盡(jin)管鋼鐵材料防銹(xiu)的(de)(de)方(fang)法很(hen)多(duo),但(dan)對要求材料整體都有防銹(xiu)性(xing)的(de)(de)某些機(ji)械零件、化工容器(qi)、生(sheng)活(huo)用(yong)品及(ji)其他特殊用(yong)品(如醫療用(yong)的(de)(de)針、手術刀具、鉗和假牙等)來(lai)說,添加合金(jin)元素(su)提高(gao)鋼鐵耐蝕性(xing)能(neng)的(de)(de)方(fang)法無疑(yi)是最吸引(yin)人(ren)的(de)(de)。
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)始研究不銹鋼(gang)到(dao)初步研制成(cheng)功經歷了整整一個(ge)世紀。不銹鋼(gang)的研究和開(kai)發,大致(zhi)可分為三(san)個(ge)階段。從1797年到(dao)1878年這80多年時間,是(shi)不銹鋼(gang)探索(suo)的第一階段。
最初(chu)研究(jiu)者已經發(fa)現,在某些條件(jian)下鉻(ge)能(neng)提高鋼(gang)的(de)耐(nai)蝕性能(neng),并對此進行了研究(jiu)。但是由于各種條件(jian)的(de)局限,許多(duo)人錯誤地認為鉻(ge)鋼(gang)的(de)耐(nai)腐蝕性差,其(qi)中就包括當(dang)(dang)時著名的(de)學者。因此,當(dang)(dang)時對鐵鉻(ge)合金的(de)研究(jiu)目標從(cong)耐(nai)腐蝕性轉為提高機械(xie)性能(neng),發(fa)展了一系列的(de)低鉻(ge)結(jie)構(gou)鋼(gang)、工(gong)具(ju)鋼(gang)。
1798年,研究(jiu)者(zhe)(zhe)開(kai)始了(le)從礦石還原鉻的(de)(de)研究(jiu),并(bing)得到(dao)(dao)一(yi)些結(jie)(jie)果。1820年,研究(jiu)者(zhe)(zhe)在還原鉻礦石時(shi)成功地加(jia)入(ru)鐵(tie)(tie),制(zhi)造出了(le)鐵(tie)(tie)鉻合金。1821年,世(shi)界(jie)上最早的(de)(de)鉻鐵(tie)(tie)出現(xian)了(le),這(zhe)(zhe)(zhe)是(shi)(shi)研究(jiu)者(zhe)(zhe)用(yong)(yong)一(yi)種(zhong)復雜的(de)(de)氧(yang)化物還原得到(dao)(dao)的(de)(de)。這(zhe)(zhe)(zhe)種(zhong)鉻鐵(tie)(tie)中僅(jin)含(han)有17~60%的(de)(de)鉻而含(han)有非常高的(de)(de)碳,很(hen)接近于(yu)現(xian)代特殊鋼(gang)精煉時(shi)所用(yong)(yong)的(de)(de)原料(liao)。為了(le)考核其(qi)耐蝕性,研究(jiu)者(zhe)(zhe)用(yong)(yong)這(zhe)(zhe)(zhe)種(zhong)鉻鐵(tie)(tie)制(zhi)造成刀(dao)具,結(jie)(jie)果卻很(hen)不理(li)想。盡管刀(dao)具非常硬,可是(shi)(shi)卻特別易生(sheng)銹。顯然,這(zhe)(zhe)(zhe)是(shi)(shi)由于(yu)合金中含(han)鉻太低而含(han)碳過高。
1822年,鉻(ge)(ge)鐵耐腐蝕性(xing)的第(di)二次研(yan)究(jiu)開始了。研(yan)究(jiu)者們(men)把含(han)1%~3%鉻(ge)(ge)、1%~5%碳(tan)的鋼作為(wei)試樣材料,放在稀硫酸(suan)中,試驗了鉻(ge)(ge)含(han)量(liang)(liang)、酸(suan)濃(nong)度(du)等對腐蝕性(xing)的影響(xiang),但仍未獲得結果(guo)。此后,研(yan)究(jiu)者們(men)轉向研(yan)究(jiu)鉻(ge)(ge)含(han)量(liang)(liang)較高的鐵鉻(ge)(ge)合金(jin)的耐蝕性(xing)。
1838年,有人提出(chu)“鉻含量(liang)增(zeng)加時溶液中鐵(tie)鉻合金(jin)耐(nai)(nai)腐(fu)蝕性增(zeng)加”的報告。1872年,研(yan)究者提出(chu)含有30%~35%鉻的鐵(tie),耐(nai)(nai)酸和耐(nai)(nai)蝕性顯著增(zeng)加的論點。
