盡管鋼鐵材(cai)料(liao)(liao)防(fang)銹(xiu)的(de)方法很多(duo),但對要求材(cai)料(liao)(liao)整(zheng)體(ti)都有(you)防(fang)銹(xiu)性的(de)某些機械(xie)零件、化工(gong)容器、生活(huo)用(yong)(yong)品及(ji)其他(ta)特(te)殊(shu)用(yong)(yong)品(如醫(yi)療(liao)用(yong)(yong)的(de)針(zhen)、手術刀具、鉗和假牙等(deng))來(lai)說,添(tian)加合金元素提(ti)高鋼鐵耐蝕性能(neng)的(de)方法無疑是最吸引人的(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(cong)開始研(yan)(yan)究(jiu)不銹鋼到初步研(yan)(yan)制(zhi)成功經歷了(le)整整一個(ge)世紀(ji)。不銹鋼的(de)(de)研(yan)(yan)究(jiu)和開發,大(da)致(zhi)可分(fen)為三個(ge)階(jie)段(duan)。從(cong)1797年(nian)(nian)到1878年(nian)(nian)這80多年(nian)(nian)時間(jian),是不銹鋼探索的(de)(de)第一階(jie)段(duan)。


 最初(chu)研(yan)(yan)究者已經(jing)發現,在某(mou)些條(tiao)件下鉻(ge)能提(ti)高鋼的(de)(de)耐蝕(shi)性(xing)能,并(bing)對此進行了(le)研(yan)(yan)究。但是由(you)于各種條(tiao)件的(de)(de)局限(xian),許多人錯(cuo)誤(wu)地認為鉻(ge)鋼的(de)(de)耐腐蝕(shi)性(xing)差,其中就包括當時(shi)著名(ming)的(de)(de)學者。因此,當時(shi)對鐵鉻(ge)合金的(de)(de)研(yan)(yan)究目標從耐腐蝕(shi)性(xing)轉(zhuan)為提(ti)高機械性(xing)能,發展了(le)一系列(lie)的(de)(de)低(di)鉻(ge)結(jie)構鋼、工具鋼。


 1798年,研(yan)(yan)(yan)究(jiu)者開始了(le)(le)從礦(kuang)石還(huan)原鉻(ge)的(de)(de)(de)研(yan)(yan)(yan)究(jiu),并得到一些結(jie)果(guo)。1820年,研(yan)(yan)(yan)究(jiu)者在(zai)還(huan)原鉻(ge)礦(kuang)石時成功地加入鐵,制(zhi)造出了(le)(le)鐵鉻(ge)合(he)金(jin)。1821年,世界(jie)上最早的(de)(de)(de)鉻(ge)鐵出現(xian)了(le)(le),這(zhe)是(shi)研(yan)(yan)(yan)究(jiu)者用(yong)一種(zhong)(zhong)復雜的(de)(de)(de)氧化物還(huan)原得到的(de)(de)(de)。這(zhe)種(zhong)(zhong)鉻(ge)鐵中僅含有17~60%的(de)(de)(de)鉻(ge)而含有非(fei)常(chang)高(gao)的(de)(de)(de)碳,很接近于(yu)現(xian)代特殊鋼精煉時所(suo)用(yong)的(de)(de)(de)原料(liao)。為(wei)了(le)(le)考(kao)核其耐蝕性,研(yan)(yan)(yan)究(jiu)者用(yong)這(zhe)種(zhong)(zhong)鉻(ge)鐵制(zhi)造成刀具(ju),結(jie)果(guo)卻很不理想。盡管刀具(ju)非(fei)常(chang)硬(ying),可是(shi)卻特別易(yi)生銹(xiu)。顯(xian)然(ran),這(zhe)是(shi)由于(yu)合(he)金(jin)中含鉻(ge)太低而含碳過高(gao)。


鉻鐵礦.jpg


 1822年,鉻(ge)(ge)鐵(tie)(tie)耐(nai)(nai)腐(fu)(fu)蝕性的(de)(de)第二(er)次研(yan)究開(kai)始了。研(yan)究者(zhe)們把(ba)含(han)1%~3%鉻(ge)(ge)、1%~5%碳的(de)(de)鋼(gang)作為試(shi)(shi)樣(yang)材(cai)料(liao),放在(zai)稀硫酸(suan)中(zhong),試(shi)(shi)驗(yan)了鉻(ge)(ge)含(han)量(liang)、酸(suan)濃度(du)等對腐(fu)(fu)蝕性的(de)(de)影(ying)響(xiang),但仍未獲得結(jie)果。此后,研(yan)究者(zhe)們轉向研(yan)究鉻(ge)(ge)含(han)量(liang)較高的(de)(de)鐵(tie)(tie)鉻(ge)(ge)合金的(de)(de)耐(nai)(nai)蝕性。


 1838年,有人(ren)提(ti)出“鉻含(han)量(liang)增加(jia)時溶液中鐵鉻合(he)金耐腐蝕性(xing)增加(jia)”的(de)報(bao)告。1872年,研究(jiu)者(zhe)提(ti)出含(han)有30%~35%鉻的(de)鐵,耐酸和耐蝕性(xing)顯著增加(jia)的(de)論(lun)點。


