盡(jin)管鋼鐵(tie)材料防銹(xiu)的(de)方(fang)法很多,但對要求材料整體都有防銹(xiu)性(xing)的(de)某些機(ji)械零件(jian)、化工容器、生活用(yong)品及其他特殊用(yong)品(如醫療用(yong)的(de)針、手(shou)術刀具、鉗和假牙等)來說,添加(jia)合金元素提(ti)高(gao)鋼鐵(tie)耐蝕性(xing)能的(de)方(fang)法無疑是最(zui)吸引人的(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。
從開始研究(jiu)不(bu)銹(xiu)(xiu)鋼到初(chu)步研制成(cheng)功(gong)經歷了整(zheng)整(zheng)一(yi)個世(shi)紀。不(bu)銹(xiu)(xiu)鋼的(de)研究(jiu)和開發,大致可(ke)分(fen)為三個階(jie)段(duan)。從1797年到1878年這(zhe)80多年時間,是不(bu)銹(xiu)(xiu)鋼探索的(de)第一(yi)階(jie)段(duan)。
最初研(yan)究(jiu)(jiu)者(zhe)已經發現,在(zai)某些條(tiao)件(jian)下(xia)鉻(ge)能提(ti)高鋼的耐蝕性能,并對此(ci)進行了研(yan)究(jiu)(jiu)。但是由于(yu)各種條(tiao)件(jian)的局限,許多人錯誤地認為鉻(ge)鋼的耐腐蝕性差,其中就包括當時著名的學者(zhe)。因(yin)此(ci),當時對鐵(tie)鉻(ge)合金的研(yan)究(jiu)(jiu)目標從(cong)耐腐蝕性轉(zhuan)為提(ti)高機械性能,發展了一系列的低鉻(ge)結構鋼、工(gong)具鋼。
1798年,研(yan)究(jiu)(jiu)(jiu)者開始了(le)從礦石(shi)還(huan)(huan)原鉻(ge)的(de)研(yan)究(jiu)(jiu)(jiu),并得到一(yi)些(xie)結(jie)果(guo)(guo)。1820年,研(yan)究(jiu)(jiu)(jiu)者在還(huan)(huan)原鉻(ge)礦石(shi)時成功地(di)加(jia)入鐵(tie),制(zhi)造出了(le)鐵(tie)鉻(ge)合金。1821年,世(shi)界上最早的(de)鉻(ge)鐵(tie)出現(xian)了(le),這(zhe)(zhe)是研(yan)究(jiu)(jiu)(jiu)者用(yong)一(yi)種(zhong)復雜(za)的(de)氧(yang)化物還(huan)(huan)原得到的(de)。這(zhe)(zhe)種(zhong)鉻(ge)鐵(tie)中僅含(han)(han)有17~60%的(de)鉻(ge)而(er)含(han)(han)有非(fei)常高的(de)碳,很(hen)接近(jin)于現(xian)代特殊鋼精(jing)煉時所用(yong)的(de)原料。為了(le)考(kao)核其耐蝕(shi)性,研(yan)究(jiu)(jiu)(jiu)者用(yong)這(zhe)(zhe)種(zhong)鉻(ge)鐵(tie)制(zhi)造成刀具(ju),結(jie)果(guo)(guo)卻(que)很(hen)不理想。盡管刀具(ju)非(fei)常硬,可是卻(que)特別易生銹(xiu)。顯然(ran),這(zhe)(zhe)是由于合金中含(han)(han)鉻(ge)太低而(er)含(han)(han)碳過高。
1822年,鉻(ge)鐵耐(nai)腐(fu)蝕性的(de)第(di)二次(ci)研究開始了。研究者們(men)把含1%~3%鉻(ge)、1%~5%碳(tan)的(de)鋼作為試(shi)樣(yang)材料,放(fang)在稀硫酸中,試(shi)驗(yan)了鉻(ge)含量、酸濃(nong)度等(deng)對(dui)腐(fu)蝕性的(de)影響(xiang),但仍未(wei)獲得結果。此后(hou),研究者們(men)轉向研究鉻(ge)含量較高的(de)鐵鉻(ge)合(he)金的(de)耐(nai)蝕性。
1838年(nian),有人(ren)提出“鉻(ge)(ge)含量(liang)增加時溶液中鐵鉻(ge)(ge)合金耐腐(fu)蝕性增加”的(de)報告。1872年(nian),研究者提出含有30%~35%鉻(ge)(ge)的(de)鐵,耐酸和(he)耐蝕性顯著增加的(de)論點。
