什么是腐蝕？

腐蝕是一種電化學過程，其中金屬與周圍環境發生反應，所導致的降解引發材料性能（例如機械強度，外觀以及對液體和氣體的不滲透性）的損失。腐蝕的原因是金屬及其天然礦石的能量差異。從礦石中提取任何金屬都需要能量。這種“過剩的能量”推動腐蝕，因為金屬將試圖恢復到其自然狀態。

從電化學上講，腐蝕是電子的釋放。釋放電子的過程稱為氧化反應或陽極反應。然而，這些電子需要在某處被消耗，因此需要發生還原反應或陰極反應。

易氧化的金屬（例如鎂）被稱為非貴（活性）金屬，而最耐腐蝕的金屬（例如金和鉑）被稱為貴（惰性）金屬。在兩者之間，我們找到了工程用途的大多數金屬，例如鐵和銅。

不銹鋼和鈍化

從本質上講，不銹鋼不屬于金或鉑這樣的貴金屬。不銹鋼的耐腐蝕性是來自于鉻，鐵的氧化物和氫氧化物構成的看不見而且不溶的薄層，通常稱為鈍化膜（圖1）。

圖1：不銹鋼鈍化膜的兩層模型

即使鈍化膜只有幾納米的厚度，它也可以有效地使下方的金屬與周圍環境隔離開來，有效地減緩了引起腐蝕的電化學反應，腐蝕速率較沒有鈍化膜時的腐蝕速率遠遠降低。其他金屬（例如鉻，鋁和鈦）也表現出鈍化性，不銹鋼是利用鉻鈍化的能力。

在含有足夠氧化劑的環境中，不銹鋼表面的鈍化膜會自發形成。此外，如果鈍化膜下面的金屬由于機械損傷（例如刮擦）而暴露在外，它會自發地重新鈍化。空氣以及大多數水溶液中的氧氣含量足以形成和維持不銹鋼鈍化膜。如果能有效的保留住鈍化膜，不銹鋼幾乎可以永久使用。

均勻腐蝕

在鈍化膜不穩定的環境中會發生均勻腐蝕，未保護的金屬表面或多或少地均勻減少。在酸或熱堿性溶液中，不銹鋼的均勻腐蝕是最常見的。另外，氯化物和氟化物的熔鹽也可以導致均勻腐蝕。

在溫度和化學成分恒定的環境中，期望以合理的恒定速率發生均勻腐蝕。通過在一定表面積測量單位時間內的重量損失，可以確定腐蝕速率。這通常表示為厚度隨時間的損失，例如毫米/年。根據定義，如果腐蝕速率不超過0.1毫米/年，則通常認為不銹鋼在特定環境中具有耐均勻腐蝕的能力。

點蝕和縫隙腐蝕

均勻腐蝕會引起鈍化膜的廣泛破壞，但點蝕和縫隙腐蝕是由鈍化膜的局部破壞引起的。在實際情況中，不銹鋼的腐蝕失效通常是局部腐蝕，而不是均勻腐蝕的結果。在這種情況下，不銹鋼表面局部形成電偶，這會導致快速的腐蝕蔓延。與均勻腐蝕相比，局部腐蝕的重量損失可能很小，作為腐蝕嚴重程度指標的腐蝕速率與局部腐蝕無關。相反，點蝕和縫隙腐蝕被認為是一種非此即彼的情況，一旦局部腐蝕開始，很快就會穿透材料，因此需要避免。

在含鹵素離子的環境中，例如氯化物，不銹鋼特別容易出現點蝕和縫隙腐蝕。因此，存在局部腐蝕風險的環境包括含大量氯化物的液體，例如海水和各種工業溶液。

縫隙腐蝕發生在縫隙和其他密閉空間中，以及在使用過程中形成的沉積物下。在水性環境中，不銹鋼表面自然發生的化學反應會消耗氧氣。在縫隙內部停滯的溶液中，新氧化劑的供應受到限制。縫隙內溶液的成分逐漸變得不同于周圍溶液的成分。當形成濃差電池時，這種成分差異就增加了腐蝕的風險。

越來越強的腐蝕性環境最終會破壞縫隙內部的鈍化膜，而小面積裸露的金屬表面將充當縫隙周圍更大鈍化區域的陽極。

對于任何類型的腐蝕，點蝕和縫隙腐蝕的風險取決于環境因素和合金的耐腐蝕性。高氯化物濃度，低pH值和高溫都會增加點蝕和縫隙腐蝕的可能性。其他鹵化物（如溴化物和碘化物）也可能引起點蝕和縫隙腐蝕。

應力腐蝕開裂

應力腐蝕開裂（SCC）是一種脆性破壞模式，由機械應力和腐蝕環境共同作用引起。在預計不會出現點蝕、縫隙或均勻腐蝕的環境中，可能會導致機械強度快速損失，并可能導致破裂的災難性故障，這使其成為隱蔽的腐蝕形式。應力腐蝕開裂的發生，必須滿足三個要求：

•易感材料

•材料對應力腐蝕開裂敏感的環境

•足夠的拉應力

如果除去這三個因素之一，則不會發生應力腐蝕開裂。與點蝕和縫隙腐蝕一樣，不銹鋼發生應力腐蝕最常見的原因是含氯化物的溶液和高溫。隨著氯化物濃度的增加，溫度的升高和pH值的降低，應力腐蝕開裂的風險也隨之增加。不銹鋼的應力腐蝕通常以細小、分支裂紋的形式出現。

由于裂紋的快速擴展，應力腐蝕開裂引起的失效通常會突然發生而沒有預警。在最嚴重的情況下，組件的故障可能會在幾天甚至幾小時內發生。

腐蝕疲勞

當材料承受周期性載荷時，它能夠在遠遠低于材料極限拉伸應力的載荷下失效。如果材料同時暴露在腐蝕性環境中，則即使在更低的負載下，也可能在較短的時間后發生失效。這是由一種稱為腐蝕疲勞的腐蝕引起的，該腐蝕與應力腐蝕開裂相似、導致脆性破壞。但是因腐蝕疲勞而產生的裂紋分支較少。腐蝕疲勞通常發生在常溫環境和中性溶液中。

晶間腐蝕

晶間腐蝕是指材料晶界及鄰近部位優先受到腐蝕, 而晶粒本身不被腐蝕或腐蝕很輕微的一種局部腐蝕。在不銹鋼中，碳化鉻或金屬間相的沉淀可能導致晶間腐蝕。由于以前不銹鋼的高碳含量（0.05-0.15％），這種腐蝕是潛在危險。現代不銹鋼的生產過程中使用AOD（氬氧精煉爐），已使碳含量降低，因此晶間腐蝕在今天已很少成為問題。

電偶腐蝕

電偶腐蝕是兩種不同的金屬相互接觸而同時處于電解質中所產生的電化學腐蝕。通常，比較活潑的金屬（陽極）會受到更嚴重的腐蝕，而惰性的金屬（陰極）則受到保護。通常在兩種金屬的結合處附近最易發生這種電偶腐蝕。

只要不銹鋼保持鈍化狀態，它們在大多數環境中都會比其他金屬材料更有惰性，因此在大多數電偶中都是陰極。另一方面，與不銹鋼的電阻偶合可能會增加諸如高碳鋼、鍍鋅鋼、銅和黃銅等非貴金屬的腐蝕速率。不同不銹鋼鋼種之間的電偶腐蝕通常不是問題，前提是每種不銹鋼在特定環境中都是鈍化的。