盡(jin)管鋼(gang)鐵(tie)材料(liao)防銹的方法很多,但對要求(qiu)材料(liao)整體都(dou)有防銹性的某些機械(xie)零件(jian)、化工容器、生活用品及其他特殊用品(如醫療用的針、手術刀具、鉗和假牙等)來說,添(tian)加合金元素提高鋼(gang)鐵(tie)耐蝕性能的方法無疑是最吸引人的。


不銹鋼手術刀.jpg


 不銹鋼(gang)的誕生和大多數科研成果一樣,并非個別人的研究結果,而是許多冶金工作者長期努力、互相借鑒、不斷研究的結果。最后于上世紀初,在社會已具備一定的物質生產條件(主要是低碳鉻鐵的制成)以及理論研究已取得進展(主要是鐵鉻合金中碳對腐蝕性的影響),而產業部門又急需的情況下,不銹鋼材應運而生了。


 從(cong)開(kai)始(shi)研究不(bu)銹(xiu)鋼(gang)到初步(bu)研制成功經歷了整整一個世紀。不(bu)銹(xiu)鋼(gang)的研究和(he)開(kai)發,大致可分為三(san)個階段。從(cong)1797年(nian)到1878年(nian)這80多年(nian)時間,是不(bu)銹(xiu)鋼(gang)探索的第(di)一階段。


 最初研(yan)究(jiu)者已經發現(xian),在(zai)某些條(tiao)(tiao)件下鉻能提(ti)高鋼(gang)的耐(nai)蝕(shi)(shi)性能,并對此進行(xing)了研(yan)究(jiu)。但是由于各種(zhong)條(tiao)(tiao)件的局限,許(xu)多(duo)人錯誤地認為鉻鋼(gang)的耐(nai)腐(fu)蝕(shi)(shi)性差,其中就(jiu)包括當時著名的學(xue)者。因(yin)此,當時對鐵(tie)鉻合(he)金的研(yan)究(jiu)目標從耐(nai)腐(fu)蝕(shi)(shi)性轉為提(ti)高機械性能,發展了一系列的低鉻結(jie)構(gou)鋼(gang)、工具鋼(gang)。


 1798年,研(yan)(yan)(yan)究(jiu)者開始了從礦石還(huan)原(yuan)鉻(ge)(ge)的(de)(de)研(yan)(yan)(yan)究(jiu),并得到一些結果。1820年,研(yan)(yan)(yan)究(jiu)者在還(huan)原(yuan)鉻(ge)(ge)礦石時(shi)成功地加入(ru)鐵(tie),制(zhi)造(zao)出(chu)了鐵(tie)鉻(ge)(ge)合(he)金(jin)。1821年,世界上最(zui)早的(de)(de)鉻(ge)(ge)鐵(tie)出(chu)現(xian)了,這(zhe)(zhe)是研(yan)(yan)(yan)究(jiu)者用一種復雜的(de)(de)氧化物還(huan)原(yuan)得到的(de)(de)。這(zhe)(zhe)種鉻(ge)(ge)鐵(tie)中僅含有17~60%的(de)(de)鉻(ge)(ge)而(er)含有非(fei)常高的(de)(de)碳,很(hen)接近于(yu)現(xian)代(dai)特殊鋼(gang)精煉時(shi)所(suo)用的(de)(de)原(yuan)料。為了考(kao)核(he)其耐蝕性(xing),研(yan)(yan)(yan)究(jiu)者用這(zhe)(zhe)種鉻(ge)(ge)鐵(tie)制(zhi)造(zao)成刀具,結果卻很(hen)不理想。盡管刀具非(fei)常硬,可是卻特別易生銹。顯然,這(zhe)(zhe)是由于(yu)合(he)金(jin)中含鉻(ge)(ge)太(tai)低而(er)含碳過高。


鉻鐵礦.jpg


 1822年,鉻鐵耐(nai)腐蝕性的(de)第(di)二次研(yan)究(jiu)開始了。研(yan)究(jiu)者們(men)把(ba)含(han)1%~3%鉻、1%~5%碳的(de)鋼作為試(shi)樣材料,放在稀(xi)硫酸(suan)中,試(shi)驗了鉻含(han)量(liang)、酸(suan)濃度等對腐蝕性的(de)影響,但仍未(wei)獲得結果。此后,研(yan)究(jiu)者們(men)轉向研(yan)究(jiu)鉻含(han)量(liang)較高的(de)鐵鉻合金的(de)耐(nai)蝕性。


 1838年(nian),有人(ren)提出(chu)“鉻(ge)含(han)量增加時溶(rong)液中鐵鉻(ge)合(he)金(jin)耐(nai)腐蝕性增加”的(de)報告。1872年(nian),研究者提出(chu)含(han)有30%~35%鉻(ge)的(de)鐵,耐(nai)酸和耐(nai)蝕性顯著增加的(de)論點(dian)。


