盡管鋼(gang)鐵(tie)材(cai)料防銹的(de)方法(fa)很多,但對(dui)要求材(cai)料整(zheng)體(ti)都有防銹性的(de)某些機械零(ling)件、化工容器、生活(huo)用品(pin)及其他特(te)殊用品(pin)(如(ru)醫療用的(de)針(zhen)、手術刀(dao)具、鉗和假牙等)來說,添加合金(jin)元素提高鋼(gang)鐵(tie)耐蝕性能的(de)方法(fa)無疑是(shi)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。


 從開始研(yan)究不銹(xiu)鋼到(dao)初步研(yan)制(zhi)成功經(jing)歷了整整一(yi)個(ge)世紀。不銹(xiu)鋼的研(yan)究和開發,大致(zhi)可分為(wei)三個(ge)階段。從1797年到(dao)1878年這(zhe)80多年時(shi)間,是不銹(xiu)鋼探索的第(di)一(yi)階段。


 最(zui)初研究(jiu)者已經發(fa)現,在某些條件下鉻(ge)(ge)能(neng)提(ti)高(gao)鋼的耐(nai)(nai)蝕(shi)(shi)性能(neng),并對此進行了(le)研究(jiu)。但(dan)是(shi)由于各種(zhong)條件的局限,許多(duo)人(ren)錯(cuo)誤(wu)地認(ren)為(wei)鉻(ge)(ge)鋼的耐(nai)(nai)腐蝕(shi)(shi)性差,其中(zhong)就包括當時(shi)著名的學者。因此,當時(shi)對鐵鉻(ge)(ge)合金的研究(jiu)目標從耐(nai)(nai)腐蝕(shi)(shi)性轉為(wei)提(ti)高(gao)機械性能(neng),發(fa)展了(le)一系列的低(di)鉻(ge)(ge)結構鋼、工(gong)具鋼。


 1798年,研究(jiu)者開始了從(cong)礦(kuang)(kuang)石(shi)還(huan)原(yuan)(yuan)(yuan)鉻(ge)的(de)(de)(de)研究(jiu),并得到一(yi)些結(jie)果(guo)。1820年,研究(jiu)者在還(huan)原(yuan)(yuan)(yuan)鉻(ge)礦(kuang)(kuang)石(shi)時成功地加入鐵(tie),制造出了鐵(tie)鉻(ge)合金。1821年,世界上(shang)最早的(de)(de)(de)鉻(ge)鐵(tie)出現了,這是研究(jiu)者用一(yi)種(zhong)復雜(za)的(de)(de)(de)氧化物(wu)還(huan)原(yuan)(yuan)(yuan)得到的(de)(de)(de)。這種(zhong)鉻(ge)鐵(tie)中僅含(han)有17~60%的(de)(de)(de)鉻(ge)而含(han)有非(fei)常高的(de)(de)(de)碳,很接近于(yu)現代特(te)殊鋼精煉時所(suo)用的(de)(de)(de)原(yuan)(yuan)(yuan)料。為(wei)了考核其耐(nai)蝕(shi)性,研究(jiu)者用這種(zhong)鉻(ge)鐵(tie)制造成刀具(ju),結(jie)果(guo)卻很不理想。盡管刀具(ju)非(fei)常硬,可是卻特(te)別易生銹。顯然,這是由于(yu)合金中含(han)鉻(ge)太(tai)低而含(han)碳過高。


鉻鐵礦.jpg


 1822年,鉻(ge)鐵(tie)耐腐蝕性的(de)(de)第二次研(yan)究開始了(le)。研(yan)究者(zhe)們把含(han)1%~3%鉻(ge)、1%~5%碳的(de)(de)鋼作為試(shi)樣材料,放(fang)在稀硫酸中,試(shi)驗(yan)了(le)鉻(ge)含(han)量、酸濃度(du)等對腐蝕性的(de)(de)影響(xiang),但仍未獲得結果(guo)。此后(hou),研(yan)究者(zhe)們轉向研(yan)究鉻(ge)含(han)量較高的(de)(de)鐵(tie)鉻(ge)合(he)金的(de)(de)耐蝕性。


 1838年,有(you)人提(ti)(ti)出(chu)“鉻(ge)含量增加(jia)時溶液中鐵(tie)鉻(ge)合(he)金耐腐蝕性(xing)增加(jia)”的報告。1872年,研究者提(ti)(ti)出(chu)含有(you)30%~35%鉻(ge)的鐵(tie),耐酸和(he)耐蝕性(xing)顯(xian)著增加(jia)的論(lun)點(dian)。


