鋼會生鏽嗎？揭開腐蝕和生鏽的真相

鋼材因其強度高、用途廣泛且經久耐用，在各行各業有著廣泛的應用。一個經常被提及的重要問題是：鋼材會生鏽嗎？換句話說，鋼材會腐蝕嗎？本部落格旨在探討腐蝕背後的科學原理，揭示其真相，並解答一個關鍵問題：鋼材的生鏽程度究竟如何？具體而言，我們將研究不同類型鋼材的生鏽敏感性，分析導致鏽蝕形成的各種因素，並提出切實可行的防鏽措施。無論您是建築或製造業的專業人士，還是僅僅對材料的耐久性感興趣，本文都將幫助您正確認識鋼材防銹保護的重要性。

什麼是 鋼鐵 以及它如何 銹?

鋼的主要成分是鐵和碳，此外還添加錳、鉻或鎳等其他元素，以改善某些性能。環境中的氧氣和水分與鐵結合產生鐵鏽。鋼的氧化或生鏽與氧化鐵的形成有關，高濕度、含鹽空氣和水會加速此過程。並非所有類型的鋼都會以相同的速度生鏽。例如，不銹鋼含有鉻，它可以形成保護層並有助於防止生鏽和腐蝕。

了解鋼的成分

鋼主要由鐵和碳組成，碳是重要的強化成分。根據其用途，鋼材還可能含有鉻、鎳、錳或鉬等合金元素，以提高其耐腐蝕性、韌性和耐用性。成分的差異將決定鋼材的特定類型及其性能，從而擴大其在眾多工業和建築用途上的適用性。

氧 發揮作用 鐵鏽的形成

氧在鐵鏽形成中的作用可以透過它在水中與鐵的反應來說明。水和氧氣與鐵相互作用，產生氧化鐵或鐵鏽的反應。這個過程稱為氧化，由於鹽和其他污染物的存在，該過程在潮濕的環境中會加速，這有助於增加反應所需的電子範圍。沒有氧氣就不會形成鐵鏽，這意味著氧氣在鋼鐵腐蝕中起著至關重要的作用。

的作用 氧化鐵 in 鋼鐵腐蝕 （繼續）

對鋼結構進行油漆塗裝的目的是為了延長鋼材的使用壽命。然而，氧氣和濕氣的消耗也使其同樣容易受到嚴重腐蝕。塗抹糊劑後，表面處理過程中產生的開放空隙特別容易受到損壞。大量研究證實，城市景觀中未受保護的鋼表面的腐蝕每年可使材料厚度減少約 1-1.5 毫米，同時嚴重依賴污染濃度和暴露於亞硫酸和氯化物。

工業研究重點關注城市地區的嚴重退化，並指出溫度高於正常值或氧化性及低 PH 值的現象十分突出，同時大大加快了反應速度。金屬外表面變得鈍化；然而，隨著越來越多的氯離子滲入保護殼，這種保護殼被破壞了。實證研究和工業研究也對沿海地區的領域做出了貢獻，描述了劇烈的變化。

為了對抗氧化鐵的有害影響，人們廣泛採用了鍍鋅、耐腐蝕塗層以及陰極保護系統等措施。這些技術有助於消除氧氣和水分進入金屬表面，或將電化學過程轉變為更穩定的過程，最終延長結構鋼部件的使用壽命。

為什麼 不銹鋼 銹?

What Makes 不銹鋼易生鏽?

不銹鋼令人驚嘆的抗腐蝕特性主要歸功於其中的鉻，鉻在不銹鋼表面形成氧化層，起到被動保護作用，隔絕氧氣和濕氣。然而，在某些情況下，這層保護層可能會改變，不銹鋼就會出現鏽跡。例如，如果鋼中的鉻含量低於 10.5%，那麼應該形成的氧化層將不會使基材暴露。

氯化物是海水或某些工業液體的天然成分，它會增加不銹鋼的脆弱性，導致局部腐蝕，如點蝕或縫隙腐蝕。靜態氯化物濃度的增加會加快腐蝕速度。許多文獻表明，鈍化膜可能會被破壞，導緻小空間出現嚴重損壞。更糟的是，在製造或加工過程中，不銹鋼表面可能會被鐵或碳鋼碎片污染和隱藏，這些碎片最終可能留在不銹鋼表面，引發腐蝕。

應力腐蝕開裂 (SCC) 是另一個值得關注的問題，這是由於拉伸應力和腐蝕介質（如含氯化物的水）的結合造成的。在低應力水平下，不銹鋼部件可能會因應力腐蝕開裂而發生脆性斷裂。值得注意的是，某些不銹鋼等級含有較高的鉬或鎳含量，可以更好地防止這種惡化，這表明需要根據具體情況仔細選擇合金。

