合金元素对不锈钢耐腐蚀性的影响

qinsang

不锈钢不易生锈，但不锈钢也会生锈。不锈钢不容易生锈与不锈钢的成分有很大的关系。不锈钢的成分中除了铁外，还有铬、镍、铝、硅等。一般的不锈钢含铬量一般不低于12％，高的甚至达到18％。钢中加入铬等元素后，就能改变钢的性能，如例钢的分子结构更均匀，在钢的表面更易生成一层致密的氧化物保护膜等，从而大大提高不锈钢耐腐蚀的能力。所以不锈钢能抵抗火、水、酸、碱和各种溶液对它的腐蚀，不生锈。科学家发现，钢的内部结构越均匀，各种组成成分就联系得越紧密，腐蚀物入侵就越困难，再加上表面又附着一层氧化物保护膜，就像给钢铁穿上盔甲一样，自然就不容易生锈了。

不锈钢为什么也生锈? 当不锈钢管表面出现褐色锈斑（点）的时候，人们大感惊奇：认为“不锈钢是不生锈的，生锈就不是不锈钢了，可能是钢质出现了问题”。其实，这是对不锈钢缺乏了解的一种片面的错误看法。不锈钢在一定的条件下也会生锈的。 不锈钢具有抵抗大气氧化的能力——即不锈性，同时也具有在含酸、碱、盐的介质中耐腐蚀的能力——即耐蚀性。但其抗腐蚀能力的大小是随其钢质本身化学组成、加互状态、使用条件及环境介质类型而改变的。如304钢管，在干燥清洁的大气中，有绝对优良的抗锈蚀能力，但将它移到滨海地区，在含有大量盐份的海雾中，很快就会生锈了；而316钢管则表现良好。因此，不是任何一种不锈钢，在任何环境下都能耐腐蚀, 不生锈的。

qinsang

合金元素对不锈钢耐腐蚀性的影响

铬
铬是决定不锈钢耐蚀性的主要元素，当铬含量(原子比)达到1/8、2/8….时，铁的电极电位就跳跃式地增加，耐蚀性也随之提高。铬元素是α稳定化元素。铬的氧化物比较致密，可形成耐蚀的保护膜。

碳和氮
碳能强烈地稳定奥氏体，稳定奥氏体的能力约为Ni的30倍；同时，又是不锈钢强化的主要元素；碳与铬能形成一系列碳化物，使不锈钢的耐蚀性受到严重影响；同时碳会使不锈钢的加工性能和焊接性能变坏，使铁素体不锈钢变脆，因此在不锈钢的生产中和开发中，碳的应用和控制是一项重要的工作。

在含碳量较低，含铬量较高时，会获得铁素体组织;当含碳量较高，含铬量较低时，会得到马氏体组织。在铬不锈钢中，当含铬量在17%以下时，随着含碳量的增加，可以获得基体为马氏体的不锈钢。当含碳量较低，含铬量在13%时，就可以获得铁素体不锈钢。当含铬量从13%增加到27%时，由于铬含量增加，稳定铁素体的能力增加，钢中碳含量相应的增加（从0.05%到0.2%），仍能保持铁素体基体。

镍
镍是不锈钢中3个重要元素之一，镍能够提高不锈钢的耐蚀性；镍还是γ相稳定化元素，是不锈钢中获得单相奥氏体和促进奥氏体形成的主要元素。镍能有效地降低Ms点，使奥氏体能保持到很低的温度（-50℃以下）不发生马氏体转变。

镍含量的增加会降低C、N在奥氏体钢中的溶解度，从而使碳氮化合物脱溶析出的倾向增加。随着镍含量的提高，产生晶间腐蚀的临界含碳量降低，即钢的晶间腐蚀敏感性增加。镍对奥氏体不锈钢的耐点腐蚀及缝隙腐蚀的影响并不显著。此外，镍还可以提高奥氏体不锈钢的高温抗氧化性能，这主要与镍改善铬的氧化膜的成分、结构和性能有关，但镍的存在会降低钢的抗高温硫化性能。

锰
锰是比较弱的奥氏体形成元素，但具有强烈稳定奥氏体组织的作用。锰在奥氏体不锈钢中部分替代Ni，2%Mn相当1%Ni。锰也能提高铬不锈钢在有机酸如醋酸、甲酸和乙醇酸中的耐蚀性，而且比镍更有效。当钢中Cr含量大于14%时，仅靠加入Mn无法获得单一的奥氏体组织。由于不锈钢中Cr含量大于17%时才有比较好的耐蚀性，因此工业上已应用的Mn代Ni的奥氏体不锈钢主要是Fe-Cr-Mn-Ni-N型钢，如12Cr18Mn9Ni5N等，而无镍的Fe-Cr-Mn-N奥氏体不锈钢的用量较少。

氮
氮元素在早期主要用于Cr-Mn-N和Cr-Mn-Ni-N奥氏体不锈钢中，以节约Ni元素。近年来氮已经成为Cr-Ni奥氏体不锈钢的重要合金元素。

在奥氏体不锈钢中加入氮，可以稳定奥氏体组织，提高强度、耐腐蚀性能，特别是局部耐腐蚀性能，如耐晶间腐蚀、点腐蚀和缝隙腐蚀等。在普通低碳、超低碳奥氏体不锈钢中，可以改善抗晶间腐蚀性能，其原因是氮影响敏化处理时碳化铬的析出过程，提高了晶界的铬浓度。在高纯奥氏体不锈钢中，没有碳化铬的沉淀析出。此时氮的作用有：一是氮增加钝化膜的稳定性，降低平均腐蚀率；二是含氮高的钢中虽有氮化铬析出，但氮化铬的沉淀速度很慢，敏化处理不会造成晶间贫铬，对晶间腐蚀影响很小。氮对磷在晶界偏聚有抑制作用，可以提高钢的耐晶间腐蚀作用。

目前应用的含氮奥氏体不锈钢主要以耐腐蚀为主，同时具有较高的强度；可以分为控氮型、中氮型和高氮型3种类型。控氮型是在超低碳（C≤0.02%~0.03%）Cr-Ni奥氏体不锈钢中加入0.05%~0.10%N，用以提高钢的强度，同时优化钢的耐晶间腐蚀和耐应力腐蚀性能；中氮型含有0.10%~0.50%N，在正常大气压条件下冶炼和浇注；高氮型氮含量在0.40%以上，一般在增加压力的条件下冶炼和浇注，主要在固溶态或半冷加工态下使用，既具有高强度，又有耐腐蚀性。目前氮含量达到0.8%~1.0%水平的高氮奥氏体钢已获得实际应用并开始工业化生产。

钛、铌、钼及稀土元素
钛和铌是强碳化物形成元素，可优先于铬同碳形成碳化物，防止晶间腐蚀，提高耐蚀性。钛和铌的加入必须与钢中的碳保持一定的比例。

钼能提高不锈钢的钝化能力，扩大其钝化介质范围，如在热硫酸、稀盐酸、磷酸和有机酸中。含钼的钝化膜在许多介质中具有很高的稳定性，不易溶解。可防止Cl-对钝化膜的破坏，所以含钼不锈钢具有抗点腐蚀的能力。

稀土元素如Ce、La、Y等加入到不锈钢中，可以微量固溶在基体中，净化晶界，变质夹杂物，均匀组织，减少析出物的析出及在晶界的偏聚，从而改善钢的耐腐蚀性和力学性能。