚀环境下使用；含C量低，加工性好，通过热处理可使表面硬化。用于不锈钢紧固件如自攻自钻螺钉、挡圈等。  

腐蚀的机理与种类

不锈钢耐腐蚀性机理

在不锈钢表面形成明显的Cr2O3薄膜，O和Cr的含量有最低要求（10.5%）以获得连续的保护性薄膜，以抑制侵蚀的发生。若保护性薄膜被损坏，它可以自然恢复。氧化膜的抗腐蚀性能取决于Mo、Ni、Cr、及N的含量。提高Cr含量可以提高不锈钢的抗侵蚀性和当Cr2O3薄膜被损坏时增强了其自修复能力。Cr2O3薄膜对基体结构（铁素体或奥氏体）没有任何影响。          

不锈钢腐蚀的种类

一种不锈钢可在许多介质中具有良好的耐蚀性，但在另外某种介质中，却可能因化学稳定性低而发生腐蚀。所以说，一种不锈钢不可能对所有介质都耐蚀。 在众多的工业用途中，不锈钢都能提供今人满意的耐蚀性能。                
金属受环境介质的化学及电化学作用而被破坏的现象即腐蚀。不锈钢会受到磨损、表面腐蚀和不同形式的局部腐蚀、全面腐蚀。根据使用的经验来看，除机械失效外，金属的腐蚀，按机理可分为特理腐蚀、化学腐蚀与电化学腐蚀三种，紧固件实际应用、工程中的金属腐蚀，绝大多数都属于电化学腐蚀。

■ 局部腐蚀：不锈钢的一种严重的腐蚀形式是局部腐蚀 由局部腐蚀而引起的破坏是很难预测的。因而，零部件及设备的寿命也不能精确地预计。主要的局部腐蚀包括以下十种：电化学腐蚀、浸蚀腐蚀、缝隙腐蚀、点腐蚀、应力腐蚀开裂、选择性浸出或脱合金成分腐蚀、晶间腐蚀、应力腐蚀裂纹、刀刃腐蚀、腐蚀疲劳。这些局部腐蚀所导致的失效事例几乎占失效事例的一半以上。事实上，很多失效事故是可以通过合理的选材而予以避免的。                
■ 全面腐蚀：是用来描述在整个合金表面上以比较均勺的方式所发生的腐蚀现象的术语。当发生全面腐蚀时，村料由于腐蚀而逐渐变薄，甚至材料腐蚀失效。不锈钢在强酸和强碱中可能呈现全面腐蚀。                
有关锈蚀的详细分析请详见不锈钢生锈的原因知识分享。
常见不锈钢在不同介质的防腐性能不同，耐腐蚀度详见如下列表：                
Overview of chemical resistance of A2 and A4 不锈钢A2和A4耐化学性概述

Classification of degrees of resistance in different groups 不同群体的抵抗程度分类