盡管鋼鐵(tie)(tie)材料防銹的(de)方法很(hen)多,但對要求(qiu)材料整體都有防銹性(xing)的(de)某些機(ji)械(xie)零(ling)件(jian)、化工容器、生活用(yong)品及其(qi)他(ta)特(te)殊用(yong)品(如醫療(liao)用(yong)的(de)針(zhen)、手術刀具(ju)、鉗和(he)假牙等)來說,添加(jia)合金元素提高鋼鐵(tie)(tie)耐蝕性(xing)能的(de)方法無疑是(shi)最吸引人的(de)。


不銹鋼手術刀.jpg


 不銹鋼(gang)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(jiu)不(bu)銹鋼到初(chu)步研(yan)制成功經歷(li)了整整一(yi)個世紀。不(bu)銹鋼的(de)(de)研(yan)究(jiu)和(he)開發,大致可分為三個階段(duan)。從1797年(nian)到1878年(nian)這80多年(nian)時(shi)間,是不(bu)銹鋼探索的(de)(de)第一(yi)階段(duan)。


 最初研(yan)究(jiu)者(zhe)(zhe)已(yi)經發現,在某(mou)些條件下鉻(ge)能(neng)提高鋼(gang)的(de)(de)(de)耐(nai)蝕性能(neng),并對(dui)此(ci)進(jin)行了(le)研(yan)究(jiu)。但(dan)是由于各(ge)種條件的(de)(de)(de)局限,許(xu)多人錯誤地認為鉻(ge)鋼(gang)的(de)(de)(de)耐(nai)腐(fu)蝕性差,其中(zhong)就包括(kuo)當時著名的(de)(de)(de)學者(zhe)(zhe)。因此(ci),當時對(dui)鐵鉻(ge)合金的(de)(de)(de)研(yan)究(jiu)目標從耐(nai)腐(fu)蝕性轉(zhuan)為提高機械性能(neng),發展了(le)一(yi)系列的(de)(de)(de)低(di)鉻(ge)結構鋼(gang)、工具鋼(gang)。


 1798年,研(yan)(yan)究(jiu)者開始了(le)從礦(kuang)石還原鉻的(de)(de)(de)研(yan)(yan)究(jiu),并得到一(yi)(yi)些(xie)結(jie)果。1820年,研(yan)(yan)究(jiu)者在還原鉻礦(kuang)石時(shi)成(cheng)功(gong)地加入鐵,制造出(chu)了(le)鐵鉻合金。1821年,世界上最早的(de)(de)(de)鉻鐵出(chu)現(xian)了(le),這是(shi)研(yan)(yan)究(jiu)者用(yong)一(yi)(yi)種復(fu)雜的(de)(de)(de)氧(yang)化物(wu)還原得到的(de)(de)(de)。這種鉻鐵中(zhong)僅含有17~60%的(de)(de)(de)鉻而(er)含有非常高的(de)(de)(de)碳,很(hen)接近于(yu)現(xian)代特殊(shu)鋼精煉時(shi)所用(yong)的(de)(de)(de)原料。為了(le)考核其耐蝕性(xing),研(yan)(yan)究(jiu)者用(yong)這種鉻鐵制造成(cheng)刀(dao)具,結(jie)果卻很(hen)不理想。盡管(guan)刀(dao)具非常硬,可是(shi)卻特別易(yi)生(sheng)銹。顯然(ran),這是(shi)由(you)于(yu)合金中(zhong)含鉻太低而(er)含碳過高。


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 1822年,鉻(ge)鐵(tie)耐(nai)腐蝕性的(de)(de)(de)第二次研究開始了。研究者們把含(han)(han)1%~3%鉻(ge)、1%~5%碳的(de)(de)(de)鋼作為試樣材(cai)料,放在稀硫酸中(zhong),試驗了鉻(ge)含(han)(han)量(liang)、酸濃度等對腐蝕性的(de)(de)(de)影(ying)響,但仍未獲得結果。此后,研究者們轉向研究鉻(ge)含(han)(han)量(liang)較高的(de)(de)(de)鐵(tie)鉻(ge)合(he)金的(de)(de)(de)耐(nai)蝕性。


 1838年,有(you)人(ren)提(ti)出“鉻含(han)量增加(jia)時溶液中鐵(tie)鉻合金耐腐蝕性增加(jia)”的報告。1872年,研(yan)究(jiu)者提(ti)出含(han)有(you)30%~35%鉻的鐵(tie),耐酸和耐蝕性顯(xian)著增加(jia)的論點。


