合金化对不锈钢耐蚀性能的影响概述

尚培元

摘要：不锈钢材料作为当前工程项目建设应用最为广泛的材料之一，在社会经济发展过程中有十分重要的作用，合金化可以有效提高不锈钢的耐腐蚀性能，通过合理控制不锈钢中引入的微量元素的含量以及种类，可以充分发掘不锈钢产品的抗腐蚀性能，延长不锈钢的使用寿命，拓宽不锈钢的应用领域。目前随着技术的不断发展，已经研究出很多具有良好性能的不锈钢产品，在众多基础材料领域发挥着显著的优势。本文对合金化对不锈钢耐蚀性能的影响进行探讨。

关键词：合金化;不锈钢;耐蚀性能

引言：不锈钢具有优异的耐腐蚀性，在各行各业有着非常广泛的应用，是当今时代发展的必备材料之一。当今，金属腐蚀直接影响到金属使用寿命和金属使用领域。不锈钢合金化能够在一定程度上提升不锈钢的耐腐蚀性，经过对微量元素以及合金化元素引入，使不锈钢合金化在耐腐蚀过程得到有效的发挥，从而显著改善腐蚀问题，使不锈钢的价值得到充分发挥。

一、合金元素对不锈钢锈蚀性能的影响

经过大量的研究发现适量的合金元素引入可以促进不锈钢增强抗应力腐蚀性能、抗氧化性能、抗高温蠕变性能，降低时效硬化，细化晶粒，提高机械加工性能等。在不锈钢合金化过程中，铬元素是增加不锈钢锈蚀性能的基本元素之一，可以有效提高不锈钢钝化膜的再生能力或修复能力，提升不锈钢的耐点蚀性能。在不锈钢中增加铬元素可以降低晶间腐蚀的敏感性，减少不锈钢中的贫铬区，一般不锈钢合金化所掺杂的各元素含量要在10%以上。铜元素的掺杂可以有效提升钢材料表面锈层的稳定性，将不稳定的锈层转换为稳定的锈层。相关研究表明在铁素体不锈钢中添加0.5%的铜元素，发现不锈钢在氯化物介质中的耐腐蚀性能有明显的提升，这主要是由于铜元素的加入可以抑制点蚀，而且在酸性状态下抑制效果更加明显。研究者认为已经溶解的铜离子可以附着于不锈钢的表面，降低活化峰的临界电流密度，使不锈钢的活性溶解速率降低，从而可以有效增强不锈钢的耐蚀性能，在腐蚀介质中能够形成具有保护性的氯化铜薄膜。但随着铜含量的不断增加，富含铜元素的沉淀物的析出会破坏原有的钝化膜，降低材料抗腐蚀性能。因此，需要合理控制铜元素的含量，最大程度的满足抗腐蚀性能要求。

钼元素和钨元素对不锈钢的组织和性能也有很大的影响，钼元素可以降低不锈钢表面钝化膜的缺陷浓度，保证不锈钢表面钝化膜的牢固性和致密性，提高材料在不同环境下的耐腐蚀性能，尤其是抗氯离子点蚀性能。根据相关实验探究发现，材料的点蚀电位随着钼含量的逐渐增加而迅速提高，腐蚀速率大大下降，钼元素的加入可以在活性金属表面形成不容易被溶解的钼酸盐或氧化钼，以避免不锈钢核心区域的溶解。同时钼元素的加入还可以使钝化膜更加稳定，形成稳定性更高的六价目化合物，提高耐蚀性能。钨元素的作用与钼元素大致相同，而且钼元素提高不锈钢材料抗腐蚀性能的效果更佳。

硅元素是不锈钢中常见的杂质元素，是强铁素体的形成元素，不锈钢中的硅元素可以有效提升材料的耐氯离子腐蚀性能，不锈钢材料在含氯离子的溶液中的点蚀电位随着不锈钢中硅含量的逐渐增加而朝向正电位的方向移动。在存在强酸等强氧化剂的介质中，硅元素可以在不锈钢的表面富集而提高不锈钢表面的钝化能力，促进钝化膜的形成，改善氧化膜的形态。但较少含量的硅元素可能会引起晶界腐蚀，硅元素含量的不断增加会降低晶界腐蚀效果。因此，在一定程度上提高硅元素的含量可以提高不锈钢的抗腐蚀性能，加强钝化膜的保护能力。

