盡管鋼(gang)鐵材(cai)(cai)料防銹的(de)(de)(de)方法(fa)很(hen)多,但對要求材(cai)(cai)料整體都有防銹性(xing)(xing)的(de)(de)(de)某些機械(xie)零件、化工容(rong)器、生活用(yong)(yong)品(pin)及其(qi)他特殊用(yong)(yong)品(pin)(如醫(yi)療用(yong)(yong)的(de)(de)(de)針、手術刀(dao)具、鉗和假牙等)來說,添加合金元素提高鋼(gang)鐵耐蝕性(xing)(xing)能的(de)(de)(de)方法(fa)無疑是(shi)最(zui)吸引人(ren)的(de)(de)(de)。
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(cong)開始(shi)研究不(bu)銹(xiu)鋼到初步(bu)研制(zhi)成功(gong)經歷了整整一(yi)個世(shi)紀。不(bu)銹(xiu)鋼的研究和開發,大致可(ke)分為三(san)個階段。從(cong)1797年到1878年這(zhe)80多年時間(jian),是不(bu)銹(xiu)鋼探索的第一(yi)階段。
最(zui)初研究者(zhe)已經(jing)發現,在某些條件下鉻(ge)能(neng)提(ti)高鋼(gang)(gang)(gang)的(de)(de)(de)耐蝕(shi)性(xing)能(neng),并對(dui)此進行了研究。但是(shi)由于各(ge)種條件的(de)(de)(de)局限,許多人錯誤地認(ren)為(wei)鉻(ge)鋼(gang)(gang)(gang)的(de)(de)(de)耐腐蝕(shi)性(xing)差,其中就包括當時著(zhu)名的(de)(de)(de)學者(zhe)。因此,當時對(dui)鐵鉻(ge)合(he)金的(de)(de)(de)研究目標從耐腐蝕(shi)性(xing)轉(zhuan)為(wei)提(ti)高機械性(xing)能(neng),發展了一系列的(de)(de)(de)低鉻(ge)結(jie)構鋼(gang)(gang)(gang)、工具(ju)鋼(gang)(gang)(gang)。
1798年(nian)(nian)(nian),研(yan)(yan)究者(zhe)開始了從礦石(shi)(shi)還(huan)原鉻(ge)(ge)的(de)研(yan)(yan)究,并(bing)得到一(yi)些結果。1820年(nian)(nian)(nian),研(yan)(yan)究者(zhe)在還(huan)原鉻(ge)(ge)礦石(shi)(shi)時成(cheng)功地加(jia)入鐵(tie),制造出(chu)了鐵(tie)鉻(ge)(ge)合金。1821年(nian)(nian)(nian),世界上(shang)最早(zao)的(de)鉻(ge)(ge)鐵(tie)出(chu)現(xian)了,這(zhe)(zhe)是研(yan)(yan)究者(zhe)用一(yi)種(zhong)復雜(za)的(de)氧化物還(huan)原得到的(de)。這(zhe)(zhe)種(zhong)鉻(ge)(ge)鐵(tie)中僅(jin)含有17~60%的(de)鉻(ge)(ge)而含有非常高(gao)的(de)碳,很(hen)接近于(yu)現(xian)代特(te)殊(shu)鋼精煉(lian)時所(suo)用的(de)原料。為了考核其(qi)耐(nai)蝕性,研(yan)(yan)究者(zhe)用這(zhe)(zhe)種(zhong)鉻(ge)(ge)鐵(tie)制造成(cheng)刀具,結果卻很(hen)不(bu)理想。盡(jin)管(guan)刀具非常硬(ying),可是卻特(te)別易生銹。顯(xian)然,這(zhe)(zhe)是由于(yu)合金中含鉻(ge)(ge)太低而含碳過(guo)高(gao)。
1822年,鉻(ge)(ge)鐵(tie)耐(nai)(nai)腐(fu)蝕性的(de)第二次研究(jiu)(jiu)開始了。研究(jiu)(jiu)者(zhe)們把含(han)(han)1%~3%鉻(ge)(ge)、1%~5%碳的(de)鋼作為試樣材料,放在稀硫酸(suan)中,試驗了鉻(ge)(ge)含(han)(han)量、酸(suan)濃度等對腐(fu)蝕性的(de)影響,但(dan)仍未獲得結果(guo)。此后,研究(jiu)(jiu)者(zhe)們轉向研究(jiu)(jiu)鉻(ge)(ge)含(han)(han)量較高的(de)鐵(tie)鉻(ge)(ge)合(he)金的(de)耐(nai)(nai)蝕性。
1838年,有(you)人提出(chu)“鉻(ge)含量增(zeng)加(jia)時溶液(ye)中(zhong)鐵鉻(ge)合金(jin)耐(nai)腐蝕性增(zeng)加(jia)”的報(bao)告。1872年,研究者(zhe)提出(chu)含有(you)30%~35%鉻(ge)的鐵,耐(nai)酸和耐(nai)蝕性顯著(zhu)增(zeng)加(jia)的論點。