 但(dan)在同一時期也有人(ren)(ren)得出不(bu)同甚至錯(cuo)誤(wu)(wu)的(de)(de)研究結(jie)(jie)果。1883年,有人(ren)(ren)從海水腐(fu)(fu)蝕試驗得出高(gao)鉻(ge)鐵(tie)(tie)抗蝕性(xing)(xing)差的(de)(de)錯(cuo)誤(wu)(wu)結(jie)(jie)論(lun)。特(te)別應該(gai)一提的(de)(de)是(shi),1872年,英國人(ren)(ren)哈德菲爾德的(de)(de)研究曾幾乎使鐵(tie)(tie)鉻(ge)合(he)金(jin)耐腐(fu)(fu)蝕性(xing)(xing)的(de)(de)研究工作完全(quan)中斷。這(zhe)位發明高(gao)錳(meng)耐磨鋼和(he)變壓器硅鋼的(de)(de)著名(ming)冶金(jin)學家,用含(han)(han)鉻(ge)17%、含(han)(han)碳1%~2%的(de)(de)鐵(tie)(tie)鉻(ge)合(he)金(jin)進行耐腐(fu)(fu)蝕性(xing)(xing)試驗,他誤(wu)(wu)認(ren)為(wei)硫酸(suan)是(shi)最典型(xing)的(de)(de)腐(fu)(fu)蝕劑,故以50%的(de)(de)硫酸(suan)作為(wei)腐(fu)(fu)蝕液,結(jie)(jie)果得出了鉻(ge)是(shi)鋼抗酸(suan)性(xing)(xing)惡化的(de)(de)錯(cuo)誤(wu)(wu)結(jie)(jie)論(lun)。


 當時(shi)(shi)(shi)不(bu)能(neng)(neng)(neng)在不(bu)銹鋼(gang)研(yan)(yan)(yan)制(zhi)方(fang)面(mian)取得突破的(de)原因(yin)主(zhu)要是: 1.當時(shi)(shi)(shi)所用(yong)的(de)鐵鉻(ge)合(he)金(jin)含(han)碳過(guo)高,影響了鉻(ge)發揮(hui)提高抗(kang)(kang)腐蝕(shi)(shi)(shi)(shi)性(xing)能(neng)(neng)(neng)的(de)有利作用(yong);2.大部分研(yan)(yan)(yan)究者(zhe)所選的(de)鉻(ge)含(han)量(liang)低,低的(de)鉻(ge)含(han)量(liang)只能(neng)(neng)(neng)改善(shan)熱處理性(xing)能(neng)(neng)(neng),而不(bu)能(neng)(neng)(neng)提高抗(kang)(kang)蝕(shi)(shi)(shi)(shi)性(xing);3.當時(shi)(shi)(shi)金(jin)屬腐蝕(shi)(shi)(shi)(shi)性(xing)方(fang)面(mian)的(de)理論研(yan)(yan)(yan)究遠未(wei)成(cheng)熟,這(zhe)導(dao)致對腐蝕(shi)(shi)(shi)(shi)及抗(kang)(kang)蝕(shi)(shi)(shi)(shi)性(xing)的(de)看法絕對化,不(bu)少(shao)研(yan)(yan)(yan)究者(zhe)試(shi)圖研(yan)(yan)(yan)制(zhi)一(yi)種(zhong)能(neng)(neng)(neng)耐各種(zhong)酸、堿(jian)、鹽腐蝕(shi)(shi)(shi)(shi)的(de)類似鉑和(he)金(jin)的(de)耐蝕(shi)(shi)(shi)(shi)合(he)金(jin),其結果當然是失敗的(de)。4.理論上的(de)不(bu)成(cheng)熟導(dao)致腐蝕(shi)(shi)(shi)(shi)試(shi)驗方(fang)法方(fang)面(mian)的(de)錯誤,這(zhe)就掩蓋了某些(xie)真是情況(kuang)。


 當時(shi)由于關于鉻(ge)(ge)對鋼抗蝕性的(de)作用(yong)(yong)的(de)研究受阻,故對鐵(tie)鉻(ge)(ge)合(he)金(jin)的(de)研究方向轉向了(le)機械性能(neng),特(te)別是耐磨性能(neng),而鐵(tie)鉻(ge)(ge)合(he)金(jin)也確實在這(zhe)(zhe)方面獲得了(le)應用(yong)(yong)。1869年,建立了(le)鉻(ge)(ge)鋼工(gong)廠(chang),這(zhe)(zhe)是最早生(sheng)產(chan)鉻(ge)(ge)鋼的(de)特(te)殊鋼廠(chang),專門生(sheng)產(chan)含(han)0.5%鉻(ge)(ge)的(de)低合(he)金(jin)鋼。在19世紀后(hou)期,這(zhe)(zhe)樣的(de)廠(chang)商(shang)還是有(you)(you)好(hao)幾(ji)家,有(you)(you)的(de)生(sheng)產(chan)軍工(gong)用(yong)(yong)品(pin),有(you)(you)的(de)制造各種堅固而美觀的(de)工(gong)具,鉻(ge)(ge)含(han)量高低不一,最多有(you)(you)達到(dao)25%的(de)。


高錳耐磨鋼.jpg


 高(gao)錳(meng)耐(nai)磨鋼(gang)含碳1.0~1.3%,錳(meng)11~14%,為奧氏體鋼(gang),該鋼(gang)機(ji)械加工困難(nan),大多鑄造(zao)成型(xing),故(gu)典(dian)型(xing)牌號(hao)為ZGMn13。該種(zhong)鋼(gang)在較強烈的沖擊(ji)摩擦條件下(xia)具有高(gao)耐(nai)磨性和抗(kang)沖擊(ji)能力,且不會(hui)發生冷脆(cui)。高(gao)錳(meng)耐(nai)磨鋼(gang)主要作鐵路(lu)道叉、坦(tan)克、拖(tuo)拉機(ji)履(lv)帶、碎石機(ji)顎板、挖掘機(ji)鏟斗斗齒以及防彈鋼(gang)板、保險箱鋼(gang)板等(deng)。