什么是腐蝕？
腐蝕是一種電化學(xué)過程，其中金屬與周圍環(huán)境發(fā)生反應(yīng)，所導(dǎo)致的降解引發(fā)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(fù)到其自然狀態(tài)。
從電化學(xué)上講，腐蝕是電子的釋放。釋放電子的過程稱為氧化反應(yīng)或陽極反應(yīng)。然而，這些電子需要在某處被消耗，因此需要發(fā)生還原反應(yīng)或陰極反應(yīng)。
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(shù)金屬，例如鐵和銅。
不銹鋼和鈍化
從本質(zhì)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(gòu)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(huán)境隔離開來，有效地減緩了引起腐蝕的電化學(xué)反應(yīng)，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(xiàn)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(huán)境中，不銹鋼表面的鈍化膜會自發(fā)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(fā)地重新鈍化。空氣以及大多數(shù)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(wěn)定的環(huán)境中會發(fā)生均勻腐蝕，未保護的金屬表面或多或少地均勻減少，如圖2所示。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(dǎo)致均勻腐蝕。
圖2：暴露于硫酸的蒸汽管的均勻腐蝕
在溫度和化學(xué)成分恒定的環(huán)境中，期望以合理的恒定速率發(fā)生均勻腐蝕。通過在一定表面積測量單位時間內(nèi)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(jù)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(huán)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(jié)果，請參見圖3。在這種情況下，不銹鋼表面局部形成電偶，這會導(dǎo)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(guān)。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。
圖3：管子外部的點蝕
在含鹵素離子的環(huán)境中，例如氯化物，不銹鋼特別容易出現(xiàn)點蝕和縫隙腐蝕。因此，存在局部腐蝕風(fēng)險的環(huán)境包括含大量氯化物的液體，例如海水和各種工業(yè)溶液。
縫隙腐蝕（見圖4）發(fā)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(huán)境中，不銹鋼表面自然發(fā)生的化學(xué)反應(yīng)會消耗氧氣。在縫隙內(nèi)部停滯的溶液中，新氧化劑的供應(yīng)受到限制。縫隙內(nèi)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(fēng)險。
圖4：暴露于氯化海水的法蘭密封下的縫隙腐蝕
越來越強的腐蝕性環(huán)境最終會破壞縫隙內(nèi)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(qū)域的陽極。
對于任何類型的腐蝕，點蝕和縫隙腐蝕的風(fēng)險取決于環(huán)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(yīng)力腐蝕開裂
應(yīng)力腐蝕開裂（SCC）是一種脆性破壞模式，由機械應(yīng)力和腐蝕環(huán)境共同作用引起。在預(yù)計不會出現(xiàn)點蝕、縫隙或均勻腐蝕的環(huán)境中，可能會導(dǎo)致機械強度快速損失，并可能導(dǎo)致破裂的災(zāi)難性故障，這使其成為隱蔽的腐蝕形式。應(yīng)力腐蝕開裂的發(fā)生，必須滿足三個要求：
?易感材料
?材料對應(yīng)力腐蝕開裂敏感的環(huán)境
?足夠的拉應(yīng)力
如果除去這三個因素之一，則不會發(fā)生應(yīng)力腐蝕開裂。與點蝕和縫隙腐蝕一樣，不銹鋼發(fā)生應(yīng)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(yīng)力腐蝕開裂的風(fēng)險也隨之增加。不銹鋼的應(yīng)力腐蝕通常以細小、分支裂紋的形式出現(xiàn)，見圖5。
圖5：不銹鋼管的應(yīng)力腐蝕開裂
由于裂紋的快速擴展，應(yīng)力腐蝕開裂引起的失效通常會突然發(fā)生而沒有預(yù)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(nèi)發(fā)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(yīng)力的載荷下失效。如果材料同時暴露在腐蝕性環(huán)境中，則即使在更低的負載下，也可能在較短的時間后發(fā)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(yīng)力腐蝕開裂相似、導(dǎo)致脆性破壞。但是因腐蝕疲勞而產(chǎn)生的裂紋分支較少，見圖6。腐蝕疲勞通常發(fā)生在常溫環(huán)境和中性溶液中。
圖6：造紙機吸水輥殼中的腐蝕疲勞裂紋
晶間腐蝕
晶間腐蝕是指材料晶界及鄰近部位優(yōu)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，見圖7。在不銹鋼中，碳化鉻或金屬間相的沉淀可能導(dǎo)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(xiàn)代不銹鋼的生產(chǎn)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。
圖7：不銹鋼管的晶間腐蝕
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(zhì)中所產(chǎn)生的電化學(xué)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(jié)合處附近最易發(fā)生這種電偶腐蝕，見圖8。
圖8：連接到不銹鋼的鍍鋅螺栓的電偶腐蝕
只要不銹鋼保持鈍化狀態(tài)，它們在大多數(shù)環(huán)境中都會比其他金屬材料更有惰性，因此在大多數(shù)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(huán)境中都是鈍化的。
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