但在同(tong)一(yi)時期也有人得出不同(tong)甚至錯誤的(de)研(yan)究(jiu)結果(guo)。1883年,有人從海(hai)水腐(fu)(fu)(fu)蝕試(shi)驗得出高鉻(ge)(ge)鐵(tie)抗(kang)蝕性(xing)差的(de)錯誤結論。特別應(ying)該一(yi)提的(de)是,1872年,英國人哈德菲爾(er)德的(de)研(yan)究(jiu)曾幾乎(hu)使鐵(tie)鉻(ge)(ge)合金耐(nai)腐(fu)(fu)(fu)蝕性(xing)的(de)研(yan)究(jiu)工作(zuo)完全中斷。這位發明高錳耐(nai)磨鋼(gang)和變壓(ya)器硅鋼(gang)的(de)著名冶金學家,用含(han)(han)鉻(ge)(ge)17%、含(han)(han)碳1%~2%的(de)鐵(tie)鉻(ge)(ge)合金進行耐(nai)腐(fu)(fu)(fu)蝕性(xing)試(shi)驗,他誤認為硫酸(suan)是最典型(xing)的(de)腐(fu)(fu)(fu)蝕劑,故以50%的(de)硫酸(suan)作(zuo)為腐(fu)(fu)(fu)蝕液,結果(guo)得出了鉻(ge)(ge)是鋼(gang)抗(kang)酸(suan)性(xing)惡化的(de)錯誤結論。
當(dang)(dang)時不能(neng)在不銹鋼研(yan)制(zhi)方(fang)面(mian)(mian)取得(de)突破的(de)(de)原因主要是: 1.當(dang)(dang)時所(suo)用的(de)(de)鐵鉻合金(jin)含(han)(han)碳過(guo)高(gao),影響(xiang)了(le)鉻發(fa)揮(hui)提高(gao)抗(kang)腐(fu)(fu)蝕(shi)性能(neng)的(de)(de)有(you)利作(zuo)用;2.大部分(fen)研(yan)究者所(suo)選的(de)(de)鉻含(han)(han)量(liang)低,低的(de)(de)鉻含(han)(han)量(liang)只能(neng)改善熱處(chu)理(li)性能(neng),而(er)不能(neng)提高(gao)抗(kang)蝕(shi)性;3.當(dang)(dang)時金(jin)屬腐(fu)(fu)蝕(shi)性方(fang)面(mian)(mian)的(de)(de)理(li)論(lun)研(yan)究遠未成熟(shu),這(zhe)導致(zhi)對腐(fu)(fu)蝕(shi)及抗(kang)蝕(shi)性的(de)(de)看法絕(jue)對化,不少研(yan)究者試(shi)圖研(yan)制(zhi)一種(zhong)能(neng)耐各種(zhong)酸、堿、鹽(yan)腐(fu)(fu)蝕(shi)的(de)(de)類(lei)似鉑(bo)和金(jin)的(de)(de)耐蝕(shi)合金(jin),其結果當(dang)(dang)然是失敗的(de)(de)。4.理(li)論(lun)上的(de)(de)不成熟(shu)導致(zhi)腐(fu)(fu)蝕(shi)試(shi)驗方(fang)法方(fang)面(mian)(mian)的(de)(de)錯(cuo)誤,這(zhe)就掩(yan)蓋了(le)某些真是情況。
當時由于關(guan)于鉻(ge)(ge)對鋼抗蝕性的(de)(de)(de)作用的(de)(de)(de)研究(jiu)(jiu)受阻,故(gu)對鐵(tie)鉻(ge)(ge)合(he)金(jin)(jin)的(de)(de)(de)研究(jiu)(jiu)方向轉(zhuan)向了機械性能(neng)(neng),特別是(shi)耐磨性能(neng)(neng),而鐵(tie)鉻(ge)(ge)合(he)金(jin)(jin)也確實在(zai)這(zhe)方面(mian)獲(huo)得了應用。1869年(nian),建立了鉻(ge)(ge)鋼工廠,這(zhe)是(shi)最早生(sheng)產(chan)鉻(ge)(ge)鋼的(de)(de)(de)特殊鋼廠,專門(men)生(sheng)產(chan)含0.5%鉻(ge)(ge)的(de)(de)(de)低(di)合(he)金(jin)(jin)鋼。在(zai)19世紀后期,這(zhe)樣的(de)(de)(de)廠商還是(shi)有(you)好幾家,有(you)的(de)(de)(de)生(sheng)產(chan)軍工用品,有(you)的(de)(de)(de)制造(zao)各種(zhong)堅固而美(mei)觀的(de)(de)(de)工具,鉻(ge)(ge)含量高低(di)不一,最多有(you)達到25%的(de)(de)(de)。
高(gao)錳耐磨(mo)鋼(gang)含碳1.0~1.3%,錳11~14%,為奧氏體鋼(gang),該鋼(gang)機械加工困難,大多鑄造(zao)成(cheng)型,故(gu)典型牌號為ZGMn13。該種鋼(gang)在較強烈(lie)的(de)沖(chong)擊摩擦條件下(xia)具有高(gao)耐磨(mo)性和(he)抗沖(chong)擊能力,且不會發生冷脆。高(gao)錳耐磨(mo)鋼(gang)主要作鐵(tie)路道叉(cha)、坦克(ke)、拖拉機履帶、碎石(shi)機顎板、挖(wa)掘機鏟斗(dou)斗(dou)齒以(yi)及防(fang)彈鋼(gang)板、保險箱鋼(gang)板等。