盡管鋼鐵材料防銹的(de)方法很多,但對要(yao)求(qiu)材料整體都有防銹性(xing)的(de)某些機械零件、化工容器、生活用(yong)品(pin)及(ji)其他特殊用(yong)品(pin)(如(ru)醫療用(yong)的(de)針、手術刀具、鉗(qian)和假牙等)來說(shuo),添加(jia)合金元素提高鋼鐵耐蝕性(xing)能的(de)方法無疑是最吸(xi)引(yin)人(ren)的(de)。


不銹鋼手術刀.jpg


 不(bu)銹(xiu)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(bu)(bu)銹(xiu)(xiu)鋼(gang)到初步研(yan)制(zhi)成功經(jing)歷(li)了整(zheng)整(zheng)一(yi)(yi)個世紀。不(bu)(bu)銹(xiu)(xiu)鋼(gang)的研(yan)究和(he)開發,大致可(ke)分為三個階段。從1797年到1878年這80多年時(shi)間,是不(bu)(bu)銹(xiu)(xiu)鋼(gang)探索的第一(yi)(yi)階段。


 最(zui)初(chu)研究(jiu)者(zhe)已經(jing)發(fa)現,在某(mou)些條(tiao)(tiao)件下鉻能提(ti)高鋼的耐(nai)(nai)蝕(shi)性(xing)(xing)能,并對此(ci)進行了(le)研究(jiu)。但是由于各種條(tiao)(tiao)件的局限,許多人錯(cuo)誤地認為鉻鋼的耐(nai)(nai)腐(fu)蝕(shi)性(xing)(xing)差,其中就(jiu)包括當時(shi)著名的學者(zhe)。因此(ci),當時(shi)對鐵鉻合金的研究(jiu)目標從耐(nai)(nai)腐(fu)蝕(shi)性(xing)(xing)轉為提(ti)高機械性(xing)(xing)能,發(fa)展了(le)一系列(lie)的低鉻結(jie)構鋼、工具鋼。


 1798年(nian),研(yan)究者開始了(le)從礦石(shi)還(huan)(huan)原(yuan)(yuan)鉻的(de)研(yan)究,并得(de)到一些結果。1820年(nian),研(yan)究者在還(huan)(huan)原(yuan)(yuan)鉻礦石(shi)時成(cheng)功地加入鐵,制造出了(le)鐵鉻合金。1821年(nian),世界上最早的(de)鉻鐵出現了(le),這(zhe)(zhe)是研(yan)究者用一種(zhong)復(fu)雜的(de)氧化物(wu)還(huan)(huan)原(yuan)(yuan)得(de)到的(de)。這(zhe)(zhe)種(zhong)鉻鐵中僅含有17~60%的(de)鉻而含有非常高(gao)的(de)碳(tan),很(hen)接近于現代特殊鋼精煉時所用的(de)原(yuan)(yuan)料。為(wei)了(le)考核其耐蝕(shi)性(xing),研(yan)究者用這(zhe)(zhe)種(zhong)鉻鐵制造成(cheng)刀(dao)具,結果卻很(hen)不理想。盡管(guan)刀(dao)具非常硬(ying),可(ke)是卻特別(bie)易生銹。顯(xian)然,這(zhe)(zhe)是由于合金中含鉻太低(di)而含碳(tan)過高(gao)。


鉻鐵礦.jpg


 1822年(nian),鉻鐵(tie)耐腐(fu)蝕性(xing)的(de)第二次研(yan)究(jiu)(jiu)開始了。研(yan)究(jiu)(jiu)者(zhe)們(men)(men)把含1%~3%鉻、1%~5%碳的(de)鋼作為試(shi)樣材料,放在(zai)稀硫(liu)酸(suan)中,試(shi)驗了鉻含量、酸(suan)濃度等對腐(fu)蝕性(xing)的(de)影響,但仍未獲得結果。此(ci)后,研(yan)究(jiu)(jiu)者(zhe)們(men)(men)轉(zhuan)向研(yan)究(jiu)(jiu)鉻含量較高的(de)鐵(tie)鉻合(he)金的(de)耐蝕性(xing)。


 1838年,有(you)人提出“鉻(ge)含量增(zeng)加時溶液中鐵鉻(ge)合金(jin)耐(nai)腐蝕性(xing)增(zeng)加”的(de)報告。1872年,研究者提出含有(you)30%~35%鉻(ge)的(de)鐵,耐(nai)酸和耐(nai)蝕性(xing)顯著增(zeng)加的(de)論點。


