吳文濤

（上海第一機(jī)床廠有限公司，上海 浦東 201306）

不銹鋼與碳鋼材料都是一種工業(yè)使用廣泛的材料，其中鉻-鎳不銹鋼是不銹鋼中應(yīng)用較為廣泛的一種不銹鋼，它具有非常好的耐腐蝕、低溫、沖壓、彎曲特性。而碳素鋼中碳素結(jié)構(gòu)鋼運(yùn)用較為廣泛，如在實(shí)際使用中不銹鋼與碳鋼混合儲(chǔ)存在一起時(shí)，在特點(diǎn)的空氣環(huán)境下會(huì)產(chǎn)生電偶反應(yīng)以及晶間腐蝕，從而造成財(cái)產(chǎn)損失。本文將結(jié)合工程實(shí)際情況對(duì)不銹鋼與碳鋼混合儲(chǔ)存的接觸腐蝕進(jìn)行簡(jiǎn)要分析[1，2]。

1 304不銹鋼材料

鉻-鎳不銹鋼是現(xiàn)今運(yùn)用最為廣泛的不銹鋼，國(guó)內(nèi)表示牌號(hào)06Cr19Ni10,國(guó)際常用牌號(hào)304，不銹鋼因?yàn)楹?8%以上的鉻以及8%以上的鎳含量，從而具有良好的耐腐蝕和成型的綜合性能。其化學(xué)元素含量見(jiàn)表1-1不銹鋼化學(xué)元素含量表，其主要的物理性能如表1-2不銹鋼物理性能參數(shù)表。

表1 -1 不銹鋼化學(xué)元素含量表

表1 -2 不銹鋼物理性能參數(shù)表

2 碳鋼材料

碳鋼材料是近代工業(yè)中使用最廣、最早的基本材料，碳鋼材料中碳素鋼的使用最為廣泛。而碳鋼材料含碳量的多少直接關(guān)系到碳素鋼材料性能，隨著含碳量增加，鋼的硬度、強(qiáng)度隨之提升，鋼材的塑性、可焊性能降低。同時(shí)碳鋼中錳元素、硅元素、鎳元素、硫元素也對(duì)碳鋼材性能影響。

3 腐蝕特性

腐蝕一般表現(xiàn)在全面腐蝕和局部腐蝕，全面腐蝕是一種以均勻相同的速度腐蝕在整個(gè)材料的表面上，其主要特點(diǎn)是腐蝕分布較為均勻，腐蝕量大，腐蝕速度穩(wěn)定，其也容易檢測(cè)，如在酸性、堿性條件中發(fā)生的腐蝕一般都為全面腐蝕。這種腐蝕一般可以根據(jù)材料及腐蝕介質(zhì)性質(zhì)估算出腐蝕速度，通常設(shè)計(jì)者往往可以對(duì)腐蝕介質(zhì)的了解而預(yù)留腐蝕裕度進(jìn)而避免全面腐蝕。而局部腐蝕僅僅表現(xiàn)在某一局部區(qū)域，或表現(xiàn)為某一局部腐蝕速度較其他部位腐蝕快。其主要特點(diǎn)為材料總腐蝕量不大，表現(xiàn)為突發(fā)性、災(zāi)難性，如晶間腐蝕、化學(xué)反應(yīng)等。兩種屬性不同的材料混合一起，在特定的環(huán)境下通常容易產(chǎn)生化學(xué)或者電化學(xué)反應(yīng)。如不同種的電位金屬在同一種電解質(zhì)（酸性介質(zhì)）條件下相互接觸，極易產(chǎn)生電偶腐蝕反應(yīng)，通常負(fù)極電位材料會(huì)加速反應(yīng)腐蝕，而正極電位材料會(huì)減慢腐蝕。

4 不銹鋼、碳鋼混合接觸腐蝕

在現(xiàn)代實(shí)際運(yùn)用中，碳鋼鋼材與不銹鋼鋼材通常會(huì)混合使用，碳鋼與不銹鋼的儲(chǔ)存往往是困擾人們的一大難點(diǎn)。如碳鋼與不銹鋼混合儲(chǔ)存往往會(huì)產(chǎn)生不利的腐蝕損失。