但(dan)在(zai)同一時期(qi)也有(you)人(ren)得(de)出不同甚至錯誤(wu)的(de)(de)(de)(de)研(yan)究結(jie)(jie)果。1883年,有(you)人(ren)從海水腐(fu)蝕試驗得(de)出高鉻(ge)鐵(tie)抗蝕性差的(de)(de)(de)(de)錯誤(wu)結(jie)(jie)論。特別(bie)應該一提的(de)(de)(de)(de)是,1872年,英國人(ren)哈(ha)德菲爾(er)德的(de)(de)(de)(de)研(yan)究曾幾乎使鐵(tie)鉻(ge)合(he)金(jin)耐(nai)腐(fu)蝕性的(de)(de)(de)(de)研(yan)究工作完全中(zhong)斷(duan)。這位發(fa)明高錳耐(nai)磨鋼和變壓器硅鋼的(de)(de)(de)(de)著名(ming)冶金(jin)學家,用含(han)鉻(ge)17%、含(han)碳(tan)1%~2%的(de)(de)(de)(de)鐵(tie)鉻(ge)合(he)金(jin)進行耐(nai)腐(fu)蝕性試驗,他誤(wu)認為(wei)硫(liu)酸是最典型的(de)(de)(de)(de)腐(fu)蝕劑,故以50%的(de)(de)(de)(de)硫(liu)酸作為(wei)腐(fu)蝕液,結(jie)(jie)果得(de)出了鉻(ge)是鋼抗酸性惡(e)化的(de)(de)(de)(de)錯誤(wu)結(jie)(jie)論。
當(dang)時不(bu)能(neng)(neng)(neng)在不(bu)銹鋼研制方面(mian)取得突破的(de)(de)原因(yin)主要是(shi): 1.當(dang)時所(suo)用(yong)(yong)的(de)(de)鐵鉻合金(jin)(jin)含碳過高(gao),影響(xiang)了鉻發揮提(ti)高(gao)抗腐(fu)蝕(shi)性(xing)(xing)能(neng)(neng)(neng)的(de)(de)有利作用(yong)(yong);2.大(da)部分研究者所(suo)選(xuan)的(de)(de)鉻含量低,低的(de)(de)鉻含量只(zhi)能(neng)(neng)(neng)改善(shan)熱處(chu)理性(xing)(xing)能(neng)(neng)(neng),而(er)不(bu)能(neng)(neng)(neng)提(ti)高(gao)抗蝕(shi)性(xing)(xing);3.當(dang)時金(jin)(jin)屬腐(fu)蝕(shi)性(xing)(xing)方面(mian)的(de)(de)理論(lun)研究遠(yuan)未成熟,這(zhe)導(dao)致對腐(fu)蝕(shi)及(ji)抗蝕(shi)性(xing)(xing)的(de)(de)看法絕對化,不(bu)少研究者試圖研制一種(zhong)(zhong)能(neng)(neng)(neng)耐各種(zhong)(zhong)酸(suan)、堿、鹽腐(fu)蝕(shi)的(de)(de)類(lei)似(si)鉑和金(jin)(jin)的(de)(de)耐蝕(shi)合金(jin)(jin),其結果當(dang)然是(shi)失敗(bai)的(de)(de)。4.理論(lun)上的(de)(de)不(bu)成熟導(dao)致腐(fu)蝕(shi)試驗(yan)方法方面(mian)的(de)(de)錯誤,這(zhe)就掩蓋(gai)了某些真(zhen)是(shi)情況。
當時由于(yu)關于(yu)鉻對鋼抗蝕性(xing)的(de)(de)作用(yong)(yong)的(de)(de)研(yan)究受阻,故對鐵鉻合金的(de)(de)研(yan)究方向(xiang)轉(zhuan)向(xiang)了機械(xie)性(xing)能,特(te)別是耐(nai)磨(mo)性(xing)能,而鐵鉻合金也確實在(zai)這方面獲得了應用(yong)(yong)。1869年,建(jian)立了鉻鋼工(gong)(gong)(gong)廠,這是最早生(sheng)產(chan)鉻鋼的(de)(de)特(te)殊鋼廠,專(zhuan)門(men)生(sheng)產(chan)含0.5%鉻的(de)(de)低合金鋼。在(zai)19世紀后(hou)期,這樣的(de)(de)廠商還是有(you)好幾家,有(you)的(de)(de)生(sheng)產(chan)軍工(gong)(gong)(gong)用(yong)(yong)品(pin),有(you)的(de)(de)制造各(ge)種堅固而美觀的(de)(de)工(gong)(gong)(gong)具,鉻含量高低不(bu)一,最多(duo)有(you)達到(dao)25%的(de)(de)。
高錳耐磨(mo)鋼(gang)(gang)(gang)含碳1.0~1.3%,錳11~14%,為奧(ao)氏(shi)體鋼(gang)(gang)(gang),該(gai)鋼(gang)(gang)(gang)機(ji)械加(jia)工(gong)困難,大多鑄造成(cheng)型,故典型牌號為ZGMn13。該(gai)種鋼(gang)(gang)(gang)在較強烈的沖擊摩擦條(tiao)件下(xia)具有(you)高耐磨(mo)性和(he)抗沖擊能(neng)力(li),且不(bu)會(hui)發生冷(leng)脆。高錳耐磨(mo)鋼(gang)(gang)(gang)主要作(zuo)鐵(tie)路道叉、坦克、拖拉機(ji)履帶、碎石機(ji)顎板、挖掘機(ji)鏟(chan)斗斗齒以(yi)及防(fang)彈鋼(gang)(gang)(gang)板、保險箱鋼(gang)(gang)(gang)板等(deng)。