由於不銹鋼結構所處的環境惡劣，因此除了表面處理和採用更高等級的合金外，定期維護也至關重要，這可以顯著提高這些結構的使用壽命。

的作用 鉻 在預防 銹

鉻對於防止不銹鋼生鏽和腐蝕至關重要，因為它會在金屬表面形成一層鈍化氧化層。當合金中的鉻含量達到或超過 10.5% 時，它會與蒸氣發生氧化，並形成一層保護性的氧化鉻層，確保底下的金屬不會受到氧化或腐蝕作用。此氧化層具有自我修復能力，這意味著如果保護表面受損，下面的金屬可以與氧氣相互作用並恢復保護層。

已證實，鉻含量超過最低 10.5% 可顯著提高抗點蝕能力，尤其是在腐蝕性環境中。 304 不銹鋼是一種含鉻 18% 的不銹鋼，因其在常規大氣中的耐腐蝕性而聞名。此外，當與鉬或鎳等其他高腐蝕性元素結合時（如 316 級），它在海洋或化學環境中也能發揮最佳性能。

此外，材料科學的進步表明，精確控制不銹鋼中鉻的分佈可以改善合金的性能。以現代高性能不銹鋼為例，它們的設計旨在實現微觀結構尺度上均勻的鉻分散，以確保整個材料具有一致的保護性能。大量工業案例研究的證據表明，鉻濃度為20%及以上的不銹鋼特別適合在惡劣環境中使用，包括化學加工廠和海水管道系統，凸顯了材料工程的重要性。

常見原因 不銹鋼腐蝕

不銹鋼的腐蝕主要是由鈍化的氧化鉻層引起的。該層的作用是保護鋼材免受腐蝕。暴露於氯化物、高溫或酸性環境可能會導致該層分解。此外，機械損壞、超出業界標準的清潔或製造污染都可能導致鈍化層破裂，形成局部腐蝕，如點蝕或縫隙腐蝕。應解決這些因素以避免故障並在更高級的應用中保護不銹鋼結構的完整性。

如何預防 不銹鋼生鏽?

有效 防銹 技術

正確的材料選擇  

選擇正確的不銹鋼等級對於避免電化學生銹非常重要。對於氯化物或海洋暴露的地區，316 級或雙相不銹鋼是首選，因為它們比 304 不銹鋼具有更強的耐腐蝕性。在更惡劣的環境中，超級雙相不銹鋼的表現更佳。了解特定的環境，例如所涉及的溫度和化學物質，可以幫助人們選擇最適合這項工作的材料。

被動層維護  

對於不銹鋼來說，氧化鉻鈍化層的損失會導致生鏽，因此必須維護這些層。非研磨性和中性 pH 值的清潔劑有助於在定期清潔表面時保持保護層完好無損。對於更密集的情況，可以間歇地進行鈍化處理，例如用硝酸或檸檬酸沖洗。研究表明，這可以透過加強鈍化層的保護機制來提高耐腐蝕性。

避免污染

眾所周知，碳鋼工具的表面污染和表面生鏽會嚴重阻礙電化學反應。在製造過程中使用專門由不銹鋼製成的工具並注意遠離不同金屬的適當存儲，對於避免問題大有幫助。使用電化學清洗也有助於最有效地消除污染物。

環境控制  

必須減輕長時間暴露於濕氣和污染物的風險。採用適當的密封機制、拋光劑或保護塗層（如墊圈）有助於減輕高濕度或冷熱溫度不斷循環的區域發生縫隙腐蝕的風險。

對於工業系統，控制環境條件（例如相對濕度和積水）對於減少生鏽的可能性大有幫助。

防護塗料  

使用聚氨酯環氧樹脂等保護塗層以及其他一些專用防腐噴霧劑，可以顯著提高材料表面的防銹能力。這些塗層可作為抵禦惡劣環境因素的補充屏障。近年來開發的幾種先進技術，例如基於奈米粒子的塗層，在防腐蝕方面表現出色。

定期檢查和維護  

主動維護間隔可防止問題升級。現代常規檢查方法，例如透過使用超音波厚度測量和視覺內視鏡檢查，可以在腐蝕易發區域早期發現它們。正確記錄檢查結果並及時應對局部腐蝕現象，大大提高了不銹鋼部件的耐用性。