 但(dan)在同一(yi)(yi)時期也有(you)人(ren)得(de)出不同甚至錯(cuo)誤(wu)的(de)(de)(de)研究(jiu)(jiu)結果(guo)。1883年,有(you)人(ren)從(cong)海水腐蝕(shi)(shi)試(shi)(shi)驗得(de)出高鉻(ge)鐵抗(kang)蝕(shi)(shi)性差的(de)(de)(de)錯(cuo)誤(wu)結論。特別(bie)應(ying)該一(yi)(yi)提的(de)(de)(de)是,1872年,英(ying)國人(ren)哈德菲爾德的(de)(de)(de)研究(jiu)(jiu)曾幾乎(hu)使鐵鉻(ge)合金(jin)耐(nai)腐蝕(shi)(shi)性的(de)(de)(de)研究(jiu)(jiu)工作(zuo)完全中(zhong)斷。這(zhe)位發明高錳耐(nai)磨鋼(gang)和變壓器硅(gui)鋼(gang)的(de)(de)(de)著名冶金(jin)學(xue)家,用含(han)鉻(ge)17%、含(han)碳1%~2%的(de)(de)(de)鐵鉻(ge)合金(jin)進行(xing)耐(nai)腐蝕(shi)(shi)性試(shi)(shi)驗,他(ta)誤(wu)認為硫酸(suan)是最典(dian)型的(de)(de)(de)腐蝕(shi)(shi)劑(ji),故以(yi)50%的(de)(de)(de)硫酸(suan)作(zuo)為腐蝕(shi)(shi)液(ye),結果(guo)得(de)出了鉻(ge)是鋼(gang)抗(kang)酸(suan)性惡化的(de)(de)(de)錯(cuo)誤(wu)結論。


 當(dang)(dang)時(shi)(shi)(shi)不(bu)能(neng)在(zai)不(bu)銹鋼(gang)研制(zhi)方(fang)面取(qu)得突(tu)破的(de)(de)(de)(de)原因(yin)主要是: 1.當(dang)(dang)時(shi)(shi)(shi)所(suo)用的(de)(de)(de)(de)鐵鉻(ge)(ge)合(he)金(jin)含(han)碳(tan)過高(gao),影響了鉻(ge)(ge)發揮提(ti)高(gao)抗(kang)(kang)腐(fu)(fu)(fu)蝕性(xing)(xing)能(neng)的(de)(de)(de)(de)有利作用;2.大(da)部分研究者(zhe)所(suo)選(xuan)的(de)(de)(de)(de)鉻(ge)(ge)含(han)量(liang)(liang)低,低的(de)(de)(de)(de)鉻(ge)(ge)含(han)量(liang)(liang)只能(neng)改(gai)善熱處理性(xing)(xing)能(neng),而不(bu)能(neng)提(ti)高(gao)抗(kang)(kang)蝕性(xing)(xing);3.當(dang)(dang)時(shi)(shi)(shi)金(jin)屬腐(fu)(fu)(fu)蝕性(xing)(xing)方(fang)面的(de)(de)(de)(de)理論研究遠未成熟,這(zhe)導(dao)致對腐(fu)(fu)(fu)蝕及抗(kang)(kang)蝕性(xing)(xing)的(de)(de)(de)(de)看法絕對化,不(bu)少研究者(zhe)試圖(tu)研制(zhi)一種(zhong)能(neng)耐各種(zhong)酸、堿、鹽腐(fu)(fu)(fu)蝕的(de)(de)(de)(de)類似鉑(bo)和金(jin)的(de)(de)(de)(de)耐蝕合(he)金(jin),其結果當(dang)(dang)然是失敗(bai)的(de)(de)(de)(de)。4.理論上的(de)(de)(de)(de)不(bu)成熟導(dao)致腐(fu)(fu)(fu)蝕試驗方(fang)法方(fang)面的(de)(de)(de)(de)錯誤,這(zhe)就掩(yan)蓋(gai)了某(mou)些(xie)真是情況。


 當時由于關于鉻(ge)(ge)對(dui)鋼(gang)抗蝕(shi)性(xing)(xing)的(de)作(zuo)用的(de)研(yan)究(jiu)受阻,故(gu)對(dui)鐵鉻(ge)(ge)合金的(de)研(yan)究(jiu)方向(xiang)轉(zhuan)向(xiang)了機械(xie)性(xing)(xing)能,特別(bie)是耐磨(mo)性(xing)(xing)能,而鐵鉻(ge)(ge)合金也(ye)確實在這方面獲(huo)得了應用。1869年,建(jian)立了鉻(ge)(ge)鋼(gang)工廠(chang),這是最(zui)早生產鉻(ge)(ge)鋼(gang)的(de)特殊鋼(gang)廠(chang),專門生產含0.5%鉻(ge)(ge)的(de)低合金鋼(gang)。在19世紀后(hou)期,這樣的(de)廠(chang)商還是有好幾家,有的(de)生產軍工用品,有的(de)制造各種堅固而美觀的(de)工具(ju),鉻(ge)(ge)含量高低不一,最(zui)多(duo)有達(da)到(dao)25%的(de)。


高錳耐磨鋼.jpg


 高(gao)錳(meng)耐磨(mo)鋼(gang)含碳(tan)1.0~1.3%,錳(meng)11~14%,為(wei)奧(ao)氏體(ti)鋼(gang),該鋼(gang)機械(xie)加(jia)工困難,大多(duo)鑄造成型,故典型牌號為(wei)ZGMn13。該種鋼(gang)在較強烈的沖擊摩擦條件下(xia)具有高(gao)耐磨(mo)性和抗沖擊能力,且不會發生冷脆。高(gao)錳(meng)耐磨(mo)鋼(gang)主要作(zuo)鐵路道叉(cha)、坦克、拖拉機履(lv)帶、碎(sui)石機顎(e)板、挖掘機鏟斗(dou)斗(dou)齒以及防彈鋼(gang)板、保險箱鋼(gang)板等。