（1）電偶腐蝕。電偶腐蝕，一種兩種不同電位金屬接觸，從而引起電位低的金屬發(fā)生腐蝕的異種金屬接觸腐蝕。當(dāng)不銹鋼材料與碳鋼材料混合儲(chǔ)存時(shí)，不銹鋼含有鎳、鉻金屬元素而活波性降低，電極電位便高于普通碳鋼為陰極、碳鋼為陽(yáng)極。在潮濕的空氣水汽不可避免的融入二氧化碳從而形成酸性的電解質(zhì)，從而形成電偶反應(yīng)，碳素體中的鐵元素失去電子，形成正二價(jià)鐵離子，得到電子的鐵元素變成三氧化二鐵，電流會(huì)就會(huì)如此通過(guò)高位電極（陽(yáng)極）金屬流入低位電極（陰極），至此金屬化學(xué)能以電能的形式損失，陰極金屬因受到保護(hù)而腐蝕減慢，陽(yáng)極以電子損失而更快的腐蝕。

（2）電偶腐蝕形成條件。電偶腐蝕形成條件必須存在以下三點(diǎn)條件，一是兩種不同材料存在電位差，不銹鋼含有鎳、鉻金屬元素而活波性降低，電極電位便高于普通碳鋼，在與碳鋼混合接觸后形成電位差；二是兩種材料存在導(dǎo)電連接，使其兩種金屬之間的電子可以接觸導(dǎo)電；三是兩種材料同時(shí)處于同一種腐蝕介質(zhì)中，如潮濕的空氣等，能夠構(gòu)成腐蝕電池的離子導(dǎo)電支路。

（3）電偶腐蝕影響因素。電偶腐蝕的主要影響因素包含腐蝕電位差、極化特性、陰陽(yáng)極面積比等因素的影響。①腐蝕電位差，腐蝕電位差需要引入材料電偶序，一種在兩種材料在同一腐蝕環(huán)境下腐蝕電位按照正到負(fù)順序排列形成的電位順序，為電偶序。在電偶序中，當(dāng)兩種材料距離越遠(yuǎn)則電偶腐蝕趨勢(shì)越大，研究表明腐蝕電位差值大于250MV時(shí)點(diǎn)偶腐蝕就非常嚴(yán)重。②極化特性，電偶腐蝕程度即與腐蝕電位差有關(guān)，還與動(dòng)力學(xué)金屬極化特性有著密切關(guān)系，所謂極化特性指在外加電流和沒(méi)有外加電流情況下金屬的電極電位之差。不銹鋼與碳鋼偶對(duì)，不銹鋼極化率很大，陰極反應(yīng)極慢，而碳鋼的極化率較小，陽(yáng)極反應(yīng)極快，所以金屬的極化性質(zhì)對(duì)電偶反應(yīng)腐蝕有著極大的影響。

③陰、陽(yáng)極面積比，研究表明在不銹鋼與碳鋼混合在一起成電偶腐蝕時(shí)，在陰陽(yáng)面積比不斷增加情況下，電流會(huì)不斷的增大，電偶腐蝕越嚴(yán)重。當(dāng)不銹鋼與碳鋼形成電偶腐蝕時(shí)其陽(yáng)極溶解電流密度公式如下：

④溫度，不銹鋼與碳鋼混合接觸后，溫度會(huì)使腐蝕介質(zhì)的溶液活化濃度增大，從而使熱活化動(dòng)力學(xué)增大，腐蝕程度加快。同時(shí)研究發(fā)現(xiàn)溫度變化會(huì)直接影響電偶反應(yīng)的變化。在隨著溫度的升高時(shí)，空氣水汽及二氧化碳融入水分中后，形成酸性電解質(zhì)，溫度越高時(shí)，電解質(zhì)的濃度越大，從而增加了電偶反應(yīng)的電流密度。但當(dāng)溫度超過(guò)100攝氏度時(shí)，電偶的腐蝕反應(yīng)反而受到抑制，其主要的原因是在低溫條件下，鐵元素表面的腐蝕產(chǎn)物FeC及其不穩(wěn)定，對(duì)材料的保護(hù)作用有限。當(dāng)溫度超過(guò)100攝氏度后，腐蝕產(chǎn)物進(jìn)一步保護(hù)材料不在進(jìn)一步的腐蝕，同時(shí)還會(huì)產(chǎn)生極性反應(yīng)，從而產(chǎn)生保護(hù)抑制作用。

