耐腐蝕金屬怎麼選？不鏽鋼、鈦與鎳合金比較
寫「不鏽鋼」並不足以保證零件不生鏽。海水、氯離子、酸鹼、縫隙與異種金屬接觸，會啟動不同的腐蝕機制；304、316L、雙相鋼、鈦與鎳合金的適用範圍也因此不同。這篇先判斷環境，再比較合金與表面處理，避免只靠「海洋級」這類模糊標籤選材。
- 先確認介質與濃度、溫度與流速、清潔條件，再決定不鏽鋼／鈦／鎳合金、表面鈍化、避免電偶腐蝕。
- 文章中的尺寸與性能數值適合前期設計；正式圖面仍要對照實際材料牌號與供應商 DFM。
- 首件或小批要確認材料證明、腐蝕測試、焊道與表面檢查，結果穩定後再放量。
先把需求與製程選對
正確的金屬取決於腐蝕機制
工程師常問「這合金耐腐蝕嗎？」彷彿耐腐蝕是一個單一性質。其實不是。
七種腐蝕機制及對應的耐受金屬
每種機制都有特定觸發條件與特定合金對策。點蝕與縫隙腐蝕化學機制類似（氯離子穿透鈍化膜），但縫隙腐蝕在更低濃度即啟動，因為靜止幾何中局部 pH 下降更快。應力腐蝕開裂（SCC）需環境加拉應力並存，是沃斯田鐵不鏽鋼在氯離子+60°C 以上的常見失效模式——雙相鋼以肥粒鐵相抑制之。
| 機制 | 觸發條件 | 最佳抗性家族 | 應避免 |
|---|---|---|---|
| 均勻腐蝕 | 酸/鹼超出鈍化區間 | Hastelloy C-276、鈦、Inconel 625 | 碳鋼、低鉻不鏽鋼 |
| 點蝕 | Cl- + 氧化劑，T>30°C | 超級雙相 2507、6Mo、鈦 | 熱海水中的 304、316 |
| 縫隙腐蝕 | 墊片/螺紋/沉積物中的滯流 Cl- | 鈦、Hastelloy C-276、超級雙相 | 沉積物下的所有標準不鏽鋼 |
| 電偶腐蝕 | 異種金屬 + 電解液 | 同族或加絕緣 | 鋁-銅、鋼-不鏽鋼濕接觸 |
| 氯應力腐蝕開裂 | 拉應力 + Cl- + 熱 | 雙相 2205、超級雙相、肥粒鐵 | >60°C 的 304/316/321 |
| 晶間腐蝕 | 焊後 HAZ 敏化 | L 級、321、347 | 厚壁焊接的標準 304/316 |
耐腐蝕金屬：先定義需求，再選製程
把需求、製程與驗收方法連在一起，能減少打樣後才發現規格衝突。
- 1需求
介質與濃度、溫度與流速、清潔條件
- 2材料與製程
不鏽鋼／鈦／鎳合金、表面鈍化、避免電偶腐蝕
- 3驗收
材料證明、腐蝕測試、焊道與表面檢查
耐腐蝕金屬的關鍵設計規則
環境對金屬選用矩陣
這是工程師最常用的表格。讀法為「首選／可接受／避免」。濃度與溫度會大幅改變答案：65% 硝酸對不鏽鋼鈍化良好，95% 反而侵蝕之。
| 環境 | 首選 | 可接受 | 避免 |
|---|---|---|---|
| 大氣，都市 | 304 | 熱浸鍍鋅鋼、Al 5052 | 未塗裝碳鋼 |
| 沿海濺潑 <30°C | 316L | 雙相 2205 | 304 |
| 海水 30–50°C 流動 | 超級雙相 2507、Ti Gr 2 | 6Mo 254 SMO | 316L、304 |
| 海水靜止/縫隙 | 鈦 Gr 2 | Hastelloy C-276 | 所有不鏽鋼含雙相 |
| 硫酸 <10% 熱 | Hastelloy B-3 | Inconel 625 | 不鏽鋼、雙相 |
