不锈钢为什么也会生锈?当不锈钢管表面出现褐色锈斑(点)时,人们往往感到惊讶,认为“不锈钢是不会生锈的,一旦生锈就不是真正的不锈钢,可能是钢质出现了问题”。然而,这种观点是对不锈钢特性的一种误解。实际上,不锈钢在特定条件下确实会生锈。
不锈钢并非完全不生锈,其表面同样会生成一种氧化物。目前市场上的所有不锈钢产品之所以具有不锈性能,是因为它们都含有Cr(铬)元素。不锈钢的耐蚀性原理基于钝化膜理论,即在不锈钢表面形成一层主要由Cr2O3组成的薄膜,这层薄膜的存在有效阻碍了各种介质对不锈钢基体的腐蚀。
钝化膜的形成有两种情况:一种是不锈钢本身具有自钝化能力,这种能力随着铬含量的增加而增强,从而赋予了不锈钢抗锈性;另一种较为普遍的情况是在各种水溶液(电解质)中,不锈钢在被腐蚀的过程中形成钝化膜,从而抑制了进一步的腐蚀。即使钝化膜受损,不锈钢也能迅速重新形成新的钝化膜。
不锈钢钝化膜之所以具有出色的耐腐蚀性,主要归因于三个特点:首先,钝化膜非常薄,仅在Cr含量超过10.5%的情况下,通常只有几个微米厚;其次,钝化膜的密度大于基体,使得钝化膜既薄又紧密,难以被腐蚀介质穿透;最后,钝化膜中的铬浓度比基体高出三倍以上,因此具有极高的耐腐蚀性。
不锈钢在特定条件下也会被腐蚀。不锈钢的应用环境极为复杂,单一的氧化铬钝化膜无法满足高度耐蚀性的要求。因此,根据不同的使用条件,不锈钢中还需加入钼(Mo)、铜(Cu)、氮(N)等元素,以改善钝化膜的组成,进一步提高不锈钢的耐蚀性。例如,添加Mo可以促进基体的钝化,防止对基体的腐蚀;添加Cu可以使不锈钢表面的钝化膜中包含CuCl,提高耐蚀性;添加N则会使钝化膜中富含Cr2N,提高不锈钢的耐蚀性。
不锈钢的耐蚀性是有条件的,一个牌号的不锈钢在某种介质中可能表现出良好的耐腐蚀性,但在另一种介质中却可能遭受破坏。此外,不锈钢的耐蚀性是相对的,至今尚未有一种不锈钢能在所有环境中都绝对不腐蚀。不锈钢不仅具有抵抗大气氧化的能力——即不锈性,还具有在含酸、碱、盐的介质中耐腐蚀的能力——即耐蚀性。但是,其抗腐蚀能力的大小会受到钢质本身的化学组成、加工状态、使用条件及环境介质类型的影响。例如,304钢管在干燥清洁的大气中表现出卓越的抗锈蚀能力,但如果将其移至海滨地区,暴露在含有大量盐分的海雾中,很快就会生锈;相比之下,316钢管则表现得更好。因此,并非任何一种不锈钢在任何环境下都能保持不生锈、不腐蚀的状态。
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