不锈钢生锈吗?

1. 介绍

不锈钢生锈吗? 尽管有名字, 不锈钢可以（在某些条件下）在局部腐蚀下类似于生锈的局部腐蚀.

这个问题对任何指定工程材料的人都有很大的重量, 建造, 或消费产品: 长期外观, 结构完整性, 不锈钢组件的维护要求都取决于了解其何时以及为什么耐腐蚀性的原因可能失败.

在以下各节中, 我们将探索不锈钢的保护性铬层的科学, 可以违反它的环境触发器, 以及防止不必要的腐蚀的实用策略.

2. 什么是不锈钢?

不锈钢 是一个 耐腐蚀合金 主要由 铁 (铁), 铬 (Cr), 和 碳 (c), 以及可选的合金元素 镍 (在), 钼 (莫), 和 氮 (n).

它对生锈和染色的独特抵抗使其与普通的碳钢不同，这主要是由于一个关键组成部分: 铬.

铬的作用: 无形的盾牌

是什么使不锈钢“不锈钢”是 至少 10.5% 铬含量. 该铬在环境中与氧气反应 薄的, 稳定的氧化物层 在钢表面.

被称为 被动层, 它是自我修复的，是水分和空气的障碍，这是生锈形成的基本要素.

将其视为透明, 弹性的弹性皮肤可以屏蔽下面的金属.

与油漆或涂料不同, 这部被动胶片如果损坏（存在氧气）会更新自己，以使不锈钢在恶劣的环境中非常有价值.

常见的不锈钢合金元素

超越铬, 可以将其他几个元素添加到用于特定应用的微调不锈钢特性:

不锈钢家庭

有五个不锈钢的主要家庭, 每个由它们的微观结构定义:

• 奥氏体 (例如。, 304, 316): 最常见; 高腐蚀性; 非磁性.
• 铁素体 (例如。, 430): 磁的, 较低的成本, 耐腐蚀的较少.
• 马氏体 (例如。, 410, 420): 坚强而坚强; 用于餐具; 中等腐蚀性.
• 双工 (例如。, 2205): 结合奥氏体和铁素体结构; 优异的强度和氯化物耐药性.
• 降水硬化 (例如。, 17-4ph): 高强度具有中等耐腐蚀性; 用于航空航天.

3. 是什么导致生锈?

了解不锈钢是否可以生锈, 首先定义很重要 什么是生锈 在什么条件下形成的条件下.

什么是生锈?

锈 是一种特定类型的腐蚀 铁 (铁) 反应 氧 (O₂) 和 水分 (h₂o) 在环境中形成 铁氧化物-通常 fe₂o₃·nho, 红棕色片状物质.

该反应是电化学的，导致金属的结构完整性降解.

生锈不仅是表面污渍，而且是活跃的, 进食金属的腐蚀形式, 随着时间的流逝而削弱它.

导致生锈的条件

生锈需要 三种关键成分:

1. 铁 (或像钢这样的含铁合金)
2. 氧 (来自空气或水)
3. 水或水分 (充当电解质)

当这些元素在一起时, 电化学细胞形式:

• 阳极区: 铁失去电子 (氧化), 形成铁离子.
• 阴极地区: 氧气和水接受这些电子形成氢氧化离子.
• 离子结合形成 铁氧化铁, 最终氧化为生锈.

腐蚀与生锈: 他们是一样的吗?

不完全. 而生锈是一个 形式 腐蚀, 并非所有的腐蚀都是生锈的.

例如, 铝形成白色氧化物, 铜形式绿色铜绿, 和 不锈钢形成黑色或棕色氧化物斑块 - 腐蚀的所有类型, 但不是严格的“生锈”.

4. 不锈钢生锈?

尽管有声誉, 不锈钢确实可以生锈 - 但仅在某些环境或机械条件下.

这是一个关键的区别: 不锈钢是 耐腐蚀, 不是 防腐蚀.

为什么不锈钢抵抗生锈

不锈钢的耐腐蚀性源于其 高铬含量 (≥10.5％), 这允许形成 被动氧化铬 (cr₂o₃) 电影. 这部电影是:

• 显微镜薄, 却高度保护
• 遵守和自我修复 在氧气的情况下
• 能够防止氧气和水分到达下方的钢

该被动层将不锈钢与碳钢区分开, 哪种形式 多孔, 薄片氧化铁 (锈) 这允许腐蚀传播.

然而, 这部被动电影不可毁灭. 可以 破坏了, 化学攻击, 或物理去除, 特别是在侵略性或控制不良的条件下.