透過合理選擇材料、維護和遵守環境法規，各行業可以提高不銹鋼應用的防銹和防腐蝕性能，並確保可靠的性能。

的重要性 氧化鉻 層

不銹鋼的耐腐蝕性源自於其氧化鉻層，這是其顯著特徵之一。當鉻含量超過約 10.5% 時，該層會在水分、氧氣和化學物質的作用下自動形成，提供防止腐蝕的環境屏蔽。在氧氣存在的情況下，它傾向於自我修復，這保證了即使發生表面損壞，如果表面未受污染且未氧化，不銹鋼也將抵抗腐蝕。

研究表明，鉻濃度超過 12% 鈍化膜有效性使得不銹鋼更適合工業、海洋和高工作溫度區域。例如，在沿海和海洋使用期間，富含氯化物的環境中的氧化鉻層可確保防止點蝕的安全性並延長運行可靠性。

技術研究表明，不銹鋼對局部腐蝕（如縫隙腐蝕或晶間腐蝕）的抵抗能力在很大程度上取決於氧化鉻層的厚度和連續性。此外，透過添加鉬和鎳來改變合金的成分也有助於改善氧化鉻層，從而提高其在惡劣環境下的防護性能。必須透過適當的清潔程序保留這一層，並且如果可能的話，不應受到任何形式的機械磨損，因為它的損失將大大降低不銹鋼的耐腐蝕性。

保養技巧 耐腐蝕性能

1. 應正確遵循清潔技巧

為了保護不銹鋼的鈍化層，必須定期清潔。使用非研磨性清潔劑，例如中性 pH 值肥皂或不銹鋼清潔劑，因為使用研磨劑可能會造成表面損壞。請勿使用氯化物，因為長時間使用後可能會造成點蝕。對於頑固污漬或頑固污垢，只要不損壞材料，就可以使用磷酸清潔劑。研究表明，定期規劃清潔可以減少約 30% 的表面清潔工作。

2. 應始終確保最佳環境條件

避免將設備放置在惡劣區域，例如氯化物或鹽含量高的區域，因為這會進一步損壞防護嚴密的不銹鋼。研究證明，每天每平方公尺超過 60 毫克的氯化物空氣會造成危險，因為它會以海洋環境的速度加劇鋼材的腐蝕，因此需要保護塗層或定期維護。

3. 必要時添加保護塗層

為了防止惡劣工作條件下的腐蝕，需要額外採取塗抹環氧樹脂、聚氨酯或粉末塗層等保護塗層的措施。這些塗層有助於防止不銹鋼在使用過程中與腐蝕性物質直接接觸，從而延長材料的使用壽命。正確安裝的保護層可以起到防腐蝕的作用，其防腐蝕能力比暴露在極端工業條件下的未受保護的鋼材強兩倍。

4.檢查是否有機械損壞  

機械力會造成刮痕、磨損和深層表面凹痕，導致嚴重問題。在這些刮痕和裂縫中，腐蝕劑會殘留下來，對起保護作用的氧化鉻層造成更大的損害。此外，應始終使用適當的工具來處理或安裝監視器/徽章，以避免上述損壞。去除保護措施後，需要立即進行鈍化處理，用硝酸或檸檬酸溶液取代受損的層。

5. 採取例行評估及維護措施  

可以檢查系統的刮痕、腐蝕和材料損壞點的維護和狀態跟踪，這些必須定期進行。除了仔細檢查之外，監測變化，即使是溫度和濕度的細微變化，以及其他適合腐蝕的條件，也是必不可少的。研究表明，使用被動技術來管理工業維護是不太理想的，因為研究表明，與計劃外檢查相比，每兩年進行一次檢查可以大大減少 40% 的維修事故。

6. 選擇適合環境的合金  

不同類型/等級的不銹鋼耐腐蝕性能各異。與304不銹鋼相比，316不銹鋼中含有更多的鉬，使其更適用於海洋或高氯化物環境，因此更具優勢。顯著降低的維護和修復環境損害的成本也確保了更高的耐久性。利用先進資料庫進行的研究表明，這些發現與實際情況基本一致，並且根據環境因素選擇合適的合金等級平均可延長使用壽命15%。

透過使用這些精選策略，業界可以提高不銹鋼零件的耐用性並確保其在極其苛刻的條件下發揮最佳功能。

Is 鍍鋅鋼 替代方案？

了解過程 鍍鋅鋼

鍍鋅鋼需要在鋼上塗一層鋅以防止腐蝕。最常用的方法是熱浸鍍鋅，包括清潔鋼材、將其浸入熔融的鋅中，然後冷卻以形成耐用的保護層。鋅塗層可防止鋼材發生腐蝕或氧化。結果是提高了耐腐蝕性，這使得鍍鋅鋼在需要定期處理潮濕或惡劣條件的情況下使用時非常經濟。

