盡管鋼(gang)(gang)鐵材料防(fang)銹的(de)(de)方(fang)法很(hen)多,但對要求材料整體(ti)都有防(fang)銹性的(de)(de)某些機械零件、化工容器、生活用品(pin)及其他特(te)殊用品(pin)(如醫療用的(de)(de)針、手術刀(dao)具、鉗(qian)和(he)假牙等)來(lai)說(shuo),添加(jia)合金元素提(ti)高鋼(gang)(gang)鐵耐蝕性能(neng)的(de)(de)方(fang)法無疑是(shi)最吸引人的(de)(de)。

不(bu)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(kai)始研(yan)究(jiu)不銹(xiu)鋼到初步研(yan)制成功經歷了(le)整整一個世紀。不銹(xiu)鋼的(de)研(yan)究(jiu)和開(kai)發,大致可分為三個階(jie)段(duan)。從(cong)1797年到1878年這(zhe)80多年時(shi)間,是不銹(xiu)鋼探索的(de)第一階(jie)段(duan)。
最初研究(jiu)者(zhe)已(yi)經發現,在某些(xie)條(tiao)件下鉻能提(ti)高(gao)鋼的(de)耐蝕性能,并(bing)對此(ci)進行了(le)研究(jiu)。但是由于各種條(tiao)件的(de)局限,許多人(ren)錯誤地認為(wei)鉻鋼的(de)耐腐蝕性差(cha),其中就包括(kuo)當時著名的(de)學者(zhe)。因此(ci),當時對鐵鉻合(he)金(jin)的(de)研究(jiu)目標(biao)從耐腐蝕性轉為(wei)提(ti)高(gao)機械性能,發展了(le)一系列(lie)的(de)低鉻結構鋼、工具(ju)鋼。
1798年(nian),研究(jiu)者(zhe)開始了(le)(le)從礦石還(huan)原(yuan)(yuan)鉻(ge)(ge)(ge)的(de)研究(jiu),并得到一些結果。1820年(nian),研究(jiu)者(zhe)在還(huan)原(yuan)(yuan)鉻(ge)(ge)(ge)礦石時(shi)成(cheng)功地加入鐵,制(zhi)造(zao)出了(le)(le)鐵鉻(ge)(ge)(ge)合(he)金(jin)(jin)。1821年(nian),世界上最早的(de)鉻(ge)(ge)(ge)鐵出現了(le)(le),這(zhe)是(shi)(shi)研究(jiu)者(zhe)用(yong)一種復雜的(de)氧化物還(huan)原(yuan)(yuan)得到的(de)。這(zhe)種鉻(ge)(ge)(ge)鐵中僅含(han)有(you)17~60%的(de)鉻(ge)(ge)(ge)而(er)含(han)有(you)非(fei)常高(gao)的(de)碳,很(hen)接近于現代特(te)殊鋼精煉時(shi)所用(yong)的(de)原(yuan)(yuan)料(liao)。為了(le)(le)考核其耐蝕性(xing),研究(jiu)者(zhe)用(yong)這(zhe)種鉻(ge)(ge)(ge)鐵制(zhi)造(zao)成(cheng)刀具(ju),結果卻(que)很(hen)不理想。盡管刀具(ju)非(fei)常硬,可是(shi)(shi)卻(que)特(te)別易生銹。顯然,這(zhe)是(shi)(shi)由(you)于合(he)金(jin)(jin)中含(han)鉻(ge)(ge)(ge)太(tai)低而(er)含(han)碳過高(gao)。

