盡(jin)管(guan)鋼鐵材料防銹的(de)方法很多,但對要(yao)求材料整體都有防銹性的(de)某些(xie)機(ji)械零件(jian)、化工容器、生活用品及其他特殊(shu)用品(如醫療用的(de)針(zhen)、手術(shu)刀具、鉗和假(jia)牙等)來說,添(tian)加合金元素提高鋼鐵耐蝕性能的(de)方法無疑是最(zui)吸引(yin)人的(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(kai)始研(yan)究不銹(xiu)鋼到初步(bu)研(yan)制成功經歷(li)了(le)整(zheng)整(zheng)一個世紀。不銹(xiu)鋼的(de)研(yan)究和開(kai)發,大致(zhi)可分為三個階段。從1797年到1878年這80多年時間,是不銹(xiu)鋼探索的(de)第一階段。


 最初研(yan)究者已經發(fa)(fa)現,在某些條(tiao)(tiao)件下鉻(ge)能提(ti)高鋼(gang)的耐蝕(shi)(shi)性(xing)能,并(bing)對此進(jin)行了(le)研(yan)究。但是(shi)由于各種(zhong)條(tiao)(tiao)件的局限,許多人錯誤地認(ren)為(wei)鉻(ge)鋼(gang)的耐腐蝕(shi)(shi)性(xing)差,其中就包括當時(shi)著名的學(xue)者。因此,當時(shi)對鐵鉻(ge)合金的研(yan)究目(mu)標(biao)從耐腐蝕(shi)(shi)性(xing)轉為(wei)提(ti)高機械性(xing)能,發(fa)(fa)展了(le)一(yi)系列的低鉻(ge)結構鋼(gang)、工(gong)具鋼(gang)。


 1798年(nian),研(yan)究(jiu)者開始了從礦石還原(yuan)鉻(ge)(ge)的(de)(de)研(yan)究(jiu),并(bing)得(de)到一(yi)些結果。1820年(nian),研(yan)究(jiu)者在還原(yuan)鉻(ge)(ge)礦石時(shi)成功地加入鐵(tie)(tie),制(zhi)造出了鐵(tie)(tie)鉻(ge)(ge)合(he)金。1821年(nian),世界上(shang)最早(zao)的(de)(de)鉻(ge)(ge)鐵(tie)(tie)出現了,這(zhe)是(shi)研(yan)究(jiu)者用(yong)一(yi)種復雜(za)的(de)(de)氧化物(wu)還原(yuan)得(de)到的(de)(de)。這(zhe)種鉻(ge)(ge)鐵(tie)(tie)中僅含有17~60%的(de)(de)鉻(ge)(ge)而含有非常(chang)高(gao)(gao)的(de)(de)碳,很接近于(yu)現代(dai)特殊鋼精煉時(shi)所用(yong)的(de)(de)原(yuan)料。為了考核其耐(nai)蝕性,研(yan)究(jiu)者用(yong)這(zhe)種鉻(ge)(ge)鐵(tie)(tie)制(zhi)造成刀具,結果卻很不理(li)想。盡(jin)管刀具非常(chang)硬,可是(shi)卻特別易生銹。顯(xian)然,這(zhe)是(shi)由于(yu)合(he)金中含鉻(ge)(ge)太低而含碳過高(gao)(gao)。


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 1822年,鉻(ge)(ge)鐵耐腐(fu)蝕性的(de)第二次研(yan)究(jiu)(jiu)開始了。研(yan)究(jiu)(jiu)者(zhe)們(men)把含(han)1%~3%鉻(ge)(ge)、1%~5%碳(tan)的(de)鋼作為(wei)試樣材料,放在稀(xi)硫酸(suan)中,試驗了鉻(ge)(ge)含(han)量(liang)、酸(suan)濃度(du)等對(dui)腐(fu)蝕性的(de)影(ying)響(xiang),但仍未獲得(de)結果。此后(hou),研(yan)究(jiu)(jiu)者(zhe)們(men)轉向研(yan)究(jiu)(jiu)鉻(ge)(ge)含(han)量(liang)較高的(de)鐵鉻(ge)(ge)合金的(de)耐蝕性。


 1838年,有人(ren)提(ti)出(chu)“鉻(ge)含(han)(han)量(liang)增加時溶液中鐵鉻(ge)合金耐腐(fu)蝕(shi)性增加”的(de)報告。1872年,研究(jiu)者提(ti)出(chu)含(han)(han)有30%~35%鉻(ge)的(de)鐵,耐酸(suan)和耐蝕(shi)性顯著增加的(de)論點。