何时以及为什么不锈钢生锈

不锈钢生锈 当它的被动层被损坏并且不允许改革. 这可能在几种情况下发生:

氯化物暴露 (例如。, 咸水, 漂白):

• 氯离子穿透被动层并开始 点腐蚀.
• 甚至等级也喜欢 304 可以在一个公正的环境中陷入困境 30 PPM的氯化物.

缺氧:

• 在 缝隙 或在氧气无法到达的沉积物中, 被动层无法再生.
• 这导致 缝隙腐蚀 - 在海洋和工业环境中.

铁颗粒污染:

• 接触 碳钢工具, 磨碎灰尘, 或铁颗粒可以引入腐蚀位点.
• 这些异物生锈, 染色不锈钢表面.

酸性或工业环境:

• 像硫酸这样的酸, 盐酸, 或硝酸可以溶解被动膜.
• 高温和污染物加速了这种崩溃.

机械应力或热处理:

• 焊接或冷工作可能导致 致敏 (晶体边界处的碳化物).
• 这降低了耐腐蚀性，并导致 晶间腐蚀.

不锈钢生锈的现实世界例子

• 厨房用具: 由于盐和热量，水槽或洗碗机附近的锈斑.
• 海洋栏杆: 304 海滨装置中的不锈钢腐蚀; 316 票价更好.
• 焊接管: 在焊接接缝处的生锈，那里受热影响区域未正确钝化.
• 建筑面板: 由空气盐盐或与非防空紧固件接触而引起的生锈条纹.

5. 不锈钢腐蚀的类型

尽管不锈钢旨在抵抗腐蚀, 它不是免疫的. 它的敏感性取决于环境暴露, 合金成分, 设计几何形状, 和表面饰面.

不锈钢可能会遭受 本地化, 电动, 和应力诱导的腐蚀 - 具有独特机制, 结果, 和预防策略.

点腐蚀

穿透金属表面的局部攻击

• 原因: 氯离子 (cl⁻), 通常在盐水中发现, 漂白, 和去冰的代理, 可以局部分解被动氧化铬层.
• 外貌: 小的, 表面的深腔或“凹坑”.
• 结果: 可能导致迅速穿孔，而金属损失最小, 经常无法检测到失败.
• 常见: 304 在海洋或池畔环境中使用的不锈钢.

缝隙腐蚀

停滞电解质的屏蔽区域中的腐蚀

• 原因: 发生在氧气无法补充被动膜的紧密间隙中，例如在垫片下, 洗衣机, 圈接头, 或表面沉积物.
• 机制: 氧饥饿会引起差分曝气电池; 被困的区域变成阳极，并迅速腐蚀.
• 外貌: 缝隙下方的腐蚀, 通常在外部看不见.
• 常见: 海水应用, 法兰关节, 或带有复杂几何形状的设备.

电腐蚀

接触中不同的金属之间的电化学反应

• 原因: 当不锈钢在有电解质的情况下电到或多或少地连接到或多或少的高贵金属 (例如。, 水), 一种金属优先腐蚀.
• 例子: 与铝制框架接触的不锈钢螺栓会导致铝腐蚀.
• 严重程度: 取决于金属在电阵容中的相对位置以及阳极与阴极的尺寸比.

应力腐蚀破裂 (SCC)

突然, 在腐蚀性环境中拉伸压力下的脆弱失败

• 原因: 拉伸应力的结合 (残留或应用), 特定的环境条件 (通常富含氯化物), 和敏感的微观结构.
• 外貌: 随着时间的流逝传播的微观裂纹, 导致灾难性失败.
• 常见: 304/304l在热压力下，austenitic不锈钢在压力下, 湿, 或富含氯化物的条件.
• 受影响的行业: 化学处理, 核, 食品设备, 和水处理厂.

晶间腐蚀 (IGC)

沿晶界的选择性攻击

• 原因: 由于敏化引起的晶粒边界的铬耗尽 (在450–850°C范围内加热), 通常在焊接或热处理不当期间.
• 机制: 铬与碳结合形成碳化物, 在晶界附近减少耐腐蚀性.
• 结果: 金属可能看起来完好无损，但在结构上变弱了.
• 预防: 使用低碳等级，例如304L/316L或稳定等级 321 (稳定的) 和 347 (NB稳定).

