HastelloyC-276，
一、耐蝕性能 哈氏C-276合金屬於鎳-鉬-鉻-鐵-鎢系鎳基合金。它是現代金屬材料中最耐蝕的一種。主要耐溼氯、各種氧化性氯化物、氯化鹽溶液、硫酸與氧化性鹽，在低溫與中溫1中均有很好的耐蝕性能。因此，近三十年以來、在苛刻的腐蝕環境中，如化工、石油化工、煙氣脫硫、紙漿和造紙、環保等工業領域有著相當廣泛的應用。 哈氏C-276合金的各種腐蝕數據是有其典型性的，但是不能用作規範，尤其是在不明環境中，必須要經過試驗才可以選材。哈氏C-276合金中沒有足夠的Cr來耐強氧化性環境的腐蝕，如熱的1。這種合金的產生主要是針對化工過程環境，尤其是存在混酸的情況下，如煙氣脫硫系統的出料管等。下表是四種合金在不同環境下的腐蝕對比試驗情況。(所有焊接試樣採用自熔鎢極氬弧焊)
具有優異的抗應力腐蝕開裂能力和好的耐局部腐蝕能力，在很多化工工藝介質中有滿意的耐蝕特性，包括浸蝕很強的無機酸溶液、氯氣和含氯化物的各種介質、乾燥氯氣、甲酸和醋酸、海水和鹽水等
腐蝕是材料在環境的作用下引起的破壞或變質。
金屬和合金的腐蝕主要是由於化學或電化學作用引起的破壞，有時還同時伴有機械、物理或生
物作用。例如應力腐蝕破裂就是應力和化學物質共同作用的結果。單純物理作用的破壞，如合金在
液態金屬中的物理溶解，也屬於腐蝕範疇，但這類破壞實例不多。單純的機械破壞，如金屬被切削、
研磨，不屬於腐蝕範疇非金屬的破壞一般是由於化學或物理作用引起，如氧化、溶解、溶脹等。
第一講 金屬腐蝕概述
第一節 金屬腐蝕的分類
根據腐蝕的形態，可分為均勻（全面）腐蝕和局部腐蝕兩類，局部腐蝕還可分為若干小類。
根據腐蝕的作用原理，可分為化學腐蝕和電化學腐蝕。兩者的區別是當電化學腐蝕發生時，金
屬表面存在隔離的陰極與陽極，有微小的電流存在於兩極之間，單純的化學腐蝕則不形成微電池。
過去認為，高溫氣體腐蝕（如高溫氧化）屬於化學腐蝕，但近代概念指出在高溫腐蝕中也存在隔離
的陽極和陰極區，也有電子和離子的流動。據此，出現了另一種分類：幹腐蝕和溼腐蝕。溼腐蝕是
指金屬在水溶液中的腐蝕，是典型的電化學腐蝕，幹腐蝕則是指在幹氣體（通常是在高溫）或非水
溶液中的腐蝕。單純的物理腐蝕，對於金屬很少見，對於非金屬，則多半產生單純的化學或物理腐
蝕，有時兩種作用同時發生。
第二節 金屬腐蝕的形態
金屬腐蝕的形態可分為全面（均勻）腐蝕和局部腐蝕兩大類。前者較均勻地發生在全部表面，
後者只發生在局部。例如孔蝕，縫隙腐蝕，晶間腐蝕，應力腐蝕破裂，腐蝕疲勞，氫腐蝕破裂，選
擇腐蝕，磨損腐蝕，脫層腐蝕等。
常見金屬材料基礎知識（ 簡要讀本― ― 僅供內部使用）（ 2004 VER.）
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一般局部腐蝕比全面腐蝕的危害嚴重得多，有一些局部腐蝕往往是突發性和災難性的。如設備
和管道穿孔破裂造成可燃可爆或有毒流體洩漏，而引起火災、爆炸、汙染環境等事故。根據一些統
計資料，化工設備的腐蝕，局部腐蝕約佔70%。均勻腐蝕雖然危險性小，但大量金屬都暴露在產生
均勻腐蝕的氣體和水中，所以經濟損失也非常驚人。
1.全面（均勻）腐蝕
金屬表面的全部或大部都發生腐蝕，腐蝕程度大致是均允的。一般表面覆蓋一層腐蝕產物膜，
能使腐蝕減緩，高溫氧化就是一例。又如易鈍化的金屬如不鏽鋼、鈦、鋁等在氧化環境中產生極薄