| 硫酸 >93% 常溫 | 碳鋼 | 304 | Hastelloy B（優先腐蝕） |
電偶序與異種金屬接合
在流動海水中電偶序由陽極（犧牲）到陰極（受保護）大致為：鎂、鋅、鍍鋅鋼、鋁合金、軟鋼、鑄鐵、活化態 304/316、黃銅、銅、青銅、銅鎳、Monel、鈍化態 304/316、鈦、Hastelloy C、石墨。兩金屬序位差越大，相觸於電解液時驅動電壓越大。典型失效：鹽水管上碳鋼法蘭螺接 316 閥——法蘭成陽極，腐蝕速率比單獨時快約十倍。
面積比的影響不亞於合金本身。小陽極連大陰極（不鏽鋼板上的鋼螺絲）會災難性腐蝕；反之小陰極在大陽極上則無害。所以碳鋼板用不鏽鋼螺絲可接受，但不鏽鋼板用碳鋼螺絲不行。
| 材料 | 相對成本（304=1.0） | 邊際性能提升 |
|---|---|---|
| 碳鋼 | 0.3 | 基準，需塗裝 |
| 304 / 304L | 1.0 | 一般大氣 |
| 316 / 316L | 1.4 | 30°C 以下抗 Cl- 點蝕 |
| 雙相 2205 | 1.8 | 強度倍增，抑制 SCC |
| 超級雙相 2507 | 2.6 | 可用於熱海水 |
| 6Mo 254 SMO | 3.2 | 熱鹵水、漂白 |
從打樣、後處理到驗收
食品加工槽與 CIP 化學
果汁加工線使用 304 夾套槽，每日以 70°C 2% NaOH 加含氯消毒劑進行 CIP。十八個月後攪拌器底座焊縫附近出現 SCC 裂紋。根因：焊接殘餘應力 + 消毒劑中的氯 + 70°C——典型的沃斯田鐵不鏽鋼氯應力腐蝕。
耐腐蝕金屬送廠前四點確認
- 功能需求
介質與濃度
- 材料與製程
不鏽鋼／鈦／鎳合金
- 設計重點
表面鈍化
- 驗收方式
材料證明
送廠前檢查：建議做法與常見誤區
| 建議做法 | 常見誤區 |
|---|---|
| 先辨識主導腐蝕機制 | 任何濕式環境都規範 316 |
| 將 PREN 對應到氯與溫度 | 認為雙相永遠優於 316 |
| 厚壁焊件使用 L 級或穩定化級 | 6 mm 以上 304 焊接不考慮敏化 |
| 電解液中異種金屬接合加絕緣 | 海洋空氣中將碳鋼直接鎖到不鏽鋼 |
| SCC 敏感焊件做固溶退火 | 氯離子環境保留殘餘焊接應力 |
| 以實際製程流體做試片試驗 | 盡信通用等腐蝕速率圖（忽略雜質） |
- 服役流體：含氯、硫、氟、溶氧等微量成分
- 溫度範圍：標稱、最大異常、結凍
- 壓力與應力（屈服分數）
- 流場：靜止、層流、紊流、兩相
- 縫隙幾何：墊片、螺紋、沉積物、焊接墊條
常見問題、延伸閱讀與參考來源
談「耐腐蝕金屬」時，最先要確認什麼？
先確認介質與濃度、溫度與流速、清潔條件。這些條件會直接影響不鏽鋼／鈦／鎳合金、表面鈍化、避免電偶腐蝕，也比先指定單一材料或設備更容易取得可比較的報價。
可以直接照文章中的典型數值下單嗎？
不建議。文章數值適合前期設計，正式圖面仍要以實際材料牌號、設備能力、供應商 DFM 與首件結果為準。
打樣通過後，放量前還要做什麼？
把不鏽鋼／鈦／鎳合金、表面鈍化、避免電偶腐蝕固定下來，再用同一套方法確認材料證明、腐蝕測試、焊道與表面檢查；不同批次都能重現，才適合放量。
下一步可查看 3D 列印服務、材料資料庫、線上報價，以及 抗 UV 塑膠怎麼選？戶外材料與老化測試、耐熱塑膠怎麼選？HDT、使用溫度與材料比較。
