沿海地區不銹鋼五金制品的腐蝕行為

傅鴻博 李婉嫕

引言

日常五金制品所用的不銹鋼主要為耐弱電介質腐蝕的鋼。不銹鋼被發現至今已有110 多年的歷史。通常所說的不銹鋼是以Ni、Cr、Mn 為主要合金元素，人們常用的304、201 在室溫下組織結構為奧氏體結構的不銹鋼為奧氏體不銹鋼，其中，201 不銹鋼中的鉻含量為15%左右，而304 不銹鋼中則含有18%；同樣，201 不銹鋼中的鎳含量為5%，而在304不銹鋼中則含有更多，約占9%左右。奧氏體是用量最多的一種不銹鋼，約總量的一半以上[1]。現在大到門窗、水槽、冰箱、油煙機，小到水龍頭、鍋、碗、瓢、盆、鎖具、合頁都可以由不銹鋼制成。常用的201、304 等牌號的不銹鋼幾乎遍布家庭的每個角落。不銹鋼在沿海大氣環境中的腐蝕行為復雜，可能會影響結構的使用壽命和安全性。因此，有必要研究不銹鋼在海洋環境中的腐蝕機理，并選擇合適的材料以提高耐腐蝕性。

1 沿海地區的腐蝕環境特點

總的來講，我國沿海地區尤其東南沿海地區環境具有溫濕度高、高雨量大、日照的特點。我們對沿海地區溫濕度進行了連續跟蹤統計，我國長江以南沿海地區年平均氣溫在22℃～25℃，局部地區甚至可超過27℃，這種溫度會促進腐蝕發生。而沿海地區通常相對濕度不低于70%，部分地區最高時會達到飽和的100%。過高的濕度會使化學腐蝕轉變為電化學腐蝕，在化學腐蝕加電化學腐蝕的加速腐蝕下對不銹鋼產品的焊接、裝配及處理都提出了與內地不同的要求。

2 腐蝕類型分析

雖然影響腐蝕的因素很多，但主要的腐蝕形式是確定的，沿海地區的不銹鋼腐蝕可大致分為點蝕和晶間腐蝕兩種。

2.1 點蝕

點蝕是金屬表面集中在一個很小點或區域的局部腐蝕，在日常生活中不銹鋼產品上殘留的飯菜殘渣，淋浴后的殘留清潔劑，沿海環境PH 較低的雨水都作為腐蝕物存在。根據腐蝕物濃度或溫度的變化，就能明顯的加速腐蝕物的產生。因為金屬表面難免會出現亞穩態結構，點蝕通常發生在這些結構中。點蝕的必要條件臨界電位和濃度，滿足后主要發生陽極溶解反應為：

表面主要反應為：

在沿海地區的點蝕一般是發生在一定濃度的Cl-介質中，當不銹鋼中缺陷、雜質和溶質不均勻時，金屬表面的保護性氧化層會形成一個直徑為幾微米的亞穩定的微凹陷。因為反應區域較小，反應緩慢，基本在發現時不銹鋼表面已經發污。

2.2 晶間腐蝕

在闡述晶間腐蝕時，一般性認為晶間的貧鉻區是反應發生的原因及機理。貧鉻區會出現陰極和陽極的電位，使其及其容易出現強烈腐蝕，但不可否認的是貧鉻區雖然對不銹鋼有保護作用，但貧鉻區腐蝕強烈，而晶粒卻腐蝕很弱。這也是為什么不銹鋼發生大面積腐蝕時不會過于嚴重的原因。

3 影響因素

3.1 影響點蝕的因素

在提出預防不銹鋼五金制品腐蝕之前我們先了解一下影響腐蝕的各種原因，點蝕受材料和環境共同影響，可歸納為兩大類。

（1）環境濕度和溫度的影響。溫度升高時，點蝕電位上升，溫度升高反應速度快。

（2）當不銹鋼表面質地均勻，或存在致密鈍化膜時，抗點蝕的能力會提高。

（3）不銹鋼中Cr、Ni 等合金元素都可以提高不銹鋼抗點蝕能力。當然Mn也能起到一定的作用（200系列）。

（4）熱處理的影響。Cr23C6 析出，導致相鄰境界出現貧Cr 區增加點蝕敏感性，而固溶處理將使表面均勻提高其抗點蝕能力。

3.2 影響晶間腐蝕的因素

（1）碳含量的影響，當碳大于0.03%時，腐蝕風險會大大增加。鐵素體含量的影響，在相同碳含量時，含有5%δ-鐵素體的奧氏體不銹鋼將明顯改善其耐晶間腐蝕性能[2]。

（2）固溶處理可使奧氏體組織完全均勻，快速冷卻可避免Cr-C 析出，提高晶間腐蝕能力。

（3）加工工藝的影響，冷加工前進行敏化處理，改變碳化物晶核的位置，使沉淀相在晶體上滑移，減少晶界上的沉淀量，提高耐晶間腐蝕能力。

（4）晶粒尺寸的影響，隨著晶粒尺寸的增大，晶間腐蝕敏感性增加。晶粒尺寸小，材料就有更多的晶粒表面積，從而產生連續網絡的析出機會減少，因此提高了耐晶間腐蝕的性能[3]。

（5）加工工藝的影響，在冷加工前進行敏化處理，改變碳化物核的位置，使析出相在晶體上滑移，減少晶界上的析出量，有利于提高奧氏體不銹鋼的耐晶間腐蝕能力。

4 防護措施

增加Cr、Ni 含量，通常使用的辦法是使用304、316 等牌號的不銹鋼。設計上減少焊接、冷彎折，焊接處應特殊加工處理，特殊要求的產品應進行熱處理；

室外外露部分應適當涂裝或其他表面處理；合理的熱處理，細化晶粒，減少貧Cr 區域；利用TiN 等鍍膜隔絕介質；化學試劑表面鈍化，均勻的鈍化層可以有效地防止腐蝕發生；利用其他活性金屬形成電化學連接。

在沿海地區使用時也應注意：

（1）避免長時間接觸水分：不銹鋼在長時間接觸水分的情況下，容易出現生銹。因此，在存儲和使用不銹鋼制品時，應盡量避免長時間接觸水分。

（2）避免與其他金屬接觸：不同金屬之間的接觸會形成電化學反應，加速不銹鋼的腐蝕和生銹。因此，在存儲和使用不銹鋼制品時，應盡量避免與其他金屬接觸。

（3）防止化學污染：不銹鋼在接觸一些化學物質時，容易發生化學反應，導致腐蝕和生銹。因此，在存儲和使用不銹鋼制品時，應盡量避免接觸化學物質。

總之，要防止不銹鋼生銹，需要注意保持其表面干燥和清潔，避免長時間接觸水分和其他金屬，選擇合適的不銹鋼材料，定期清潔，以及注意防止化學污染。

5 結論

在沿海地區，不銹鋼五金制品腐蝕強度明顯大于內陸地區。本文通過分析不銹鋼腐蝕的機理和影響，找出腐蝕原因，提出了對不銹鋼制品加工時應注意的重點。以保證產品適用于沿海地區。對于沿海地區的產品應進行特殊的處理，采用更好的材料和工藝，以避免不銹鋼的腐蝕。