的鈍化膜，具有優良的保護性，使腐蝕實質上停止。鐵在大氣和水中產生的氧化膜（鏽）保護性很
低。一般均勻腐蝕很嚴重。
也有些均勻腐蝕不產生表面膜，如鐵在稀硫酸或鹽酸中全面迅速溶化。無膜全面腐蝕很危險，
但在現實生活中很少發生，除非選材嚴重錯誤，例如選用鐵或鋁設備貯運鹽酸等。
均勻腐蝕的程度可以用腐蝕率來表示。常用兩種單位，一是單位時間內，單位表面積上損失的
由厚度腐蝕率可以估算設備的預期壽命，一般應用得更廣泛。
2.孔蝕
孔蝕是一種高度局部的腐蝕形態。孔有大有小，多數情況下比較小，一般孔表面直徑等於或小
於它的深度，也有些情況為碟形淺孔。
小而深的孔可能使金屬板穿透，引起物料流失、火災、爆炸等事故。它是破壞性和隱患最大的
腐蝕形態之一。
孔蝕通常發生在表面有鈍化膜或有保護膜的金屬，如不鏽鋼、鈦、鋁合金等。由於金屬表面存
在缺陷（露頭的螺位錯，非金屬夾雜物等）和液體內存在能破壞鈍化膜的活性離子（如CI－、Br－），
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鈍化膜在局部被破壞，微小的膜破口處的金屬成為陽極，其電流高度集中，破口周圍廣大面積的膜
成為陰極，因此腐蝕迅速向內發展，形成蝕孔。
當孔蝕形成不久，孔內的氧很快耗盡，因此只有陽極反應在孔內進行，很快就積累了帶正電的
金屬離子。為了保持電中性，帶負電的CI－從外部溶液擴散到孔內，由於金屬（Fe、Cr）氯化物的
水解產生了鹽酸：
M＋CI－＋H2O＝MOH↓＋H＋CI－
孔內 pH 下降，變為酸性，鹽酸使更多的金屬溶解，又有更多的CI－遷入孔內，形成自催化加速
的腐蝕。鄰接蝕孔的表面由於產生陰極氧還原反應而不受腐蝕，亦即獲得了陰極保護。
蝕孔形成以後，是否繼續深入發展直至穿孔，由於影響因素複雜，現在還不能精確預測，一般
地說，如孔少，腐蝕電流集中，深入發展的可能性大；如孔多，就較淺，危險性也較小。
a-鈍化膜局部破裂b-膜破口腐蝕閉塞區內金屬離子增濃
c-陰離子進入閉塞區，金屬離子水解，pH 下降
d-裂縫內產生自催化加速腐蝕過程，H在尖端析出，滲入
裂縫前緣，使金屬脆化
孔蝕、縫隙腐蝕和應力發展階段示意圖
3.縫隙腐蝕
是孔蝕的一種特殊形態，發生在縫隙內（如焊、鉚縫、墊片或沉積物下面的縫隙），破壞形態為
溝縫狀，嚴重的可穿透。縫隙內是缺氧區，也處於閉塞狀態，縫內pH 值下降，濃度增大。常有一
段較長的孕育期，當縫內pH 值下降到臨界值後，與孔相似，也產生加速腐蝕。一般在含Cl-溶液中
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最易發生。有效的防止方法是消除縫隙。
4.脫層腐蝕
在金屬層狀結構層與層之間產生腐蝕，先垂直向內發展，然後改變方向，有選擇地腐蝕與表面
平行的物質。腐蝕產物的膨脹力使未腐蝕的表層成層狀脫離（上圖）。
5.晶間腐蝕
腐蝕從表面沿晶粒邊界向內發展，外表沒有腐蝕跡象，但晶界沉積疏鬆的腐蝕產物。由金相顯
微鏡可看到晶界呈現網狀腐蝕（下圖）。嚴重的晶間腐蝕可使金屬失去強度和延展性，在正常載荷下
碎裂。
（Cr18Ni8Ti 不鏽鋼在HCl-空氣-H2O-丁烷混合氣中，700℃）
晶間腐蝕
晶間腐蝕是晶界在一定條件下產生了化學和組成上的變化，耐蝕性降低所致，這種變化通常是
