銅對提高不銹鋼耐蝕性的作用

更新時間：2021-06-30

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銅通常僅作為殘留元素存在于不銹鋼中。然而，它被添加到選定的合金中以提高它們的耐腐蝕性，特別是在海水和硫酸溶液中。
多年來，銅一直被視為鋼鐵生產中不受歡迎的元素。它與“熱脆性”有關，它在用于鍛造和軋制的溫度下熔化，導致物品在加工過程中破裂。費盡心思將含銅零件與大批量鋼鐵生產中消耗的廢鋼隔離開來，以避免其作為雜物被吸收。
盡管存在上述歷史問題，但銅已更廣泛地用于不銹鋼鑄件，部分原因是它與良好的“可鑄性”有關，即熔融金屬能夠流過模具并實現良好的鑄造。事實證明，銅對鑄造有利而對熱加工不利的情況遠沒有軼事所暗示的那么有說服力，因為它已被用作大量有意的合金添加劑。然而，在選定環境中對耐腐蝕性的積極影響要清楚得多。
銅已被證明可以顯著提高不銹鋼的耐腐蝕性，特別是在含海水和硫酸的環境中。
不銹鋼的耐腐蝕性是由于暴露于含氧環境時在其表面形成的高度穩定的鈍化膜。然而，耐點蝕性通常始于或接近表面附近碰巧存在的硫化物夾雜物。
硫不會故意添加到鋼中（僅在選定的易切削鋼中除外），因為它在加工過程中可能會出現問題。如果大量存在，將導致熱脆。因此，通常添加錳與硫結合形成硫化錳夾雜物。只要它們以少量存在且精細分散，對機械性能的影響是有限的。數量較多時，它們會在軋制或鍛造方向對齊，導致橫向沖擊韌性較差。
在耐腐蝕性方面，不銹鋼部件外露表面存在的任何夾雜物都不允許在那里形成氧化鉻穩定層。這成為開始點蝕的理想場所，并且可以在夾雜物曾經所在的位置快速形成點蝕。旨在通過將硫含量定為 <0.005% 來限制這種現象，這遠低于S32760的 <0.01%和S32750 的<0.02%的典型限制。
在不銹鋼中添加銅對這些由夾雜物引發的點蝕部位產生有趣的有益影響。銅在表面的溶解導致不溶性硫化銅 (Cu2S) 化合物的沉淀。這反過來又可以防止硫物質吸附到鋼的表面，從而抑制凹坑的進一步生長。在某些方面，銅為不銹鋼提供了自愈效果，這不會阻止在鈍化層薄弱點處開始點蝕，但它會減緩或阻止這些部位的進一步腐蝕，從而防止更有害的腐蝕。
除了上述機制，在前面描述的解決方案中，還認為銅會在不銹鋼表面形成額外的保護層（鈍化層）。與硫化鐵或硫化鎳相比，硫化銅能夠穩定存在。因此，提出了一層硫化銅來補充主要的氧化鉻鈍化層。
Ferralium 255 (F61, 1.4507, UNS S32550) 可能是最有名的銅添加量增加的指數。作為最初的超級雙相不銹鋼，50 多年來，它一直在惡劣的環境中提供增強的耐腐蝕性。出于可鑄造性的原因，從含有銅的鑄造等級發展而來，這種新型鍛造形式將銅含量保持在 2.0% 左右，以便在海水和硫酸中實現好的耐腐蝕性。
合金 20（2.4660、UNS N08220、AL20、C20、CN7M）是一種高合金鎳牌號，目前不屬于蘭利合金庫存計劃的一部分。然而，它被稱為另一種合金，該合金專門利用添加銅來增強在硫酸中的耐腐蝕性。它包含 3.0 – 4.0%。
銅已包含在合金含量較低的不銹鋼中，例如 316Cu（合金 316 的變體，UNS S31603）和 204Cu（合金 304L 的低成本變體），并聲稱其抗腐蝕性能有所提高。

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