沿海地区不锈钢五金制品的腐蚀行为

傅鸿博 李婉嫕

引言

日常五金制品所用的不锈钢主要为耐弱电介质腐蚀的钢。不锈钢被发现至今已有110 多年的历史。通常所说的不锈钢是以Ni、Cr、Mn 为主要合金元素，人们常用的304、201 在室温下组织结构为奥氏体结构的不锈钢为奥氏体不锈钢，其中，201 不锈钢中的铬含量为15%左右，而304 不锈钢中则含有18%；同样，201 不锈钢中的镍含量为5%，而在304不锈钢中则含有更多，约占9%左右。奥氏体是用量最多的一种不锈钢，约总量的一半以上[1]。现在大到门窗、水槽、冰箱、油烟机，小到水龙头、锅、碗、瓢、盆、锁具、合页都可以由不锈钢制成。常用的201、304 等牌号的不锈钢几乎遍布家庭的每个角落。不锈钢在沿海大气环境中的腐蚀行为复杂，可能会影响结构的使用寿命和安全性。因此，有必要研究不锈钢在海洋环境中的腐蚀机理，并选择合适的材料以提高耐腐蚀性。

1 沿海地区的腐蚀环境特点

总的来讲，我国沿海地区尤其东南沿海地区环境具有温湿度高、高雨量大、日照的特点。我们对沿海地区温湿度进行了连续跟踪统计，我国长江以南沿海地区年平均气温在22℃～25℃，局部地区甚至可超过27℃，这种温度会促进腐蚀发生。而沿海地区通常相对湿度不低于70%，部分地区最高时会达到饱和的100%。过高的湿度会使化学腐蚀转变为电化学腐蚀，在化学腐蚀加电化学腐蚀的加速腐蚀下对不锈钢产品的焊接、装配及处理都提出了与内地不同的要求。

2 腐蚀类型分析

虽然影响腐蚀的因素很多，但主要的腐蚀形式是确定的，沿海地区的不锈钢腐蚀可大致分为点蚀和晶间腐蚀两种。

2.1 点蚀

点蚀是金属表面集中在一个很小点或区域的局部腐蚀，在日常生活中不锈钢产品上残留的饭菜残渣，淋浴后的残留清洁剂，沿海环境PH 较低的雨水都作为腐蚀物存在。根据腐蚀物浓度或温度的变化，就能明显的加速腐蚀物的产生。因为金属表面难免会出现亚稳态结构，点蚀通常发生在这些结构中。点蚀的必要条件临界电位和浓度，满足后主要发生阳极溶解反应为：

表面主要反应为：

在沿海地区的点蚀一般是发生在一定浓度的Cl-介质中，当不锈钢中缺陷、杂质和溶质不均匀时，金属表面的保护性氧化层会形成一个直径为几微米的亚稳定的微凹陷。因为反应区域较小，反应缓慢，基本在发现时不锈钢表面已经发污。

2.2 晶间腐蚀

在阐述晶间腐蚀时，一般性认为晶间的贫铬区是反应发生的原因及机理。贫铬区会出现阴极和阳极的电位，使其及其容易出现强烈腐蚀，但不可否认的是贫铬区虽然对不锈钢有保护作用，但贫铬区腐蚀强烈，而晶粒却腐蚀很弱。这也是为什么不锈钢发生大面积腐蚀时不会过于严重的原因。

3 影响因素

3.1 影响点蚀的因素

在提出预防不锈钢五金制品腐蚀之前我们先了解一下影响腐蚀的各种原因，点蚀受材料和环境共同影响，可归纳为两大类。

（1）环境湿度和温度的影响。温度升高时，点蚀电位上升，温度升高反应速度快。

（2）当不锈钢表面质地均匀，或存在致密钝化膜时，抗点蚀的能力会提高。

（3）不锈钢中Cr、Ni 等合金元素都可以提高不锈钢抗点蚀能力。当然Mn也能起到一定的作用（200系列）。

（4）热处理的影响。Cr23C6 析出，导致相邻境界出现贫Cr 区增加点蚀敏感性，而固溶处理将使表面均匀提高其抗点蚀能力。

3.2 影响晶间腐蚀的因素

（1）碳含量的影响，当碳大于0.03%时，腐蚀风险会大大增加。铁素体含量的影响，在相同碳含量时，含有5%δ-铁素体的奥氏体不锈钢将明显改善其耐晶间腐蚀性能[2]。

（2）固溶处理可使奥氏体组织完全均匀，快速冷却可避免Cr-C 析出，提高晶间腐蚀能力。

（3）加工工艺的影响，冷加工前进行敏化处理，改变碳化物晶核的位置，使沉淀相在晶体上滑移，减少晶界上的沉淀量，提高耐晶间腐蚀能力。

（4）晶粒尺寸的影响，随着晶粒尺寸的增大，晶间腐蚀敏感性增加。晶粒尺寸小，材料就有更多的晶粒表面积，从而产生连续网络的析出机会减少，因此提高了耐晶间腐蚀的性能[3]。

（5）加工工艺的影响，在冷加工前进行敏化处理，改变碳化物核的位置，使析出相在晶体上滑移，减少晶界上的析出量，有利于提高奥氏体不锈钢的耐晶间腐蚀能力。

4 防护措施

增加Cr、Ni 含量，通常使用的办法是使用304、316 等牌号的不锈钢。设计上减少焊接、冷弯折，焊接处应特殊加工处理，特殊要求的产品应进行热处理；

室外外露部分应适当涂装或其他表面处理；合理的热处理，细化晶粒，减少贫Cr 区域；利用TiN 等镀膜隔绝介质；化学试剂表面钝化，均匀的钝化层可以有效地防止腐蚀发生；利用其他活性金属形成电化学连接。

在沿海地区使用时也应注意：

（1）避免长时间接触水分：不锈钢在长时间接触水分的情况下，容易出现生锈。因此，在存储和使用不锈钢制品时，应尽量避免长时间接触水分。

（2）避免与其他金属接触：不同金属之间的接触会形成电化学反应，加速不锈钢的腐蚀和生锈。因此，在存储和使用不锈钢制品时，应尽量避免与其他金属接触。

（3）防止化学污染：不锈钢在接触一些化学物质时，容易发生化学反应，导致腐蚀和生锈。因此，在存储和使用不锈钢制品时，应尽量避免接触化学物质。

总之，要防止不锈钢生锈，需要注意保持其表面干燥和清洁，避免长时间接触水分和其他金属，选择合适的不锈钢材料，定期清洁，以及注意防止化学污染。

5 结论

在沿海地区，不锈钢五金制品腐蚀强度明显大于内陆地区。本文通过分析不锈钢腐蚀的机理和影响，找出腐蚀原因，提出了对不锈钢制品加工时应注意的重点。以保证产品适用于沿海地区。对于沿海地区的产品应进行特殊的处理，采用更好的材料和工艺，以避免不锈钢的腐蚀。