 但在同一時期也有人得出不同甚至錯(cuo)誤(wu)的(de)(de)(de)研究(jiu)結(jie)(jie)果。1883年(nian),有人從海水腐(fu)(fu)蝕(shi)(shi)試(shi)驗(yan)得出高鉻(ge)(ge)鐵抗蝕(shi)(shi)性(xing)(xing)差的(de)(de)(de)錯(cuo)誤(wu)結(jie)(jie)論(lun)。特別應該一提的(de)(de)(de)是,1872年(nian),英(ying)國人哈德(de)菲爾德(de)的(de)(de)(de)研究(jiu)曾幾乎使鐵鉻(ge)(ge)合金耐(nai)腐(fu)(fu)蝕(shi)(shi)性(xing)(xing)的(de)(de)(de)研究(jiu)工作(zuo)完全中(zhong)斷。這(zhe)位發明高錳耐(nai)磨鋼和變(bian)壓器硅鋼的(de)(de)(de)著名冶金學家,用含鉻(ge)(ge)17%、含碳(tan)1%~2%的(de)(de)(de)鐵鉻(ge)(ge)合金進行耐(nai)腐(fu)(fu)蝕(shi)(shi)性(xing)(xing)試(shi)驗(yan),他誤(wu)認為硫酸是最典型(xing)的(de)(de)(de)腐(fu)(fu)蝕(shi)(shi)劑,故(gu)以50%的(de)(de)(de)硫酸作(zuo)為腐(fu)(fu)蝕(shi)(shi)液,結(jie)(jie)果得出了鉻(ge)(ge)是鋼抗酸性(xing)(xing)惡化的(de)(de)(de)錯(cuo)誤(wu)結(jie)(jie)論(lun)。


 當(dang)(dang)時(shi)不能(neng)在(zai)不銹(xiu)鋼研(yan)(yan)制方面取得突破的(de)(de)原(yuan)因主(zhu)要是(shi): 1.當(dang)(dang)時(shi)所用的(de)(de)鐵鉻(ge)(ge)合(he)金(jin)(jin)含碳過高,影響了鉻(ge)(ge)發揮提高抗(kang)腐(fu)蝕(shi)性能(neng)的(de)(de)有利作用;2.大部分研(yan)(yan)究(jiu)者所選的(de)(de)鉻(ge)(ge)含量低,低的(de)(de)鉻(ge)(ge)含量只能(neng)改善熱處理性能(neng),而(er)不能(neng)提高抗(kang)蝕(shi)性;3.當(dang)(dang)時(shi)金(jin)(jin)屬腐(fu)蝕(shi)性方面的(de)(de)理論研(yan)(yan)究(jiu)遠未成(cheng)熟(shu)(shu),這導致對腐(fu)蝕(shi)及抗(kang)蝕(shi)性的(de)(de)看法絕(jue)對化,不少研(yan)(yan)究(jiu)者試圖研(yan)(yan)制一(yi)種(zhong)能(neng)耐(nai)各種(zhong)酸、堿、鹽腐(fu)蝕(shi)的(de)(de)類似鉑和(he)金(jin)(jin)的(de)(de)耐(nai)蝕(shi)合(he)金(jin)(jin),其結果當(dang)(dang)然是(shi)失(shi)敗的(de)(de)。4.理論上的(de)(de)不成(cheng)熟(shu)(shu)導致腐(fu)蝕(shi)試驗方法方面的(de)(de)錯誤,這就掩蓋了某些真(zhen)是(shi)情況。


 當時由于關于鉻對(dui)(dui)鋼(gang)抗(kang)蝕性的(de)(de)作用的(de)(de)研究(jiu)受阻,故對(dui)(dui)鐵鉻合金(jin)的(de)(de)研究(jiu)方(fang)向轉向了(le)機械性能,特別是耐磨性能,而(er)鐵鉻合金(jin)也(ye)確實(shi)在(zai)這(zhe)方(fang)面獲得了(le)應用。1869年,建立(li)了(le)鉻鋼(gang)工(gong)廠,這(zhe)是最早(zao)生(sheng)產(chan)(chan)鉻鋼(gang)的(de)(de)特殊鋼(gang)廠,專(zhuan)門生(sheng)產(chan)(chan)含0.5%鉻的(de)(de)低合金(jin)鋼(gang)。在(zai)19世紀后期,這(zhe)樣的(de)(de)廠商還是有(you)好(hao)幾家,有(you)的(de)(de)生(sheng)產(chan)(chan)軍工(gong)用品,有(you)的(de)(de)制造各種(zhong)堅(jian)固而(er)美觀的(de)(de)工(gong)具,鉻含量高(gao)低不一,最多有(you)達(da)到25%的(de)(de)。


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 高(gao)錳(meng)耐(nai)磨(mo)鋼(gang)(gang)含碳1.0~1.3%,錳(meng)11~14%,為(wei)奧氏(shi)體鋼(gang)(gang),該(gai)鋼(gang)(gang)機械加工困難(nan),大多鑄造(zao)成型(xing),故典型(xing)牌號(hao)為(wei)ZGMn13。該(gai)種(zhong)鋼(gang)(gang)在(zai)較強(qiang)烈的(de)沖(chong)擊摩擦條(tiao)件下具有高(gao)耐(nai)磨(mo)性(xing)和抗沖(chong)擊能力,且不會發生冷脆。高(gao)錳(meng)耐(nai)磨(mo)鋼(gang)(gang)主(zhu)要作鐵路道(dao)叉、坦(tan)克、拖拉(la)機履帶、碎石機顎板(ban)、挖掘(jue)機鏟斗斗齒以及防彈鋼(gang)(gang)板(ban)、保險箱鋼(gang)(gang)板(ban)等。