盡(jin)管鋼鐵材(cai)料防(fang)銹的(de)(de)(de)方(fang)法很多(duo),但對(dui)要求材(cai)料整(zheng)體都有(you)防(fang)銹性(xing)(xing)的(de)(de)(de)某(mou)些機械零件、化工(gong)容器、生活用品及其他特殊用品(如醫療(liao)用的(de)(de)(de)針、手(shou)術刀具、鉗(qian)和(he)假牙(ya)等)來說,添(tian)加合金(jin)元素提(ti)高鋼鐵耐蝕性(xing)(xing)能的(de)(de)(de)方(fang)法無疑是最吸(xi)引人的(de)(de)(de)。


不銹鋼手術刀.jpg


 不(bu)銹鋼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)究不銹(xiu)(xiu)鋼(gang)到初步(bu)研(yan)制成功經(jing)歷了整整一(yi)(yi)個(ge)世(shi)紀。不銹(xiu)(xiu)鋼(gang)的(de)(de)研(yan)究和開發,大致可分為三(san)個(ge)階(jie)段(duan)。從1797年到1878年這80多年時間,是(shi)不銹(xiu)(xiu)鋼(gang)探索的(de)(de)第一(yi)(yi)階(jie)段(duan)。


 最(zui)初研究者(zhe)已經發現,在某(mou)些條(tiao)件(jian)下(xia)鉻能(neng)提高鋼(gang)(gang)的(de)(de)(de)耐(nai)蝕(shi)性能(neng),并對(dui)此進行了研究。但(dan)是由(you)于各種條(tiao)件(jian)的(de)(de)(de)局(ju)限,許多人錯誤地認為(wei)鉻鋼(gang)(gang)的(de)(de)(de)耐(nai)腐蝕(shi)性差,其中就包(bao)括當時著名(ming)的(de)(de)(de)學者(zhe)。因此,當時對(dui)鐵鉻合金的(de)(de)(de)研究目標(biao)從耐(nai)腐蝕(shi)性轉為(wei)提高機械性能(neng),發展了一系列的(de)(de)(de)低鉻結構鋼(gang)(gang)、工具鋼(gang)(gang)。


 1798年(nian)(nian),研(yan)究(jiu)(jiu)者開始了(le)從礦(kuang)石(shi)還原(yuan)鉻(ge)(ge)的研(yan)究(jiu)(jiu),并得到一(yi)些結(jie)果。1820年(nian)(nian),研(yan)究(jiu)(jiu)者在還原(yuan)鉻(ge)(ge)礦(kuang)石(shi)時(shi)成(cheng)(cheng)功地加(jia)入鐵(tie),制造出了(le)鐵(tie)鉻(ge)(ge)合金(jin)。1821年(nian)(nian),世界上最早的鉻(ge)(ge)鐵(tie)出現(xian)了(le),這是研(yan)究(jiu)(jiu)者用(yong)一(yi)種(zhong)復雜(za)的氧化物還原(yuan)得到的。這種(zhong)鉻(ge)(ge)鐵(tie)中(zhong)僅含有(you)17~60%的鉻(ge)(ge)而含有(you)非(fei)(fei)常高的碳(tan)(tan),很(hen)(hen)接近(jin)于(yu)現(xian)代特殊鋼(gang)精煉時(shi)所(suo)用(yong)的原(yuan)料。為(wei)了(le)考核其耐蝕性,研(yan)究(jiu)(jiu)者用(yong)這種(zhong)鉻(ge)(ge)鐵(tie)制造成(cheng)(cheng)刀(dao)具(ju),結(jie)果卻很(hen)(hen)不理想(xiang)。盡管(guan)刀(dao)具(ju)非(fei)(fei)常硬(ying),可是卻特別易生銹(xiu)。顯然,這是由(you)于(yu)合金(jin)中(zhong)含鉻(ge)(ge)太低(di)而含碳(tan)(tan)過高。


鉻鐵礦.jpg


 1822年(nian),鉻(ge)鐵耐(nai)(nai)腐(fu)蝕(shi)性(xing)的第二次研究(jiu)(jiu)(jiu)開始了。研究(jiu)(jiu)(jiu)者們把含(han)1%~3%鉻(ge)、1%~5%碳的鋼作為試(shi)(shi)樣材料,放在(zai)稀硫(liu)酸中,試(shi)(shi)驗了鉻(ge)含(han)量、酸濃度(du)等對(dui)腐(fu)蝕(shi)性(xing)的影響(xiang),但仍未獲得結果。此后,研究(jiu)(jiu)(jiu)者們轉(zhuan)向研究(jiu)(jiu)(jiu)鉻(ge)含(han)量較(jiao)高的鐵鉻(ge)合金的耐(nai)(nai)蝕(shi)性(xing)。


 1838年,有人提出“鉻含量增(zeng)(zeng)加(jia)時溶液中鐵鉻合金耐腐(fu)蝕性增(zeng)(zeng)加(jia)”的(de)報告(gao)。1872年,研究者提出含有30%~35%鉻的(de)鐵,耐酸和耐蝕性顯著增(zeng)(zeng)加(jia)的(de)論(lun)點。