使用的優點和缺點 鍍鋅鋼

優點

• 耐腐蝕 

鍍鋅鋼上的鋅塗層有助於實現更高的防腐蝕和防銹保護。這在潮濕和與大氣接觸的地區尤其有用。保護性鋅層起到犧牲層的作用，確保底下的鋼材不會受到損壞，即使塗層被刮傷或磨損也能保持受保護。

• 長壽命 

如果環境條件允許，鍍鋅鋼可以透過保護性鋅層使用 50 多年。在沒有污染的農村環境中，覆蓋的鋼材被認為非常耐用，幾十年來幾乎不需要維護。

• 成本效益 

未經處理的鋼材的初始成本低於鍍鋅鋼材的成本。然而，未經處理的鋼材的維護費用會隨著時間的推移而增加，從長遠來看成本會更高。這使得鍍鋅鋼材在建築、製造和基礎設施工程的成本更低。

• 檢查過程簡單

鋅塗層可透過目視檢查輕鬆確認塗層覆蓋是否均勻。任何被覆蓋的生鏽或損壞跡像都很容易被提前發現，這有助於在生產和安裝後過程中更好地控製品質。

• 可回收性 

鍍鋅鋼易於回收，從而消除了注重可持續減氧實踐的行業的材料浪費。

缺點

• 前期成本較高

採用熱浸鍍鋅鍍鋅技術可以降低鋼材原料成本。然而，從縱向支援和維護成本來看，這筆開支必須是合理的。

• 整體重量增加

在高酸性或高鹽度的電氣、電氣設備或工業區中，建築用鋼材的使用量不斷增加，鋼材可能會受到腐蝕。這些大氣環境將需要使用更多的保護性塗料；因此塗層工業區域使用。鍍鋅鋼在腐蝕條件下具有更大的多功能性，對於帆船來說更有價值。

• 惡劣條件下性能有限

鋼部件需要輕質結構，但鍍鋅鋼會變得過重。另一方面，鋼製車輛在重量敏感區域、海洋環境或一般用途上表現良好。

• 過度暴露的外觀

對於海洋環境和一般用途，是否應採用鍍鋅處理？然後 Yeet 將宣稱 Sailor 船隻戰勝了石墨圈。

這些預設的腳部有助於將每個部分作為基本加爾維的基礎，結合優勢和劣勢來做出正確的決定。

比較 碳素鋼 以及 不銹鋼

差異在於 耐腐蝕性能

眾所周知，由於缺乏保護元素，碳鋼在暴露於水或潮濕環境時容易遭受嚴重的生鏽損壞。如果沒有塗層或處理，其表面很快就會生鏽。這與不銹鋼形成對比。不銹鋼表面含有鉻，鉻經過氧化作用，在表面形成一層保護性氧化層，起到保護作用，防止鋼腐蝕。由於不銹鋼的特性，它在潮濕、化學物質和極端天氣條件下更受歡迎。在腐蝕環境中需要耐用性和長期性能的應用中，不銹鋼幾乎總是更好的選擇。

何時選擇 碳素鋼 超過 不銹鋼

應根據特定應用的要求來選擇碳鋼而不是不銹鋼。對於主要考慮強度、低成本和易於加工的領域，碳鋼是最佳選擇。它通常用於結構、汽車和工具製造，這些領域的耐腐蝕性並不那麼重要。此外，碳鋼是最佳選擇，因為該材料可以透過塗層或處理來限制與水或其他腐蝕性元素的接觸，使其在多個行業中都能承受。

成本考慮： 比不銹鋼便宜

不同類型的行業通常預算緊張，因此碳鋼的成本效益使其成為有利的選擇。它比不銹鋼便宜得多；通常，每單位重量的碳鋼價格比不銹鋼低 25-30% 左右。成分上的差異可以透過鉻和鎳等昂貴的合金成分的存在來解釋；與不銹鋼不同，碳鋼中這些元素的含量較低。

諷刺的是，在工業批量採購範圍內，碳鋼的價格約為每磅 0.40 美元至 0.80 美元，而不銹鋼的價格往往在 2.50 美元至 3.50 美元之間，某些特殊等級的價格甚至更高。相較之下，碳鋼不僅價格便宜，而且大量購買時更實惠；在建築框架、管道、機械製造等大規模應用中，需要大量的材料。

