盡(jin)管鋼鐵材料(liao)防銹的(de)(de)方法很多(duo),但對(dui)要求材料(liao)整體都有防銹性(xing)(xing)的(de)(de)某些機械零件、化工容器、生活用品及其他特殊用品(如(ru)醫療用的(de)(de)針(zhen)、手術刀具、鉗和假牙等)來說(shuo),添加合金元素提高鋼鐵耐蝕性(xing)(xing)能的(de)(de)方法無疑是最吸引人(ren)的(de)(de)。


不銹鋼手術刀.jpg


 不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。


 從開始研究不銹(xiu)鋼到初步研制成功經歷(li)了(le)整整一(yi)個世(shi)紀。不銹(xiu)鋼的研究和開發(fa),大致可分為三(san)個階段。從1797年到1878年這80多年時間,是不銹(xiu)鋼探(tan)索的第一(yi)階段。


 最初研究者已經發(fa)現,在某些條(tiao)件(jian)下鉻能提高鋼(gang)的(de)耐(nai)蝕(shi)性(xing)能,并對此進(jin)行了(le)研究。但是(shi)由(you)于各種條(tiao)件(jian)的(de)局限,許(xu)多人錯(cuo)誤地認(ren)為(wei)鉻鋼(gang)的(de)耐(nai)腐蝕(shi)性(xing)差(cha),其中就(jiu)包括當時著名(ming)的(de)學者。因此,當時對鐵鉻合金的(de)研究目標從耐(nai)腐蝕(shi)性(xing)轉為(wei)提高機械性(xing)能,發(fa)展(zhan)了(le)一系(xi)列的(de)低鉻結構鋼(gang)、工具鋼(gang)。


 1798年,研(yan)(yan)究(jiu)者開始了從礦(kuang)石還(huan)原鉻的(de)(de)(de)(de)(de)研(yan)(yan)究(jiu),并得(de)到一(yi)些結果。1820年,研(yan)(yan)究(jiu)者在還(huan)原鉻礦(kuang)石時成(cheng)功地加入鐵(tie)(tie),制造(zao)出了鐵(tie)(tie)鉻合(he)金(jin)。1821年,世(shi)界上最(zui)早的(de)(de)(de)(de)(de)鉻鐵(tie)(tie)出現了,這是(shi)研(yan)(yan)究(jiu)者用(yong)一(yi)種(zhong)復(fu)雜(za)的(de)(de)(de)(de)(de)氧化物還(huan)原得(de)到的(de)(de)(de)(de)(de)。這種(zhong)鉻鐵(tie)(tie)中(zhong)僅含(han)有17~60%的(de)(de)(de)(de)(de)鉻而含(han)有非(fei)(fei)常高的(de)(de)(de)(de)(de)碳,很接近(jin)于(yu)(yu)現代(dai)特殊(shu)鋼精(jing)煉時所用(yong)的(de)(de)(de)(de)(de)原料。為了考核其耐蝕(shi)性,研(yan)(yan)究(jiu)者用(yong)這種(zhong)鉻鐵(tie)(tie)制造(zao)成(cheng)刀(dao)具,結果卻很不(bu)理想。盡管刀(dao)具非(fei)(fei)常硬(ying),可是(shi)卻特別易(yi)生銹。顯然,這是(shi)由(you)于(yu)(yu)合(he)金(jin)中(zhong)含(han)鉻太低而含(han)碳過高。


鉻鐵礦.jpg


 1822年,鉻(ge)鐵耐腐(fu)蝕(shi)性的第二(er)次研究(jiu)開始(shi)了(le)(le)。研究(jiu)者們(men)把含1%~3%鉻(ge)、1%~5%碳的鋼作為試樣材料,放在(zai)稀硫酸中,試驗了(le)(le)鉻(ge)含量(liang)、酸濃度等對腐(fu)蝕(shi)性的影響,但仍未獲得(de)結果。此后(hou),研究(jiu)者們(men)轉向研究(jiu)鉻(ge)含量(liang)較高的鐵鉻(ge)合(he)金的耐蝕(shi)性。


 1838年,有(you)(you)人提(ti)出(chu)“鉻含(han)量增加時溶液中鐵鉻合金耐(nai)腐蝕性增加”的(de)(de)報告。1872年,研(yan)究者提(ti)出(chu)含(han)有(you)(you)30%~35%鉻的(de)(de)鐵,耐(nai)酸(suan)和耐(nai)蝕性顯著增加的(de)(de)論點。


 但在(zai)同一時期也(ye)有(you)(you)人(ren)得(de)出(chu)不同甚至錯(cuo)誤(wu)(wu)的(de)(de)(de)研(yan)究(jiu)(jiu)結果(guo)。1883年(nian)(nian),有(you)(you)人(ren)從(cong)海水腐(fu)蝕(shi)試驗得(de)出(chu)高(gao)鉻(ge)鐵抗蝕(shi)性(xing)差(cha)的(de)(de)(de)錯(cuo)誤(wu)(wu)結論。特別應該一提的(de)(de)(de)是,1872年(nian)(nian),英國人(ren)哈德(de)菲(fei)爾德(de)的(de)(de)(de)研(yan)究(jiu)(jiu)曾(ceng)幾乎使(shi)鐵鉻(ge)合(he)金(jin)耐(nai)(nai)腐(fu)蝕(shi)性(xing)的(de)(de)(de)研(yan)究(jiu)(jiu)工作(zuo)完全中斷。這位發明高(gao)錳耐(nai)(nai)磨(mo)鋼(gang)和變壓器硅鋼(gang)的(de)(de)(de)著名冶金(jin)學家,用(yong)含鉻(ge)17%、含碳(tan)1%~2%的(de)(de)(de)鐵鉻(ge)合(he)金(jin)進行耐(nai)(nai)腐(fu)蝕(shi)性(xing)試驗,他誤(wu)(wu)認為硫酸是最典型的(de)(de)(de)腐(fu)蝕(shi)劑,故以50%的(de)(de)(de)硫酸作(zuo)為腐(fu)蝕(shi)液,結果(guo)得(de)出(chu)了鉻(ge)是鋼(gang)抗酸性(xing)惡化的(de)(de)(de)錯(cuo)誤(wu)(wu)結論。