 但在(zai)同一時期也有人得出(chu)不同甚至錯(cuo)誤(wu)(wu)的研(yan)究結(jie)果(guo)。1883年(nian),有人從海水腐(fu)蝕(shi)(shi)(shi)試(shi)驗得出(chu)高(gao)鉻鐵抗(kang)蝕(shi)(shi)(shi)性(xing)差的錯(cuo)誤(wu)(wu)結(jie)論。特(te)別應該一提的是(shi),1872年(nian),英國(guo)人哈德菲爾德的研(yan)究曾幾乎使鐵鉻合金(jin)耐(nai)(nai)腐(fu)蝕(shi)(shi)(shi)性(xing)的研(yan)究工作(zuo)(zuo)完(wan)全中斷。這位發明高(gao)錳(meng)耐(nai)(nai)磨鋼(gang)(gang)和變壓(ya)器硅鋼(gang)(gang)的著名(ming)冶金(jin)學家,用含(han)鉻17%、含(han)碳(tan)1%~2%的鐵鉻合金(jin)進行耐(nai)(nai)腐(fu)蝕(shi)(shi)(shi)性(xing)試(shi)驗,他誤(wu)(wu)認為(wei)(wei)硫酸(suan)是(shi)最典型的腐(fu)蝕(shi)(shi)(shi)劑,故以50%的硫酸(suan)作(zuo)(zuo)為(wei)(wei)腐(fu)蝕(shi)(shi)(shi)液,結(jie)果(guo)得出(chu)了(le)鉻是(shi)鋼(gang)(gang)抗(kang)酸(suan)性(xing)惡化(hua)的錯(cuo)誤(wu)(wu)結(jie)論。


 當時不能(neng)在不銹鋼(gang)研(yan)制方(fang)面(mian)(mian)取得突(tu)破的(de)(de)原因主要是(shi): 1.當時所(suo)用的(de)(de)鐵(tie)鉻(ge)合金(jin)含(han)碳過高(gao),影響了(le)鉻(ge)發(fa)揮提高(gao)抗(kang)腐(fu)蝕性能(neng)的(de)(de)有利作用;2.大部(bu)分研(yan)究者(zhe)所(suo)選的(de)(de)鉻(ge)含(han)量低,低的(de)(de)鉻(ge)含(han)量只能(neng)改善熱處(chu)理性能(neng),而不能(neng)提高(gao)抗(kang)蝕性;3.當時金(jin)屬腐(fu)蝕性方(fang)面(mian)(mian)的(de)(de)理論研(yan)究遠未成(cheng)熟,這(zhe)導致(zhi)對腐(fu)蝕及抗(kang)蝕性的(de)(de)看法絕對化,不少(shao)研(yan)究者(zhe)試圖研(yan)制一種能(neng)耐各(ge)種酸、堿、鹽腐(fu)蝕的(de)(de)類似(si)鉑和(he)金(jin)的(de)(de)耐蝕合金(jin),其結果(guo)當然是(shi)失敗的(de)(de)。4.理論上(shang)的(de)(de)不成(cheng)熟導致(zhi)腐(fu)蝕試驗方(fang)法方(fang)面(mian)(mian)的(de)(de)錯誤(wu),這(zhe)就掩蓋(gai)了(le)某些(xie)真是(shi)情(qing)況。


 當時(shi)由于關(guan)于鉻對鋼抗蝕性(xing)的(de)(de)(de)作用的(de)(de)(de)研究(jiu)受阻,故對鐵鉻合金的(de)(de)(de)研究(jiu)方(fang)向轉向了機械性(xing)能,特(te)別是(shi)耐磨性(xing)能,而(er)鐵鉻合金也確實在這方(fang)面獲得(de)了應用。1869年,建立了鉻鋼工(gong)廠(chang)(chang),這是(shi)最早生(sheng)(sheng)產(chan)鉻鋼的(de)(de)(de)特(te)殊鋼廠(chang)(chang),專門生(sheng)(sheng)產(chan)含0.5%鉻的(de)(de)(de)低合金鋼。在19世紀(ji)后(hou)期(qi),這樣的(de)(de)(de)廠(chang)(chang)商還是(shi)有(you)好幾家,有(you)的(de)(de)(de)生(sheng)(sheng)產(chan)軍工(gong)用品,有(you)的(de)(de)(de)制造各種堅(jian)固而(er)美觀的(de)(de)(de)工(gong)具,鉻含量(liang)高低不一,最多有(you)達到25%的(de)(de)(de)。


高錳耐磨鋼.jpg


 高(gao)(gao)錳(meng)耐磨(mo)鋼含碳1.0~1.3%,錳(meng)11~14%,為奧(ao)氏(shi)體鋼,該鋼機械(xie)加工(gong)困難(nan),大多鑄造成型,故(gu)典型牌號(hao)為ZGMn13。該種鋼在較強烈的沖(chong)擊摩擦條件下具有(you)高(gao)(gao)耐磨(mo)性和抗沖(chong)擊能(neng)力(li),且不會發生冷脆。高(gao)(gao)錳(meng)耐磨(mo)鋼主要作(zuo)鐵路道叉、坦克(ke)、拖拉(la)機履帶、碎(sui)石機顎板、挖(wa)掘機鏟(chan)斗(dou)斗(dou)齒以(yi)及(ji)防彈鋼板、保險箱鋼板等。