盡管鋼鐵材料(liao)防銹的(de)(de)方法(fa)很多,但對要求材料(liao)整體都有防銹性(xing)的(de)(de)某些(xie)機械零件、化工容器、生活用品及其他特殊用品(如醫(yi)療(liao)用的(de)(de)針、手術刀具(ju)、鉗和假牙等)來說,添(tian)加合(he)金元素提高(gao)鋼鐵耐蝕性(xing)能的(de)(de)方法(fa)無疑(yi)是最吸(xi)引人(ren)的(de)(de)。
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。
從開始研(yan)究(jiu)不(bu)銹(xiu)(xiu)鋼到初步研(yan)制成功經歷了(le)整整一個世紀。不(bu)銹(xiu)(xiu)鋼的研(yan)究(jiu)和開發,大致可分為三(san)個階段。從1797年到1878年這80多年時間,是不(bu)銹(xiu)(xiu)鋼探索的第一階段。
最初(chu)研究(jiu)者已經(jing)發現(xian),在某些條件下(xia)鉻能(neng)(neng)提高(gao)鋼(gang)(gang)的(de)耐蝕性能(neng)(neng),并對此(ci)進行了研究(jiu)。但(dan)是由于各種條件的(de)局限,許多人錯誤(wu)地(di)認為鉻鋼(gang)(gang)的(de)耐腐蝕性差,其中(zhong)就(jiu)包括當時(shi)著名的(de)學(xue)者。因此(ci),當時(shi)對鐵鉻合金(jin)的(de)研究(jiu)目標從耐腐蝕性轉(zhuan)為提高(gao)機械性能(neng)(neng),發展了一系列的(de)低鉻結構鋼(gang)(gang)、工具鋼(gang)(gang)。
1798年,研(yan)究(jiu)者(zhe)(zhe)開始了(le)(le)從礦石還(huan)原(yuan)鉻的研(yan)究(jiu),并得(de)到(dao)一些(xie)結果。1820年,研(yan)究(jiu)者(zhe)(zhe)在(zai)還(huan)原(yuan)鉻礦石時(shi)成(cheng)功(gong)地(di)加(jia)入(ru)鐵(tie),制(zhi)(zhi)造出(chu)了(le)(le)鐵(tie)鉻合(he)金。1821年,世界上最早的鉻鐵(tie)出(chu)現了(le)(le),這(zhe)是研(yan)究(jiu)者(zhe)(zhe)用一種(zhong)復雜的氧(yang)化(hua)物還(huan)原(yuan)得(de)到(dao)的。這(zhe)種(zhong)鉻鐵(tie)中(zhong)僅含(han)有17~60%的鉻而含(han)有非常高的碳(tan),很(hen)接近(jin)于(yu)現代特殊鋼精煉(lian)時(shi)所用的原(yuan)料。為了(le)(le)考核其耐蝕性(xing),研(yan)究(jiu)者(zhe)(zhe)用這(zhe)種(zhong)鉻鐵(tie)制(zhi)(zhi)造成(cheng)刀具,結果卻很(hen)不理(li)想。盡管刀具非常硬,可(ke)是卻特別易生(sheng)銹。顯(xian)然(ran),這(zhe)是由于(yu)合(he)金中(zhong)含(han)鉻太低而含(han)碳(tan)過高。
1822年,鉻鐵耐腐(fu)蝕性的第二次研究開(kai)始了(le)。研究者們把含(han)1%~3%鉻、1%~5%碳的鋼作(zuo)為(wei)試樣材料,放在稀硫酸中,試驗了(le)鉻含(han)量、酸濃度等(deng)對腐(fu)蝕性的影響,但仍未獲得結(jie)果。此(ci)后,研究者們轉向研究鉻含(han)量較高的鐵鉻合金(jin)的耐蝕性。
1838年(nian)(nian),有人提出“鉻含量增(zeng)加(jia)(jia)時溶液中鐵鉻合(he)金(jin)耐(nai)腐蝕性增(zeng)加(jia)(jia)”的(de)報告。1872年(nian)(nian),研究者提出含有30%~35%鉻的(de)鐵,耐(nai)酸和(he)耐(nai)蝕性顯著增(zeng)加(jia)(jia)的(de)論點。