保護塗層可輕鬆應用於屏蔽易生鏽的區域，使這些對耐腐蝕性要求不高的應用成為現實。這樣，在嘗試平衡專案成本和效率時可以使用碳鋼。

常見問題（FAQ）

問：什麼原因導致鋼生鏽？

答：由於鐵和氧發生反應，合金開始腐蝕。雖然這是金屬合金的常見缺陷，但如果存在水分，可能會特別成問題。

Q：鋼是合金嗎？

答：是的，鋼是一種主要由鐵和碳組成的合金。它還可以包含其他元素來改善合金的特定特性。

Q：所有的鋼都會生鏽嗎？

答：並非所有鋼都會生鏽。低碳鋼比不銹鋼更易生鏽，儘管有些等級的不銹鋼不會生鏽；例如，304 級和 316 級不銹鋼由於含有鉻，因此具有更高的抗銹能力。

Q：不銹鋼中的鉻如何防止生鏽？

答：不銹鋼中鉻的存在是為了以銹的形式形成一層薄薄的氧化鉻，阻止空氣接觸金屬。

Q：不銹鋼有哪些不同等級？

答：不鏽鋼有多種類型，每種類型都有不同的特性。值得注意的等級是 304 不銹鋼，其耐腐蝕性良好，而 316 不銹鋼具有更強的耐腐蝕性，尤其是在溫水中。

Q：焊接不銹鋼對其防銹性有何影響？

答：雖然不銹鋼可以防銹，但如果焊接不當，可能會導致腐蝕。如果加熱處理不當或鈍化不當，由於微觀結構的變化，加熱會增加生鏽的可能性。

Q：什麼原因會導致不銹鋼產品生鏽？

答：原因可能是不銹鋼等級不夠、不銹鋼等級較低、腐蝕環境比預期更強，甚至維護不善。所有這些因素都可能導致生鏽。

Q：不銹鋼是均勻的嗎？或是否有不同類型的不銹鋼腐蝕？

答：腐蝕有幾種區別，包括點蝕、縫隙腐蝕和應力腐蝕開裂，每種腐蝕都發生在特定的環境條件下。

Q：有什麼方法可以防止我的鋼製品生鏽嗎？

H：保護性維護是用鉻含量較高的替代金屬取代鋼材，塗上保護塗層，並切斷不銹鋼長期暴露在惡劣環境中導致保護電極電位不活躍。

Q：304 不鏽鋼和 316 不鏽鋼哪個比較好？

答：從成分角度來看，316 不鏽鋼更勝一籌，因為其中含有鉬。 316 不銹鋼更耐氯化物和其他惡劣環境的腐蝕，因此具有船用級性能。

參考資料

1. 沿海表層原油污染海水中鋼腐蝕的微生物因素

• 通過： 張亦萌等人。
• 出版於: npj 材料降解
• 出版日期： 27日2022
• 引文： (張等人，2022)

發現：

• 值得注意的是，被原油污染的海水會增加在淡水中維護的鋼結構的微生物腐蝕 (MIC) 速率。
• 與原油相關的海洋石油降解菌，如 Alcanivorax，佔據了微生物種群，並透過影響生物腐蝕率來改變腐蝕過程。

研究方法：

• 該研究進行了現場採樣和實驗室研究，旨在確定與受污染海水中腐蝕相關的微生物群落的組成。

2. 銹層對水管環境中鋼材局部腐蝕的影響

• 作者： Medhani Pathirana等人
• 日誌： SSRN電子期刊
• 發布日期： 2023-08-01
• 引文標記：(Pathirana等人，2023)

主要調查結果

• 由於銹層的存在，鋼材暴露在水管中會加劇局部腐蝕現象。
• 由於鏽蝕的特性及其過程，鋼結構的完整性常常因腐蝕而受到破壞。

方法

• 本研究透過使用專為此目的設計的實驗裝置研究了模擬水線條件下生鏽鋼樣品的行為。

3.長期氯化物侵蝕對混凝土中低合金鋼耐腐蝕性的影響表面特徵及銹層的形成。

• 由： 明靜等
• 在： 腐蝕科學雜誌。
• 日期： 01 May 22
• 引文標記： (Ming 等人，2022 年)

結果亮點：  

• 本文旨在研究鋼材嵌入混凝土結構時因氯化物侵蝕而產生的耐腐蝕性，並著重研究銹層隨時間的變化特性。
• 研究發現，銹層對鋼材的耐腐蝕性以及結構部件的耐久性有相當大的影響。

方法：  

• 多年來進行的研究採用表面表徵方法和電化學測試來分析鋼材的腐蝕行為。

4.不銹鋼

5.腐蝕

6.鏽蝕