但在同一時(shi)期(qi)也有人得(de)出(chu)不(bu)同甚至錯(cuo)誤(wu)的(de)(de)研究(jiu)結果(guo)。1883年(nian),有人從海水腐(fu)(fu)(fu)蝕(shi)試(shi)(shi)驗(yan)得(de)出(chu)高鉻(ge)(ge)鐵(tie)(tie)抗蝕(shi)性差的(de)(de)錯(cuo)誤(wu)結論(lun)。特別應該(gai)一提的(de)(de)是,1872年(nian),英國人哈(ha)德(de)菲爾德(de)的(de)(de)研究(jiu)曾幾乎使鐵(tie)(tie)鉻(ge)(ge)合金(jin)耐(nai)腐(fu)(fu)(fu)蝕(shi)性的(de)(de)研究(jiu)工作完(wan)全中斷(duan)。這位發(fa)明(ming)高錳(meng)耐(nai)磨鋼(gang)和變壓器(qi)硅鋼(gang)的(de)(de)著(zhu)名冶(ye)金(jin)學家,用含(han)鉻(ge)(ge)17%、含(han)碳1%~2%的(de)(de)鐵(tie)(tie)鉻(ge)(ge)合金(jin)進行耐(nai)腐(fu)(fu)(fu)蝕(shi)性試(shi)(shi)驗(yan),他誤(wu)認為硫酸(suan)是最典(dian)型的(de)(de)腐(fu)(fu)(fu)蝕(shi)劑,故以50%的(de)(de)硫酸(suan)作為腐(fu)(fu)(fu)蝕(shi)液(ye),結果(guo)得(de)出(chu)了鉻(ge)(ge)是鋼(gang)抗酸(suan)性惡化(hua)的(de)(de)錯(cuo)誤(wu)結論(lun)。
當(dang)時不(bu)能在(zai)不(bu)銹鋼研(yan)制方(fang)面(mian)取得突破的(de)原因主要(yao)是(shi): 1.當(dang)時所用(yong)的(de)鐵(tie)鉻合金(jin)(jin)含碳過高,影響了鉻發(fa)揮提(ti)高抗腐(fu)蝕(shi)性(xing)(xing)能的(de)有利作用(yong);2.大部分研(yan)究(jiu)者所選的(de)鉻含量(liang)低(di),低(di)的(de)鉻含量(liang)只能改善熱處理性(xing)(xing)能,而不(bu)能提(ti)高抗蝕(shi)性(xing)(xing);3.當(dang)時金(jin)(jin)屬腐(fu)蝕(shi)性(xing)(xing)方(fang)面(mian)的(de)理論研(yan)究(jiu)遠未成(cheng)熟,這導(dao)致對腐(fu)蝕(shi)及抗蝕(shi)性(xing)(xing)的(de)看法(fa)絕對化,不(bu)少研(yan)究(jiu)者試圖研(yan)制一種(zhong)能耐各(ge)種(zhong)酸、堿、鹽腐(fu)蝕(shi)的(de)類似鉑和金(jin)(jin)的(de)耐蝕(shi)合金(jin)(jin),其結果當(dang)然是(shi)失敗的(de)。4.理論上的(de)不(bu)成(cheng)熟導(dao)致腐(fu)蝕(shi)試驗方(fang)法(fa)方(fang)面(mian)的(de)錯誤(wu),這就(jiu)掩蓋了某些真(zhen)是(shi)情況。
當(dang)時(shi)由于關于鉻(ge)對鋼(gang)(gang)抗蝕性的(de)(de)(de)作用(yong)的(de)(de)(de)研究(jiu)受阻,故(gu)對鐵(tie)(tie)鉻(ge)合(he)金(jin)的(de)(de)(de)研究(jiu)方(fang)向轉向了機械性能(neng),特別是耐磨性能(neng),而鐵(tie)(tie)鉻(ge)合(he)金(jin)也確(que)實(shi)在(zai)這方(fang)面(mian)獲得了應用(yong)。1869年(nian),建立了鉻(ge)鋼(gang)(gang)工(gong)廠(chang),這是最(zui)(zui)早生(sheng)(sheng)產鉻(ge)鋼(gang)(gang)的(de)(de)(de)特殊鋼(gang)(gang)廠(chang),專門生(sheng)(sheng)產含(han)0.5%鉻(ge)的(de)(de)(de)低合(he)金(jin)鋼(gang)(gang)。在(zai)19世紀(ji)后期,這樣(yang)的(de)(de)(de)廠(chang)商還是有(you)好幾家,有(you)的(de)(de)(de)生(sheng)(sheng)產軍工(gong)用(yong)品,有(you)的(de)(de)(de)制造各種堅固而美觀(guan)的(de)(de)(de)工(gong)具,鉻(ge)含(han)量高低不一,最(zui)(zui)多有(you)達到25%的(de)(de)(de)。
高錳耐(nai)磨鋼(gang)含碳1.0~1.3%,錳11~14%,為(wei)奧氏體(ti)鋼(gang),該(gai)鋼(gang)機械加工(gong)困難,大多鑄造(zao)成型,故(gu)典型牌號為(wei)ZGMn13。該(gai)種鋼(gang)在較強烈的沖擊摩(mo)擦條件下具有(you)高耐(nai)磨性和抗(kang)沖擊能力,且(qie)不會發生冷(leng)脆(cui)。高錳耐(nai)磨鋼(gang)主(zhu)要作鐵路道叉(cha)、坦克(ke)、拖拉機履帶、碎石(shi)機顎(e)板、挖(wa)掘機鏟斗(dou)斗(dou)齒以(yi)及防彈鋼(gang)板、保險箱(xiang)鋼(gang)板等。