由於熱處理或冷加工引起的。以奧氏體不鏽鋼為例，含鉻量須大於11%才有良好耐蝕性。當焊接時，
焊縫兩側2~3mm 處可被加熱到400~910℃，在這個溫度（敏化溫度）下晶界的鉻和碳易化合形成
Cr3C6，Cr 從固溶體中沉澱出來，晶粒內部的Cr 擴散到晶界很慢，晶界就成了貧鉻區，鉻量可降到
遠低於11%的下限，在適合的腐蝕溶液中就形成「碳化鉻晶粒（陰極）-噴鉻區（陽極）」電池，使
晶界貧鉻區腐蝕。
奧氏體不鏽鋼晶間腐蝕在工業中較常見，危害也最大。防止方法有：
①「固溶淬火」處理：將已產生貧鉻區的鋼加熱到1100℃左右，使碳化鉻溶解，水淬，迅速通
過敏化溫度區，使合金保持含Cr 的均一態。
②鋼中加入少量更易生成碳化物的元素鈦或鈮。
③碳含量降低到0.03%以下，從晶界沉澱的鉻量就很少。
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6.選擇性腐蝕
工業合金含有不同成分和雜質，具有不同的結構，耐蝕性也有差別。在一定溶液中，有些活性
組分溶出，剩下疏鬆的不活潑組分，強度和延性完全喪失。這類選擇性腐蝕的常見例子是黃銅脫鋅。
鋅溶人溶液，黃銅表面覆蓋一層疏鬆的紅色薄膜。實際上銅也溶解，但其後又沉積在合金表面上。
除均勻的層狀脫鋅外，還有局部的塞狀脫鋅。提高銅含量（紅黃銅：Cu85%）可防止脫鋅，加入1%
錫，或少量砷、銻、磷也能改善對脫鋅的抗力。
灰鑄鐵的石墨化也是選擇性腐蝕，鐵腐蝕浸出，剩下石墨網狀體，嚴重失去強度。球墨或延展
性鑄鐵因為不存在殘餘物聯繫在一起的網狀結構，所以不產主石墨化。
7.磨損腐蝕
1）衝擊腐蝕
金屬表面受高流速和湍流狀的流體衝擊，同時遭到磨損和腐蝕的破壞，稱為磨損腐蝕。衝擊腐
蝕是磨損腐蝕的主要形態。金屬在高速流體衝擊下，保護膜破壞，破口處裸金屬加速腐蝕。如果流
體中含有固體顆粒，磨損腐蝕就更嚴重。它的外表特徵是：局部性溝槽、波紋、圓孔和山谷形，通
常顯示方向性。暴露在運動流體中的設備如：管、三通、閥、鼓風機、離心機、葉輪、換熱器、排
風筒等都能產生衝擊腐蝕。軟金屬如銅和鉛更為嚴重。
衝擊腐蝕多發生在流體改變方向的部位。如彎頭、三通、旋風分離器，容器內和入口管相對的
部位。冷凝器和換熱器管束入口處，流體由大截面進入小口，產生湍流，在管入口數十毫米處常發
生嚴重腐蝕。
防止衝擊腐蝕可以選用耐磨損較好的材料，如20 號合金優於18/8 不鏽鋼，90Cu/10Ni 優於
70Cu/30Ni（海水中），也可改進設計、改變環境、或用塗層和陰極保護等。
2）空泡腐蝕
空泡腐蝕簡稱空蝕或氣蝕，是磨損腐蝕的一種特殊形態。在高速液體中含有空泡，使磨損腐蝕
十分嚴重。空泡的形成是由於液體的湍流或溫度變化引起局部壓力下降，空泡內只含少量水汽，存
在時間非常短暫，氣泡破裂時產生衝擊波壓力可高達4000atm，使金屬保護膜破壞，並可引起塑性
形變，甚至撕裂金屬粒子。膜破口處裸金屬受腐蝕，隨即重新生膜。在同一點上又形成新空泡，又
迅即破裂，這個過程反覆進行，結果金屬表面生成緻密而深的孔，外表很粗糙。泵葉輪和水力透平
機等常產生空蝕。
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空泡腐蝕的發生過程示意圖