 當(dang)(dang)時不能(neng)(neng)在不銹鋼研制方(fang)(fang)面(mian)(mian)取得(de)突(tu)破的(de)(de)(de)(de)原因主要是(shi): 1.當(dang)(dang)時所用(yong)的(de)(de)(de)(de)鐵鉻(ge)合(he)金含(han)碳(tan)過高,影響(xiang)了(le)(le)鉻(ge)發揮提高抗(kang)腐蝕(shi)性(xing)能(neng)(neng)的(de)(de)(de)(de)有利作用(yong);2.大部(bu)分研究者(zhe)(zhe)所選的(de)(de)(de)(de)鉻(ge)含(han)量(liang)低,低的(de)(de)(de)(de)鉻(ge)含(han)量(liang)只(zhi)能(neng)(neng)改善(shan)熱處理性(xing)能(neng)(neng),而不能(neng)(neng)提高抗(kang)蝕(shi)性(xing);3.當(dang)(dang)時金屬(shu)腐蝕(shi)性(xing)方(fang)(fang)面(mian)(mian)的(de)(de)(de)(de)理論研究遠(yuan)未(wei)成熟,這導致對腐蝕(shi)及抗(kang)蝕(shi)性(xing)的(de)(de)(de)(de)看法絕(jue)對化(hua),不少研究者(zhe)(zhe)試圖研制一種能(neng)(neng)耐各(ge)種酸(suan)、堿、鹽腐蝕(shi)的(de)(de)(de)(de)類似鉑和金的(de)(de)(de)(de)耐蝕(shi)合(he)金,其結果當(dang)(dang)然是(shi)失敗的(de)(de)(de)(de)。4.理論上的(de)(de)(de)(de)不成熟導致腐蝕(shi)試驗方(fang)(fang)法方(fang)(fang)面(mian)(mian)的(de)(de)(de)(de)錯誤,這就掩蓋了(le)(le)某些(xie)真是(shi)情況。


 當時由(you)于關于鉻(ge)(ge)對鋼抗(kang)蝕(shi)性的(de)(de)(de)(de)作用(yong)的(de)(de)(de)(de)研究(jiu)受阻,故對鐵鉻(ge)(ge)合(he)金(jin)的(de)(de)(de)(de)研究(jiu)方向(xiang)轉向(xiang)了(le)(le)機械性能(neng),特別(bie)是耐磨性能(neng),而(er)鐵鉻(ge)(ge)合(he)金(jin)也確實(shi)在這方面獲得(de)了(le)(le)應用(yong)。1869年,建立了(le)(le)鉻(ge)(ge)鋼工廠(chang)(chang),這是最(zui)早生產(chan)鉻(ge)(ge)鋼的(de)(de)(de)(de)特殊鋼廠(chang)(chang),專門生產(chan)含0.5%鉻(ge)(ge)的(de)(de)(de)(de)低(di)合(he)金(jin)鋼。在19世紀(ji)后期,這樣的(de)(de)(de)(de)廠(chang)(chang)商還是有好幾家,有的(de)(de)(de)(de)生產(chan)軍(jun)工用(yong)品,有的(de)(de)(de)(de)制造各種堅(jian)固(gu)而(er)美(mei)觀(guan)的(de)(de)(de)(de)工具,鉻(ge)(ge)含量(liang)高低(di)不一,最(zui)多有達到(dao)25%的(de)(de)(de)(de)。


高錳耐磨鋼.jpg


 高(gao)(gao)錳(meng)耐(nai)磨鋼(gang)含碳1.0~1.3%,錳(meng)11~14%,為(wei)奧(ao)氏(shi)體鋼(gang),該(gai)鋼(gang)機械加工(gong)困難,大多(duo)鑄(zhu)造成型(xing)(xing),故(gu)典(dian)型(xing)(xing)牌號為(wei)ZGMn13。該(gai)種鋼(gang)在較強烈(lie)的沖擊摩擦(ca)條件(jian)下具有高(gao)(gao)耐(nai)磨性和抗(kang)沖擊能力(li),且不會(hui)發(fa)生(sheng)冷(leng)脆。高(gao)(gao)錳(meng)耐(nai)磨鋼(gang)主要(yao)作鐵路道叉、坦克(ke)、拖拉機履(lv)帶、碎(sui)石機顎(e)板(ban)(ban)、挖掘(jue)機鏟斗斗齒(chi)以及防彈(dan)鋼(gang)板(ban)(ban)、保險箱鋼(gang)板(ban)(ban)等。