铝元素是一种常用的增强不锈钢性能的元素，可以有效促进铁素体的形成，使用微量铝元素束缚不锈钢内部残余的氧元素和氮元素，在常温下使不锈钢表面形成一层致密的氧化膜。根据研究表明，在合金钢中掺杂铝元素可以形成保护性的腐蚀层，提高材料耐蚀性能和抗氧化能力，提高材料的使用寿命。当添加的铝元素含量较少时，基体的腐蚀速率并没有显著的改变，随着铝元素添加量的不断增加，当铝元素含量达到一定值时，会使不锈钢材料在酸性介质中的腐蚀速率显著提高，而且伴随有选择性的铁素体相优先腐蚀特征。随着铝元素含量的进一步增加，整体不锈钢材料腐蚀速率增加明显，不锈钢材料的耐蚀性能逐渐下降，这是由于铝含量的增大使得不锈钢材料铁素体的含量增多，容易引起微观区域成分不均匀的问题，而导致机体腐蚀概率加大。

二、合金化对不锈钢耐蚀性能的影响

随着现代工业和社会经济发展对材料要求越来越高，人们对材料抗腐蚀性能以及使用寿命的研究也越来越重视。以往的不锈钢合金化更趋向于单个合金元素的掺杂，随着材料技术的不断发展，很多研究表明合金元素间的协同作用可以更有效的改善不锈钢材料的耐蚀性能。研究表明钼元素和镍元素在提高合金耐蚀性能方面存在着协同作用。在活化铁素体与马氏体钢中添加合金元素铝元素和硅元素，发现复合添加之后的合金元素可以显著改善不锈钢材料内部的液态共晶状态，提高材料耐腐蚀性能。首先，铝元素和硅元素在氧化反应过程中，吉布斯自由能相对较低，可以形成氧化铝和氧化硅的氧化产物，对不锈钢材料起到一定的保护作用。同时，铝元素和硅元素在内层氧化层中的富集可以提高氧化层的致密度，富集过程也减缓了合金元素和氧的扩散程度，从而可以显著改善材料抗高温能力、抗氧化能力以及抗腐蚀能力。为发挥其微合金化、净化、改善材料力学性能、加工性能、耐腐蚀性能等作用，可把稀土元素添加到钢材中，将稀土资源储量优势和稀土元素独特性质转化为实际钢材的性能优势。少量的稀土元素Ce在合金中起到优化晶界、降低杂质及提高合金耐蚀性能等作用。除此之外，稀土元素Ce利于提高合金耐蚀性的原因在于它能置换出钢夹杂物里所含的Cr，减少钢中的贫Cr区。相关研究中对含稀土双相不锈钢的点蚀研究发现，富Ce稀土加入后，钝化膜层的电阻值提高两个数量级，且稀土的含量越高，材料的钝化能力越强，抗点蚀性能也明显提高，在稀土含量为0.028%时效果最好。带来这一有利变化的主要原因取决于稀土具有较强的脱S能力，降低杂质元素在晶界处偏聚的可能性，同时弥散分布的球状稀土夹杂物减弱了诱发点蚀的敏感性。

结束语

综上所述，不锈钢凭借其优异的耐腐蚀性能在各行各业有十分重要的应用价值，目前关于不锈钢耐蚀性能的研究越来越多，相应的工艺手段仍然有提升的空间。本文主要针对不锈钢耐蚀性能改善过程中主要应用的合金元素进行探讨，指出合金化对不锈钢耐蚀性能的影响，希望能够不断优化不锈钢材料的合金化工艺，加强对引入合金元素的定量分析，充分发挥合金元素在提高材料耐蚀性能中的作用，进一步扩大不锈钢材料的使用空间。

参考文献

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