防止空蝕可改進設計，以減小流程中流體動壓差，也可選用較耐空蝕的材料或精磨表面，因為
光潔表面不提供形成空泡的核點。用彈性保護層（塑料或橡膠）或陰極保護也有效。
3）摩振腐蝕
它也是磨損腐蝕的一種特殊形態，是指承受載荷、互相接觸的兩表面由于振動和滑動（反覆的
相對運動）引起的破壞，也稱微振腐蝕。摩振腐蝕的危害非常大，既破壞了精密的金屬部件，產生
的氧化鏽泥常將部件鏽死，還會使接觸面超過容許公差，產生的蝕孔還會引起疲勞破裂。
摩振腐蝕最常見的例子是滾珠軸承套與軸之間，也發生在引擎、機車部件、螺栓連接的部件等
處。它的必要條件是反覆的相對運動，位移小至10-8cm 即可引起破壞。例如在遠距離鐵路和輪船運
輸中的汽車軸，表面承受載荷，又發生連續輕微振動，將產生摩振腐蝕。它不發生在連續運動的表
面上。正常行駛的汽車因為軸承表面間的相對運動非常大（旋轉），就不發生這種腐蝕。
摩振腐蝕的原因是摩振作用破壞了金屬保護膜，裸金屬迅速氧化，磨損和氧化反覆進行，使破
壞加劇。另外，金屬表面因受壓產生冷焊或熔化，其後由於相對運動使金屬碎粒脫落，並迅速氧化。
二者都產生氧化鏽粒，破壞金屬界面。氧在摩振腐蝕中很重要，但也有些摩振腐蝕不需要氧。
防護方法可在接觸表面塗潤滑油脂，可減小摩擦，並排除氧，如果表面同時磷化更有效。還可
選用硬質合金，噴丸處理或冷加工以提高表面硬度等。
8.應力腐蝕破裂
合金在腐蝕和一定方向的拉應力同時作用下產生破裂，稱為應力腐蝕破裂。裂縫形態有兩種：
沿晶界發展，稱晶間破裂；縫穿過晶粒，稱穿晶破裂，也有混合型，如主縫為晶間型，支縫或尖端
為穿晶型，它是最危險的腐蝕形態之一，可引起突發性事故。
應力腐蝕破裂有一些特徵：①必須存在拉應力（如焊接、冷加工產生的殘餘應力），如果存在壓
應力則可抑制這種腐蝕，
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(Cr18Ni9 敏化不鏽鋼在3%NaCl 溶液中， 90℃ ) (Cr18Ni9Ti 不鏽鋼在C1- 溶液中) （Cr18Ni9 不鏽鋼）
a.晶間腐蝕 b.穿晶腐蝕 c.混合型破裂
應力腐蝕破裂
②只發生在一定的體系，如奧氏體不鏽鋼/C1-體系，碳鋼/NO-
3 體系，銅合金/NH+
4 體系等。
應力腐蝕的機理很複雜，按照左景伊提出的理論，破裂的發生和發展可區分為三個階段：
①金屬表面生成鈍化膜或保護膜；
②膜局部破裂，產生蝕孔或裂縫源；
③裂縫內發生加速腐蝕，在拉應力作用下，以垂直方向深入金屬內部。
產生應力腐蝕必須滿足上述三個階段的生成環境。以奧氏體不鏽鋼／C1-體系為例，環境中必須
含有C1-和氧，因為奧氏體不鏽鋼在含氧環境內很容易鈍化，滿足了條件1；C1-是破鈍劑，在應力
作用下，膜的局部缺陷處很容易破裂，滿足了條件2；裂縫內形成閉塞區，pH 值下降，Cl-從外部遷
入增濃、pH 值下降到1.3 以下，腐蝕加速，這和孔蝕相同。裂縫尖端產生了氫，引起局部脆化，在
拉應力作用下發生脆性破裂，然後裂尖又進入酸性溶液；裂縫在腐蝕和脆裂的反覆作用下迅速發展。
防止應力腐蝕的方法有以下一些：進行熱處理以消除部件的應力；改進設計結構，避免應力集
中於局部，設計中選用的載荷應低於產生應力腐蝕的臨界值；表面用噴丸處理產生壓應力，採用電
化學保護、塗料、或緩蝕劑等。
9.氫腐蝕
1）氫鼓泡