6. 影响耐腐蚀性的因素

• 合金成分: 更高的Cr (≥20 %), 莫 (≥2 %), 和NI含量增强了电阻.
• 表面处理: 抛光或电抛光的表面比粗糙或腌制饰面更好地抵抗攻击.
• 环境:

• • 氯化物 (海水, 去冰盐) 最具侵略性.
  • 酸 和工业污染物 (所以₂, 不) 可以侵蚀被动膜.

• 机械应力 & 制造: 弯曲, 焊接, 加工可以引入拉伸应力和敏化区.

7. 不锈钢等级及其耐腐蚀性

不锈钢有很多成绩, 每个通过特定合金元素和微观结构进行设计的

为目标环境提供优化的耐腐蚀性和机械性能.

选择合适的成绩对于确保寿命至关重要, 安全, 和成本效益.

等级耐腐蚀性的摘要

8. 维护和预防生锈

如何最大化不锈钢寿命和性能

尽管其耐腐蚀性的声誉, 不锈钢不能完全免受生锈的影响 - 尤其是在恶劣的环境中.

正确选择, 处理, 维护实践对于维护其完整性至关重要, 外貌, 和性能.

适当的成绩选择

防止生锈的最有效方法之一是为预期的环境选择适当的不锈钢级.

• 304 足以室内, 干燥, 和低氯化物应用.
• 316 或者 双工成绩 建议海军陆战队, 工业的, 或具有高氯化物或水分暴露的化学环境.
• 高合金等级 喜欢 904l 非常适合极具腐蚀性媒体, 例如硫酸或海水.

表面处理以增强电阻

不锈钢依靠其被动层 - 薄, 富含铬的氧化物膜 - 用于腐蚀保护. 增强或恢复该层可以大大降低生锈的风险.

• 钝化: 一种化学处理 (通常是硝酸或柠檬酸的) 这可以去除游离铁并促进氧化铬膜的生长.
• 电力: 平滑和显微镜将表面升级, 减少裂缝的形成和污染物，以促进局部腐蚀.
• 腌制: 去除在焊接和高热处理过程中形成的氧化物层或刻度.

定期清洁和环境管理

即使是最佳成绩，如果污染或不受限制，也可能腐蚀.

环境污染物，例如氯化物, 硫酸盐, 铁颗粒可以随着时间的推移引发腐蚀.

维护提示:

• 定期清洁表面 轻度洗涤剂 和 温水.
• 避免使用 钢羊毛或碳钢刷, 可以留下铁矿床.
• 使用 软布或塑料搜查垫.
• 彻底冲洗, 特别是在与盐水接触之后, 酸, 或清洁化学品.
• 在工业环境中, 安装 保护障碍 或者 除湿机 必要时.

制造和安装最佳实践

切割过程中的处理不佳, 焊接, 或安装会损坏保护性氧化物层或引入污染物.

• 使用 专用的不锈钢工具 避免与碳钢交叉污染.
• 焊接后, 申请 焊后清洁 和 钝化 去除比例并加热色彩.
• 避免 尖角和缝隙 在设计中，以最大程度地减少水分夹带.
• 防止 电耦合 除非适当绝缘，否则用不同的金属.

9. 关于不锈钢生锈的常见神话

“不锈钢永不生锈?透明

正如本文所讨论的, 不锈钢不能免疫生锈.

与碳钢相比，它具有极好的耐腐蚀性, 特定条件会导致被动层的崩溃并启动生锈形成.

“所有不锈钢都是一样的?透明

有很多不锈钢等级, 每个都有不同的合金组成和特性.

耐腐蚀性, 力量, 等级之间的其他特征差异很大. 为应用程序选择错误的等级可能会导致过早的腐蚀和失败.

“不锈钢无维护?透明

不锈钢需要定期维护以保持其耐腐蚀性.

打扫, 防止恶劣的环境, 和, 在某些情况下, 表面处理对于防止污染物的积累并确保被动层的完整性是必要的.

10. 结论

综上所述, 不锈钢是一种非凡的材料，具有出色的耐腐蚀特性, 但生锈并不是不可渗的.

不锈钢的独特组成, 特别是铬在形成被动层中的作用, 提供其固有的耐腐蚀性.

然而, 各种因素, 包括接触氯化物, 酸, 机械应力, 和不当维护, 会损害这种抵抗力并导致生锈.

了解可能影响不锈钢的不同类型的腐蚀, 影响其耐腐蚀性的因素,

适当的维护和预防措施对于最大化不锈钢产品和结构的寿命和性能至关重要.

通过消除普通的神话并就材料选择做出明智的决定, 表面处理, 和维护,

我们可以确保不锈钢在广泛的应用中仍然是可靠且耐用的材料.

 

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