铜对提高不锈钢耐蚀性的作用

铜通常仅作为残留元素存在于不锈钢中。然而，它被添加到选定的合金中以提高它们的耐腐蚀性，特别是在海水和硫酸溶液中。
多年来，铜一直被视为钢铁生产中不受欢迎的元素。它与“热脆性”有关，它在用于锻造和轧制的温度下熔化，导致物品在加工过程中破裂。费尽心思将含铜零件与大批量钢铁生产中消耗的废钢隔离开来，以避免其作为杂物被吸收。
尽管存在上述历史问题，但铜已更广泛地用于不锈钢铸件，部分原因是它与良好的“可铸性”有关，即熔融金属能够流过模具并实现良好的铸造。事实证明，铜对铸造有利而对热加工不利的情况远没有轶事所暗示的那么有说服力，因为它已被用作大量有意的合金添加剂。然而，在选定环境中对耐腐蚀性的积极影响要清楚得多。
铜已被证明可以显着提高不锈钢的耐腐蚀性，特别是在含海水和硫酸的环境中。
不锈钢的耐腐蚀性是由于暴露于含氧环境时在其表面形成的高度稳定的钝化膜。然而，耐点蚀性通常始于或接近表面附近碰巧存在的硫化物夹杂物。
硫不会故意添加到钢中（仅在选定的易切削钢中除外），因为它在加工过程中可能会出现问题。如果大量存在，将导致热脆。因此，通常添加锰与硫结合形成硫化锰夹杂物。只要它们以少量存在且精细分散，对机械性能的影响是有限的。数量较多时，它们会在轧制或锻造方向对齐，导致横向冲击韧性较差。
在耐腐蚀性方面，不锈钢部件外露表面存在的任何夹杂物都不允许在那里形成氧化铬稳定层。这成为开始点蚀的理想场所，并且可以在夹杂物曾经所在的位置快速形成点蚀。旨在通过将硫含量定为 <0.005% 来限制这种现象，这远低于S32760的 <0.01%和S32750 的<0.02%的典型限制。
在不锈钢中添加铜对这些由夹杂物引发的点蚀部位产生有趣的有益影响。铜在表面的溶解导致不溶性硫化铜 (Cu2S) 化合物的沉淀。这反过来又可以防止硫物质吸附到钢的表面，从而抑制凹坑的进一步生长。在某些方面，铜为不锈钢提供了自愈效果，这不会阻止在钝化层薄弱点处开始点蚀，但它会减缓或阻止这些部位的进一步腐蚀，从而防止更有害的腐蚀。
除了上述机制，在前面描述的解决方案中，还认为铜会在不锈钢表面形成额外的保护层（钝化层）。与硫化铁或硫化镍相比，硫化铜能够稳定存在。因此，提出了一层硫化铜来补充主要的氧化铬钝化层。
Ferralium 255 (F61, 1.4507, UNS S32550) 可能是最有名的铜添加量增加的指数。作为最初的超级双相不锈钢，50 多年来，它一直在恶劣的环境中提供增强的耐腐蚀性。出于可铸造性的原因，从含有铜的铸造等级发展而来，这种新型锻造形式将铜含量保持在 2.0% 左右，以便在海水和硫酸中实现好的耐腐蚀性。
合金 20（2.4660、UNS N08220、AL20、C20、CN7M）是一种高合金镍牌号，目前不属于兰利合金库存计划的一部分。然而，它被称为另一种合金，该合金专门利用添加铜来增强在硫酸中的耐腐蚀性。它包含 3.0 – 4.0%。
铜已包含在合金含量较低的不锈钢中，例如 316Cu（合金 316 的变体，UNS S31603）和 204Cu（合金 304L 的低成本变体），并声称其抗腐蚀性能有所提高。