 但在(zai)同一時(shi)期也有人(ren)得出(chu)不同甚至錯(cuo)(cuo)誤的(de)(de)(de)研究(jiu)結(jie)果。1883年,有人(ren)從海水腐(fu)蝕(shi)(shi)試驗得出(chu)高鉻鐵抗蝕(shi)(shi)性(xing)差的(de)(de)(de)錯(cuo)(cuo)誤結(jie)論。特(te)別應該一提的(de)(de)(de)是(shi),1872年,英(ying)國人(ren)哈(ha)德菲爾德的(de)(de)(de)研究(jiu)曾(ceng)幾(ji)乎(hu)使鐵鉻合金(jin)耐(nai)腐(fu)蝕(shi)(shi)性(xing)的(de)(de)(de)研究(jiu)工作完全中斷。這位發明高錳(meng)耐(nai)磨鋼(gang)和變壓器硅鋼(gang)的(de)(de)(de)著名(ming)冶金(jin)學家,用含(han)鉻17%、含(han)碳1%~2%的(de)(de)(de)鐵鉻合金(jin)進行耐(nai)腐(fu)蝕(shi)(shi)性(xing)試驗,他(ta)誤認為(wei)硫(liu)酸是(shi)最典型(xing)的(de)(de)(de)腐(fu)蝕(shi)(shi)劑,故以(yi)50%的(de)(de)(de)硫(liu)酸作為(wei)腐(fu)蝕(shi)(shi)液,結(jie)果得出(chu)了鉻是(shi)鋼(gang)抗酸性(xing)惡化的(de)(de)(de)錯(cuo)(cuo)誤結(jie)論。


 當(dang)時(shi)不能(neng)在不銹(xiu)鋼研制(zhi)方面(mian)(mian)取得突破的(de)(de)原因主要(yao)是: 1.當(dang)時(shi)所用(yong)的(de)(de)鐵鉻合金含(han)碳過高(gao),影(ying)響了鉻發揮提高(gao)抗(kang)(kang)腐(fu)蝕(shi)(shi)(shi)性(xing)能(neng)的(de)(de)有(you)利(li)作用(yong);2.大部分研究者所選的(de)(de)鉻含(han)量(liang)低,低的(de)(de)鉻含(han)量(liang)只能(neng)改(gai)善熱處(chu)理性(xing)能(neng),而不能(neng)提高(gao)抗(kang)(kang)蝕(shi)(shi)(shi)性(xing);3.當(dang)時(shi)金屬腐(fu)蝕(shi)(shi)(shi)性(xing)方面(mian)(mian)的(de)(de)理論(lun)研究遠(yuan)未成熟,這導致對(dui)腐(fu)蝕(shi)(shi)(shi)及抗(kang)(kang)蝕(shi)(shi)(shi)性(xing)的(de)(de)看法(fa)絕對(dui)化(hua),不少研究者試圖研制(zhi)一種能(neng)耐各種酸、堿、鹽腐(fu)蝕(shi)(shi)(shi)的(de)(de)類似(si)鉑和金的(de)(de)耐蝕(shi)(shi)(shi)合金,其結果當(dang)然是失敗(bai)的(de)(de)。4.理論(lun)上的(de)(de)不成熟導致腐(fu)蝕(shi)(shi)(shi)試驗方法(fa)方面(mian)(mian)的(de)(de)錯(cuo)誤,這就(jiu)掩蓋(gai)了某些真是情況。


 當(dang)時由(you)于關于鉻(ge)對鋼(gang)(gang)(gang)抗蝕性(xing)的(de)(de)作用的(de)(de)研(yan)究受(shou)阻,故(gu)對鐵(tie)鉻(ge)合金的(de)(de)研(yan)究方向轉向了機械性(xing)能,特別是耐磨(mo)性(xing)能,而鐵(tie)鉻(ge)合金也確實在這方面(mian)獲得了應用。1869年(nian),建立了鉻(ge)鋼(gang)(gang)(gang)工廠(chang),這是最早生產(chan)鉻(ge)鋼(gang)(gang)(gang)的(de)(de)特殊(shu)鋼(gang)(gang)(gang)廠(chang),專門生產(chan)含(han)0.5%鉻(ge)的(de)(de)低合金鋼(gang)(gang)(gang)。在19世(shi)紀后期,這樣的(de)(de)廠(chang)商(shang)還是有好幾家,有的(de)(de)生產(chan)軍工用品,有的(de)(de)制造(zao)各種(zhong)堅固而美觀的(de)(de)工具(ju),鉻(ge)含(han)量高(gao)低不一,最多有達到(dao)25%的(de)(de)。


高錳耐磨鋼.jpg


 高(gao)錳耐(nai)磨(mo)鋼(gang)含碳1.0~1.3%,錳11~14%,為奧氏體鋼(gang),該鋼(gang)機(ji)(ji)械加工困難,大多鑄造成(cheng)型,故典型牌號為ZGMn13。該種鋼(gang)在較強(qiang)烈(lie)的沖擊(ji)摩擦(ca)條件下(xia)具(ju)有高(gao)耐(nai)磨(mo)性和(he)抗沖擊(ji)能(neng)力,且(qie)不會發生冷脆。高(gao)錳耐(nai)磨(mo)鋼(gang)主要作鐵路道叉、坦克、拖拉機(ji)(ji)履帶、碎石機(ji)(ji)顎板、挖掘機(ji)(ji)鏟(chan)斗(dou)斗(dou)齒以及(ji)防彈鋼(gang)板、保險箱鋼(gang)板等。