 但在同一時期也有(you)人(ren)得(de)出(chu)不(bu)同甚至(zhi)錯(cuo)誤(wu)的(de)(de)研究(jiu)結果(guo)。1883年(nian),有(you)人(ren)從海(hai)水(shui)腐(fu)(fu)蝕(shi)試驗(yan)得(de)出(chu)高鉻鐵抗蝕(shi)性(xing)(xing)(xing)差(cha)的(de)(de)錯(cuo)誤(wu)結論。特別應(ying)該一提的(de)(de)是,1872年(nian),英國人(ren)哈(ha)德菲爾(er)德的(de)(de)研究(jiu)曾(ceng)幾乎(hu)使鐵鉻合金(jin)耐腐(fu)(fu)蝕(shi)性(xing)(xing)(xing)的(de)(de)研究(jiu)工作(zuo)完全中斷(duan)。這位(wei)發明高錳耐磨鋼(gang)(gang)和變壓器硅鋼(gang)(gang)的(de)(de)著名冶金(jin)學家,用(yong)含鉻17%、含碳(tan)1%~2%的(de)(de)鐵鉻合金(jin)進(jin)行耐腐(fu)(fu)蝕(shi)性(xing)(xing)(xing)試驗(yan),他(ta)誤(wu)認為(wei)硫酸是最典型的(de)(de)腐(fu)(fu)蝕(shi)劑,故(gu)以50%的(de)(de)硫酸作(zuo)為(wei)腐(fu)(fu)蝕(shi)液(ye),結果(guo)得(de)出(chu)了鉻是鋼(gang)(gang)抗酸性(xing)(xing)(xing)惡(e)化的(de)(de)錯(cuo)誤(wu)結論。


 當(dang)時不(bu)(bu)能(neng)(neng)在(zai)不(bu)(bu)銹鋼研(yan)制方面(mian)取得突破的(de)原(yuan)因主要是(shi): 1.當(dang)時所用的(de)鐵鉻(ge)(ge)合金(jin)含碳(tan)過高(gao)(gao),影響了鉻(ge)(ge)發揮提高(gao)(gao)抗腐(fu)蝕(shi)性能(neng)(neng)的(de)有利作用;2.大部分研(yan)究(jiu)者所選的(de)鉻(ge)(ge)含量低,低的(de)鉻(ge)(ge)含量只能(neng)(neng)改善熱處(chu)理(li)性能(neng)(neng),而不(bu)(bu)能(neng)(neng)提高(gao)(gao)抗蝕(shi)性;3.當(dang)時金(jin)屬腐(fu)蝕(shi)性方面(mian)的(de)理(li)論研(yan)究(jiu)遠(yuan)未成熟(shu),這導致(zhi)對(dui)腐(fu)蝕(shi)及(ji)抗蝕(shi)性的(de)看法絕(jue)對(dui)化,不(bu)(bu)少研(yan)究(jiu)者試(shi)(shi)圖研(yan)制一種能(neng)(neng)耐各種酸、堿、鹽腐(fu)蝕(shi)的(de)類似鉑和(he)金(jin)的(de)耐蝕(shi)合金(jin),其(qi)結果當(dang)然是(shi)失敗的(de)。4.理(li)論上的(de)不(bu)(bu)成熟(shu)導致(zhi)腐(fu)蝕(shi)試(shi)(shi)驗(yan)方法方面(mian)的(de)錯誤,這就掩蓋了某些真是(shi)情況。


 當時(shi)由于(yu)關(guan)于(yu)鉻(ge)(ge)(ge)對鋼抗蝕性的(de)(de)作用的(de)(de)研(yan)究受(shou)阻,故對鐵鉻(ge)(ge)(ge)合(he)金的(de)(de)研(yan)究方向(xiang)轉向(xiang)了機(ji)械(xie)性能,特別是耐(nai)磨性能,而(er)(er)鐵鉻(ge)(ge)(ge)合(he)金也確實在這方面獲得了應用。1869年,建立(li)了鉻(ge)(ge)(ge)鋼工(gong)(gong)廠,這是最(zui)早生(sheng)產(chan)鉻(ge)(ge)(ge)鋼的(de)(de)特殊(shu)鋼廠,專門生(sheng)產(chan)含(han)0.5%鉻(ge)(ge)(ge)的(de)(de)低合(he)金鋼。在19世(shi)紀后期,這樣的(de)(de)廠商還是有(you)好(hao)幾家(jia),有(you)的(de)(de)生(sheng)產(chan)軍工(gong)(gong)用品,有(you)的(de)(de)制(zhi)造各(ge)種堅固(gu)而(er)(er)美(mei)觀(guan)的(de)(de)工(gong)(gong)具,鉻(ge)(ge)(ge)含(han)量高低不一,最(zui)多有(you)達到25%的(de)(de)。


高錳耐磨鋼.jpg


 高(gao)錳(meng)耐(nai)磨(mo)鋼(gang)(gang)(gang)含碳1.0~1.3%,錳(meng)11~14%,為奧氏(shi)體鋼(gang)(gang)(gang),該(gai)鋼(gang)(gang)(gang)機械加(jia)工(gong)困(kun)難(nan),大多鑄造成型,故(gu)典型牌號(hao)為ZGMn13。該(gai)種鋼(gang)(gang)(gang)在較強烈的沖擊摩擦條件下具有高(gao)耐(nai)磨(mo)性和抗沖擊能力,且不(bu)會發生冷脆。高(gao)錳(meng)耐(nai)磨(mo)鋼(gang)(gang)(gang)主(zhu)要作鐵路道叉、坦(tan)克、拖拉機履(lv)帶、碎石機顎板、挖掘機鏟斗斗齒(chi)以及防彈鋼(gang)(gang)(gang)板、保險箱鋼(gang)(gang)(gang)板等。