铜在提高不锈钢耐腐蚀性中的作用

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铜在不锈钢中的作用铜通常只作为残余元素存在于不锈钢中。然而，为了提高特定合金的耐腐蚀性，尤其是在海水和硫酸溶液中，会在选定的合金中添加铜。

多年来，铜一直被视为钢生产中的有害元素。它与“热脆性”有关，在锻造和轧制所用的温度下是熔融的，导致加工过程中物品断裂。为了防止铜作为杂散元素被带入，通常会非常小心地将含铜部件与大量钢生产中使用的废钢分开。

尽管有上述历史担忧，铜在不锈钢铸造中的使用更为广泛，部分原因是它与良好的“铸造性”相关，即熔融金属流经模具并实现良好铸造的能力。铜对铸造有利而对热加工不利的情况远不如轶事所暗示的那么确定，因为已经使用更大数量的铜作为故意添加的合金元素。然而，铜在特定环境中对耐腐蚀性的积极影响要明确得多。

铜已被证明能显著提高不锈钢的耐腐蚀性，特别是在海水和含硫酸的环境。

不锈钢的耐腐蚀性归功于在含氧环境中暴露时在其表面形成的高稳定性被动膜。然而，点蚀腐蚀通常在靠近表面的硫化物夹杂物上或其附近引发。

硫不是故意添加到钢中的（除了特定的自由切削钢外），因为它在加工过程中可能会引起问题。如果大量存在，会导致热脆性。因此，通常会添加锰与硫结合形成锰硫化物夹杂物。只要它们以小量和细分散存在，对机械性能的影响是有限的。如果数量较大，它们可以沿着轧制或锻造方向排列，导致横向方向的冲击韧性差。

在耐腐蚀性方面，任何存在于不锈钢部件暴露表面的夹杂物都不会允许铬氧化物稳定层在那里形成。这成为点蚀腐蚀引发的理想地点，可以在夹杂物曾经存在的地方迅速形成坑洞。

在不锈钢中添加铜对这些由夹杂物引发的点蚀腐蚀点有有趣的有益效果。铜在表面的溶解导致不溶性铜硫化物（Cu2S）化合物的沉淀。这反过来阻止了硫物种吸附在钢的表面，从而抑制了进一步的坑洞生长。在某种程度上，铜为不锈钢提供了自我修复效果，这不会阻止点蚀腐蚀在被动层的弱点处引发，但它会减慢或停止这些点的进一步腐蚀，防止更有害的腐蚀。

除了上述机制，铜还被认为在先前描述的溶液中在不锈钢表面形成额外的保护层（被动层）。与铁硫化物或镍硫化物相比，铜硫化物能够更稳定地存在。因此，有人提出铜硫化物层可以补充主要的铬氧化物被动层。

Ferralium 255（F61，1.4507，UNS S32550）或许是增加铜添加量的最佳例子。作为最初的超级双相不锈钢，它在最严酷的环境中提供了超过50年的增强耐腐蚀性。它是由含铜的铸造等级开发而来的，原因之一是铸造性，新颖的锻造形式保持了约2.0%的铜含量，以实现在海水和硫酸中更优越的耐腐蚀性。

合金Alloy20（2.4660，UNS N08220，AL20，C20，CN7M）是一种高合金镍等级，它被引用为另一个特别利用铜添加来增强硫酸中耐腐蚀性的合金，其铜含量在3.0-4.0%之间。

铜也被用在较低碳含量的不锈钢型号中，如316Cu（合金316的变体，UNS S31603）和204Cu（合金304L的低成本变体），为使在耐腐蚀性方面有改进。