4.2.1　碳钢

1. 分类

碳钢是指碳含量为0.02%～2.11%的铁碳合金，是结构材料中的重要材料。在钢材的总产量中，碳钢占85%左右，低合金钢约占10%。

通常，碳钢在各种环境中的耐蚀性较差，不属于耐蚀材料。但是，由于其用途较为广泛，了解碳钢在各种环境中的腐蚀行为，对钢材的正确选用和防护，提高使用的经济效益无疑是非常重要的。

2. 腐蚀的基本原理

铁碳合金在室温下有3种相：铁素体、渗碳体和石墨。铁素体为含碳量小于0.08%的铁碳合金，渗碳体为Fe3C，石墨则为游离碳。因为铁素体的电位要比渗碳体低，在腐蚀微电池中，渗碳体为阴极，铁素体作为阳极被腐蚀，所以碳钢的耐蚀性与其化学成分、组织结构和腐蚀条件等多种因素有关。

在酸性溶液中，随着含碳量的增加，腐蚀速率增大；在氧化性酸中，含碳量增加到一定程度，腐蚀速率下降；在大气、淡水、海水等中性溶液中，含碳量的影响不大。

碳钢的组织形态对其耐蚀性有一定影响。在碳含量相同时，片状珠光体比球状珠光体的腐蚀速率高，而且层片越细，片层间距离越小，腐蚀速率越高。屈氏体组织比回火马氏体的渗碳体多，而比索氏体组织细，故更易遭受腐蚀。

钢的热处理温度影响组织形态，因而也影响钢的耐蚀性。铁碳合金从高温奥氏体区冷却下来后，其各种组织产物对还原性介质的腐蚀作用有着不同程度的影响。

冷加工和焊接对碳钢的影响也很大。许多研究者一直认为是金属内残存应力起加速腐蚀的作用。焊接造成的表面缺陷会引起缝隙腐蚀等，另外，焊缝金属处在铸造状态，快速冷却会引起成分不均匀，这两种情况可能会引起选择性腐蚀。由于焊缝金属及热影响区金属的收缩不一致，形成应力，所以提高了腐蚀（特别是应力腐蚀）的敏感性。

3. 耐蚀性

碳钢在强腐蚀介质、大气、海水、土壤中都不耐蚀，但在室温的碱或碱性溶液中有较好的耐蚀性。碳钢在一般干燥空气或气氛中的腐蚀速率比在潮湿空气中的小，在大陆气候比在海洋大气的腐蚀速率小。碳钢在大气中的腐蚀也会因成分、湿度、温度、气流和光照的不同而不同，大多数情况下为0.2～0.5mm/a，绝大多数酸、碱、盐的水溶液对碳钢均有很强的腐蚀性。碳钢的腐蚀主要是氧去极化腐蚀，影响腐蚀速率的主要因素是金属表面保护膜的性质和氧到达阴极表面的难易程度。五种碳钢的自然暴露腐蚀速率如表4-4所示。

在无水无酸的有机介质（如甲醇、乙醇、苯、二氯乙烷、苯胺等）中，碳钢是化学稳定的。碳钢在纯的石油烃类中，腐蚀也不显著，但当介质中存在硫化氢和硫醇等杂质时，腐蚀速率迅速上升。

表4-4　五种碳钢的自然暴露腐蚀速率　单位：μm/a