（4）不銹鋼與碳鋼偶接腐蝕模擬分析。不銹鋼與碳鋼偶接設(shè)定條件為，二氧化碳溶于水（酸性電解質(zhì)）條件下，溫度為30攝氏度、60攝氏度和80攝氏度下的點(diǎn)偶腐蝕模擬分析。

模擬分析通過(guò)在開(kāi)路電位電流為零工作電極和電極的電位差，可以直觀得出金屬腐蝕的強(qiáng)弱，當(dāng)在不銹鋼與碳鋼兩種不同金屬接觸時(shí)，在二氧化碳融入水中（酸性電解質(zhì)）條件下，電位較低的碳鋼材料電偶腐蝕速率很大，而隨著溫度的增加腐蝕的速率增大，30攝氏度條件下，碳鋼與不銹鋼的開(kāi)路電位在-0.65V與-0.15V，60攝氏度條件下開(kāi)路電位在-0.7V與-0.21V，80攝氏度條件下開(kāi)路電位在-0.72V與-0.25V，可以清晰看出，碳鋼的電位變化范圍很小，而不銹鋼的電位變化較大，也直觀的得出碳鋼材料的腐蝕敏感性要低于不銹鋼的腐蝕敏感性。

但是隨著時(shí)間的推移，碳鋼的腐蝕不斷的鈍化，碳鋼腐蝕的產(chǎn)物對(duì)碳鋼起到了一定性的保護(hù)作用，從而減緩了碳鋼的腐蝕速率。但是不銹鋼的腐蝕隨著時(shí)間的推移，材料表面的鈍化保護(hù)膜不斷的損失，且不銹鋼因?yàn)榍捌诟g速率極小，腐蝕產(chǎn)物較少，難以對(duì)不銹鋼材料起到保護(hù)作用，最終是不銹鋼材料隨著時(shí)間的推移其腐蝕的速率不斷的加大。綜合上述不銹鋼與碳鋼的接觸腐蝕為前期碳鋼材料腐蝕速率較快，但是隨著時(shí)間的推移碳鋼腐蝕速率減低，而不銹鋼的腐蝕速率不斷的加大。

5 腐蝕防止方法

當(dāng)不銹鋼與碳鋼兩種材料混合接觸時(shí)，在酸性電解質(zhì)條件下，容易產(chǎn)生電偶反應(yīng)腐蝕，當(dāng)不銹鋼材料與碳鋼材料不得已必須混合接觸儲(chǔ)存在一起時(shí)，其中主要的防止方法可以將兩種材料進(jìn)行絕緣隔絕，如使用隔絕材料塑料薄膜等進(jìn)行包裹隔絕，避免兩種材料的接觸。還可以使儲(chǔ)存地點(diǎn)保持干燥，使其不易形成酸性電解質(zhì)，杜絕形成電偶反應(yīng)的必要條件。

6 結(jié)語(yǔ)

本文結(jié)合實(shí)際工程情況對(duì)不銹鋼與碳鋼混合接觸主要的腐蝕形式，腐蝕形成條件、影響因素等進(jìn)行了簡(jiǎn)要分析。不銹鋼與碳鋼接觸在特定的電解質(zhì)條件下主要的腐蝕為電偶腐蝕，形成電偶腐蝕的條件為電位差、電位接觸、位于同種電解質(zhì)。而影響電偶腐蝕反應(yīng)的因素包括腐蝕電位差、極化特性、材料陰陽(yáng)面積比、儲(chǔ)存溫度等影響。所以不銹鋼與碳鋼如混合儲(chǔ)存，在特點(diǎn)的電解質(zhì)（酸性電解質(zhì)）條件下會(huì)產(chǎn)生點(diǎn)偶腐蝕，會(huì)對(duì)工程材料產(chǎn)生重大的損失，所以對(duì)不銹鋼與碳鋼混合儲(chǔ)存的研究可以對(duì)工程材料的使用和儲(chǔ)存具有重大的基礎(chǔ)意義。