對低強度鋼，特別是含大量非金屬夾雜時，溶液中產生的氫原子很容易擴散到金屬內部，大部
分H 通過器壁在另一側結合為H2 逸出，但有少量H積滯在鋼內空穴，結合為H2，因氫分子不能擴
散，將積累形成巨大內壓，使鋼表面鼓泡，甚至破裂。
當環境中含有硫化物、氰化物、含磷離子等阻止放氫反應的毒素，氫原子就會進入鋼內產生鼓
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泡。石油工業物料常含有上述毒素，氫鼓泡是常見的危害。防止方法：除去這類毒素最為有效；也
可選用無空穴的鎮靜鋼以代替有眾多空穴的沸騰鋼。此外，可採用氫不易滲透的奧氏體不鏽鋼或鎳
的襯裡，或橡膠，塑料、瓷磚村裡、加入緩蝕劑等。
2）氫脆
在高強鋼中晶格高度變形，當H進入後，晶格應變更大，使韌性及延展性降低，導致脆化，在
外力下可引起破裂。不過在未破裂前氫脆是可逆的，如進行適當的熱處理，使氫逸出，金屬可恢復
原性能。一般鋼強度越高，氫脆破裂的敏感性越大。它的機理還不十分清楚，有各種理論，如：氫
分子聚積造成巨大內壓；吸附氫後使表面能降低，或影響了原子鍵結合力，促進了位錯運動等。一
些跡象表明，鐵素體和馬氏體鐵合金在裂縫尖處與氫產生了反應，鈦、鉭等易生成氫化物的金屬，
在高溫下容易與溶解的氫反應，生成脆性氫化物。高溫下氫還能造成脫碳。
進入金屬的氫常產生於電鍍、焊接、酸洗、陰極保護等操作中。應力腐蝕的裂尖酸化後，也將產生
氫脆，但陽極腐蝕，已造成永久性損害，與單純氫脆有別。氫脆與鋼內空穴無關，所以防止方法與
防氫鼓泡稍有不同：在容易發生氫脆的環境中，避免使用高強鋼，可用Ni、Cr 合金鋼；焊接時採用
低氫焊條，保持環境乾燥（水是氫的主要來源）；電鍍液要選擇，控制電流；酸洗液中加入緩蝕劑。
氫已進入金屬後，可進行低溫烘烤驅氫，如鋼一般在90~150℃脫氫。
10.腐蝕疲勞
腐蝕和交變應力（應力方向周期性變化，亦稱周期
應力）共同作用引起的破裂，稱為腐蝕疲勞。在無腐蝕
時，金屬受交變應力作用將產生疲勞破裂。對於鐵合金，
承受的應力有一臨界值，如低於此值，即使經無限周期
也不會疲勞破裂。此值稱為疲勞極限。非鐵金屬如鋁、
鎂，沒有疲勞極限，但抗疲勞性能也隨應力減小而增大。
通常規定在106 周期不產生疲勞破裂的臨界應力值為疲
勞極限。在腐蝕環境中疲勞極限大大下降，因而在較低
的應力和較短的周期內就發生疲勞破裂。
鋼在周期應力下的 S-N 曲線
腐蝕疲勞的外形特徵是：產生眾多深孔，裂縫可以有多條，由蝕孔起源以和應力垂直的方向縱
深發展，是典型的穿晶型，設有支縫，縫邊呈現鋸齒形。振動部件如泵軸和杆、螺旋槳軸、油氣井
管、吊素以及由溫度變化產生周期熱應力的換熱管和鍋爐管等，都容易發生腐蝕疲勞。腐蝕疲勞最
易發生在能產生孔蝕的環境中，無疑，蝕孔起了提高應力的作用。周期應力使保護膜反覆局部破裂，
裂口處裸金屬遭受不斷腐蝕。與應力腐蝕不同，腐蝕疲勞對環境沒有選擇性。氧含量、溫度、pH 值
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和溶液成分都影響腐蝕疲勞。陽極極化將促進腐蝕疲勞。
防止方法：改進設計或進行熱處理以消除和減小拉應力，表面噴丸處理產生壓應力，電鍍鋅、
鉻、鎳等，但電鍍時注意鍍層中不可產生拉應力，也不可有氫滲入。也可用緩蝕劑和陰極保護。