1822年,鉻(ge)(ge)(ge)(ge)鐵耐腐(fu)(fu)蝕(shi)性(xing)的(de)第二次研(yan)(yan)究(jiu)(jiu)開始了。研(yan)(yan)究(jiu)(jiu)者們(men)把含(han)1%~3%鉻(ge)(ge)(ge)(ge)、1%~5%碳的(de)鋼作為試樣材料,放在稀(xi)硫(liu)酸(suan)中,試驗了鉻(ge)(ge)(ge)(ge)含(han)量(liang)、酸(suan)濃度等對腐(fu)(fu)蝕(shi)性(xing)的(de)影響,但仍未獲得(de)結果。此后,研(yan)(yan)究(jiu)(jiu)者們(men)轉向研(yan)(yan)究(jiu)(jiu)鉻(ge)(ge)(ge)(ge)含(han)量(liang)較高的(de)鐵鉻(ge)(ge)(ge)(ge)合金的(de)耐蝕(shi)性(xing)。
1838年,有人提出“鉻(ge)含(han)量增加時溶液(ye)中鐵(tie)鉻(ge)合(he)金耐腐(fu)蝕性增加”的(de)報告。1872年,研究者提出含(han)有30%~35%鉻(ge)的(de)鐵(tie),耐酸和(he)耐蝕性顯著增加的(de)論點。
但在同(tong)一(yi)(yi)時(shi)期(qi)也(ye)有人(ren)(ren)得出(chu)不同(tong)甚(shen)至錯(cuo)誤的(de)研究結(jie)果。1883年,有人(ren)(ren)從(cong)海水腐(fu)蝕(shi)(shi)試(shi)驗(yan)得出(chu)高鉻(ge)(ge)鐵抗蝕(shi)(shi)性(xing)差的(de)錯(cuo)誤結(jie)論。特別應該一(yi)(yi)提的(de)是(shi)(shi),1872年,英國(guo)人(ren)(ren)哈(ha)德(de)菲(fei)爾德(de)的(de)研究曾幾乎(hu)使鐵鉻(ge)(ge)合金耐(nai)(nai)(nai)腐(fu)蝕(shi)(shi)性(xing)的(de)研究工作完全中斷。這位發(fa)明(ming)高錳耐(nai)(nai)(nai)磨鋼和變(bian)壓器硅鋼的(de)著名冶金學(xue)家,用含鉻(ge)(ge)17%、含碳1%~2%的(de)鐵鉻(ge)(ge)合金進行(xing)耐(nai)(nai)(nai)腐(fu)蝕(shi)(shi)性(xing)試(shi)驗(yan),他誤認為硫(liu)酸(suan)是(shi)(shi)最典型的(de)腐(fu)蝕(shi)(shi)劑,故以50%的(de)硫(liu)酸(suan)作為腐(fu)蝕(shi)(shi)液(ye),結(jie)果得出(chu)了鉻(ge)(ge)是(shi)(shi)鋼抗酸(suan)性(xing)惡化的(de)錯(cuo)誤結(jie)論。
當(dang)(dang)(dang)時(shi)不(bu)能在不(bu)銹鋼(gang)研(yan)制(zhi)(zhi)方(fang)面取得突(tu)破的(de)(de)(de)(de)(de)原因主要是(shi): 1.當(dang)(dang)(dang)時(shi)所(suo)用(yong)的(de)(de)(de)(de)(de)鐵鉻(ge)合(he)(he)金(jin)含(han)碳過(guo)高(gao),影(ying)響了鉻(ge)發揮(hui)提高(gao)抗(kang)腐(fu)蝕(shi)(shi)(shi)性(xing)能的(de)(de)(de)(de)(de)有利(li)作用(yong);2.大部分研(yan)究者所(suo)選的(de)(de)(de)(de)(de)鉻(ge)含(han)量(liang)低(di),低(di)的(de)(de)(de)(de)(de)鉻(ge)含(han)量(liang)只能改善熱處理(li)(li)性(xing)能,而不(bu)能提高(gao)抗(kang)蝕(shi)(shi)(shi)性(xing);3.當(dang)(dang)(dang)時(shi)金(jin)屬腐(fu)蝕(shi)(shi)(shi)性(xing)方(fang)面的(de)(de)(de)(de)(de)理(li)(li)論研(yan)究遠未成熟(shu)(shu),這導致(zhi)對腐(fu)蝕(shi)(shi)(shi)及抗(kang)蝕(shi)(shi)(shi)性(xing)的(de)(de)(de)(de)(de)看法(fa)絕對化,不(bu)少研(yan)究者試(shi)(shi)圖研(yan)制(zhi)(zhi)一種能耐(nai)各種酸(suan)、堿、鹽腐(fu)蝕(shi)(shi)(shi)的(de)(de)(de)(de)(de)類似鉑和金(jin)的(de)(de)(de)(de)(de)耐(nai)蝕(shi)(shi)(shi)合(he)(he)金(jin),其結果當(dang)(dang)(dang)然是(shi)失敗的(de)(de)(de)(de)(de)。4.理(li)(li)論上的(de)(de)(de)(de)(de)不(bu)成熟(shu)(shu)導致(zhi)腐(fu)蝕(shi)(shi)(shi)試(shi)(shi)驗方(fang)法(fa)方(fang)面的(de)(de)(de)(de)(de)錯(cuo)誤(wu),這就掩蓋(gai)了某(mou)些真是(shi)情況。
當時(shi)由(you)于關于鉻(ge)(ge)對鋼(gang)抗蝕(shi)性的(de)(de)作用的(de)(de)研究(jiu)(jiu)受阻,故對鐵鉻(ge)(ge)合(he)金的(de)(de)研究(jiu)(jiu)方向(xiang)轉向(xiang)了(le)機械性能(neng),特別是(shi)耐磨性能(neng),而鐵鉻(ge)(ge)合(he)金也確實在這方面獲得了(le)應用。1869年,建立(li)了(le)鉻(ge)(ge)鋼(gang)工廠,這是(shi)最(zui)早生(sheng)產鉻(ge)(ge)鋼(gang)的(de)(de)特殊鋼(gang)廠,專(zhuan)門(men)生(sheng)產含(han)0.5%鉻(ge)(ge)的(de)(de)低合(he)金鋼(gang)。在19世紀后期,這樣的(de)(de)廠商(shang)還(huan)是(shi)有(you)好幾家,有(you)的(de)(de)生(sheng)產軍工用品,有(you)的(de)(de)制造各種堅固而美觀(guan)的(de)(de)工具,鉻(ge)(ge)含(han)量高低不一,最(zui)多有(you)達(da)到(dao)25%的(de)(de)。

高(gao)錳耐磨鋼(gang)(gang)(gang)含(han)碳1.0~1.3%,錳11~14%,為(wei)奧氏體鋼(gang)(gang)(gang),該鋼(gang)(gang)(gang)機(ji)(ji)械加工困難,大多鑄造成型(xing),故典型(xing)牌號為(wei)ZGMn13。該種鋼(gang)(gang)(gang)在較強烈(lie)的沖(chong)擊摩擦條(tiao)件下(xia)具有高(gao)耐磨性和抗(kang)沖(chong)擊能力,且不會發生冷脆(cui)。高(gao)錳耐磨鋼(gang)(gang)(gang)主要作鐵路道叉、坦克(ke)、拖(tuo)拉(la)機(ji)(ji)履帶、碎石機(ji)(ji)顎板(ban)、挖掘機(ji)(ji)鏟(chan)斗斗齒以及防彈鋼(gang)(gang)(gang)板(ban)、保險箱(xiang)鋼(gang)(gang)(gang)板(ban)等(deng)。