但(dan)在同一(yi)時期也有人(ren)得出不同甚至錯(cuo)誤的研究(jiu)結果(guo)。1883年,有人(ren)從海水腐(fu)(fu)(fu)蝕試驗得出高鉻(ge)(ge)鐵抗(kang)蝕性(xing)差的錯(cuo)誤結論。特別應(ying)該(gai)一(yi)提的是(shi),1872年,英(ying)國人(ren)哈(ha)德(de)菲爾德(de)的研究(jiu)曾(ceng)幾乎(hu)使鐵鉻(ge)(ge)合(he)金耐腐(fu)(fu)(fu)蝕性(xing)的研究(jiu)工(gong)作完(wan)全(quan)中斷。這位發明高錳耐磨鋼(gang)和變壓(ya)器硅鋼(gang)的著名冶金學家,用含(han)鉻(ge)(ge)17%、含(han)碳1%~2%的鐵鉻(ge)(ge)合(he)金進(jin)行耐腐(fu)(fu)(fu)蝕性(xing)試驗,他誤認為(wei)硫(liu)酸是(shi)最典型的腐(fu)(fu)(fu)蝕劑(ji),故以50%的硫(liu)酸作為(wei)腐(fu)(fu)(fu)蝕液,結果(guo)得出了鉻(ge)(ge)是(shi)鋼(gang)抗(kang)酸性(xing)惡化的錯(cuo)誤結論。
當(dang)時不(bu)能(neng)在不(bu)銹鋼(gang)研制方面取(qu)得突破(po)的(de)(de)(de)原因主要是: 1.當(dang)時所(suo)用的(de)(de)(de)鐵(tie)鉻(ge)合(he)(he)金含碳過高,影響了鉻(ge)發揮提高抗腐蝕性(xing)能(neng)的(de)(de)(de)有利作(zuo)用;2.大部分研究(jiu)者(zhe)所(suo)選(xuan)的(de)(de)(de)鉻(ge)含量(liang)低,低的(de)(de)(de)鉻(ge)含量(liang)只能(neng)改善熱處(chu)理性(xing)能(neng),而(er)不(bu)能(neng)提高抗蝕性(xing);3.當(dang)時金屬腐蝕性(xing)方面的(de)(de)(de)理論研究(jiu)遠未成熟,這導致對腐蝕及抗蝕性(xing)的(de)(de)(de)看法絕(jue)對化,不(bu)少研究(jiu)者(zhe)試(shi)圖(tu)研制一種(zhong)能(neng)耐各種(zhong)酸、堿、鹽(yan)腐蝕的(de)(de)(de)類似鉑和金的(de)(de)(de)耐蝕合(he)(he)金,其結果當(dang)然(ran)是失敗的(de)(de)(de)。4.理論上的(de)(de)(de)不(bu)成熟導致腐蝕試(shi)驗方法方面的(de)(de)(de)錯誤,這就掩蓋了某(mou)些真是情況。
當時由于(yu)關(guan)于(yu)鉻(ge)(ge)(ge)對鋼抗蝕性(xing)(xing)的(de)(de)(de)作用的(de)(de)(de)研究受(shou)阻(zu),故對鐵鉻(ge)(ge)(ge)合(he)金的(de)(de)(de)研究方向轉向了機械性(xing)(xing)能,特別是耐磨性(xing)(xing)能,而鐵鉻(ge)(ge)(ge)合(he)金也確(que)實在這(zhe)方面獲得了應用。1869年,建立了鉻(ge)(ge)(ge)鋼工廠(chang)(chang),這(zhe)是最(zui)早生產(chan)鉻(ge)(ge)(ge)鋼的(de)(de)(de)特殊(shu)鋼廠(chang)(chang),專門生產(chan)含0.5%鉻(ge)(ge)(ge)的(de)(de)(de)低合(he)金鋼。在19世紀后期,這(zhe)樣的(de)(de)(de)廠(chang)(chang)商還是有(you)好幾家,有(you)的(de)(de)(de)生產(chan)軍工用品,有(you)的(de)(de)(de)制造(zao)各種(zhong)堅(jian)固而美觀的(de)(de)(de)工具,鉻(ge)(ge)(ge)含量高低不一,最(zui)多有(you)達(da)到25%的(de)(de)(de)。
高錳(meng)(meng)耐磨鋼(gang)含碳1.0~1.3%,錳(meng)(meng)11~14%,為(wei)奧氏體鋼(gang),該鋼(gang)機械(xie)加工困難(nan),大多鑄造成(cheng)型,故典(dian)型牌號為(wei)ZGMn13。該種鋼(gang)在較強烈(lie)的沖擊摩擦條(tiao)件(jian)下具有高耐磨性和抗沖擊能力(li),且不會(hui)發生冷脆。高錳(meng)(meng)耐磨鋼(gang)主要作鐵路道叉、坦克、拖拉機履帶、碎石機顎板(ban)、挖掘機鏟斗斗齒以及防(fang)彈鋼(gang)板(ban)、保險(xian)箱鋼(gang)板(ban)等。