 但在同(tong)一時期也有人得出(chu)(chu)不同(tong)甚(shen)至錯(cuo)誤(wu)(wu)(wu)的(de)(de)研究(jiu)(jiu)結果。1883年,有人從海水腐蝕(shi)試驗得出(chu)(chu)高(gao)鉻(ge)鐵抗蝕(shi)性(xing)(xing)差的(de)(de)錯(cuo)誤(wu)(wu)(wu)結論(lun)。特別應該一提的(de)(de)是,1872年,英國人哈德菲爾德的(de)(de)研究(jiu)(jiu)曾幾乎(hu)使鐵鉻(ge)合金(jin)(jin)耐(nai)(nai)腐蝕(shi)性(xing)(xing)的(de)(de)研究(jiu)(jiu)工作(zuo)完(wan)全中斷。這位發明高(gao)錳(meng)耐(nai)(nai)磨鋼和變壓器硅鋼的(de)(de)著名冶金(jin)(jin)學(xue)家(jia),用含鉻(ge)17%、含碳1%~2%的(de)(de)鐵鉻(ge)合金(jin)(jin)進行(xing)耐(nai)(nai)腐蝕(shi)性(xing)(xing)試驗,他(ta)誤(wu)(wu)(wu)認為(wei)(wei)硫(liu)酸(suan)(suan)是最典型(xing)的(de)(de)腐蝕(shi)劑,故以50%的(de)(de)硫(liu)酸(suan)(suan)作(zuo)為(wei)(wei)腐蝕(shi)液(ye),結果得出(chu)(chu)了鉻(ge)是鋼抗酸(suan)(suan)性(xing)(xing)惡(e)化的(de)(de)錯(cuo)誤(wu)(wu)(wu)結論(lun)。


 當(dang)時(shi)不能在不銹鋼研(yan)制(zhi)方(fang)(fang)面取得突破(po)的(de)(de)原(yuan)因主要(yao)是(shi): 1.當(dang)時(shi)所用(yong)的(de)(de)鐵鉻合(he)金含(han)碳過高,影響了鉻發揮提(ti)高抗腐蝕(shi)性(xing)(xing)(xing)能的(de)(de)有利作(zuo)用(yong);2.大部(bu)分研(yan)究(jiu)者(zhe)所選的(de)(de)鉻含(han)量(liang)低,低的(de)(de)鉻含(han)量(liang)只能改善熱處(chu)理性(xing)(xing)(xing)能,而不能提(ti)高抗蝕(shi)性(xing)(xing)(xing);3.當(dang)時(shi)金屬腐蝕(shi)性(xing)(xing)(xing)方(fang)(fang)面的(de)(de)理論研(yan)究(jiu)遠未(wei)成(cheng)(cheng)熟,這(zhe)導(dao)(dao)致對腐蝕(shi)及抗蝕(shi)性(xing)(xing)(xing)的(de)(de)看(kan)法絕對化,不少(shao)研(yan)究(jiu)者(zhe)試圖研(yan)制(zhi)一(yi)種能耐各種酸、堿、鹽腐蝕(shi)的(de)(de)類似鉑(bo)和金的(de)(de)耐蝕(shi)合(he)金,其結果當(dang)然是(shi)失敗的(de)(de)。4.理論上的(de)(de)不成(cheng)(cheng)熟導(dao)(dao)致腐蝕(shi)試驗方(fang)(fang)法方(fang)(fang)面的(de)(de)錯誤(wu),這(zhe)就掩(yan)蓋了某些(xie)真(zhen)是(shi)情況。


 當時由于關于鉻(ge)對鋼(gang)抗蝕性的作用(yong)的研究(jiu)受阻,故對鐵鉻(ge)合金的研究(jiu)方(fang)(fang)向轉向了(le)機械性能,特別(bie)是耐磨性能,而鐵鉻(ge)合金也確(que)實在(zai)這(zhe)方(fang)(fang)面獲得了(le)應用(yong)。1869年,建立了(le)鉻(ge)鋼(gang)工(gong)廠(chang),這(zhe)是最(zui)早生(sheng)產鉻(ge)鋼(gang)的特殊鋼(gang)廠(chang),專(zhuan)門生(sheng)產含0.5%鉻(ge)的低合金鋼(gang)。在(zai)19世紀后期,這(zhe)樣(yang)的廠(chang)商還是有好(hao)幾家,有的生(sheng)產軍工(gong)用(yong)品,有的制造(zao)各(ge)種堅固而美觀的工(gong)具,鉻(ge)含量高低不一,最(zui)多有達到25%的。


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 高(gao)錳耐磨(mo)鋼(gang)(gang)含(han)碳1.0~1.3%,錳11~14%,為(wei)奧(ao)氏(shi)體鋼(gang)(gang),該鋼(gang)(gang)機(ji)(ji)械加工(gong)困難,大多(duo)鑄造(zao)成(cheng)型(xing),故(gu)典型(xing)牌號(hao)為(wei)ZGMn13。該種鋼(gang)(gang)在(zai)較(jiao)強烈(lie)的沖擊摩擦條件下(xia)具有(you)高(gao)耐磨(mo)性和抗沖擊能力,且不會發生冷(leng)脆。高(gao)錳耐磨(mo)鋼(gang)(gang)主要(yao)作鐵路(lu)道叉(cha)、坦克、拖(tuo)拉機(ji)(ji)履(lv)帶、碎石機(ji)(ji)顎板(ban)(ban)、挖(wa)掘機(ji)(ji)鏟(chan)斗斗齒以(yi)及防彈鋼(gang)(gang)板(ban)(ban)、保險箱(xiang)鋼(gang)(gang)板(ban)(ban)等(deng)。