盡管鋼鐵材料防(fang)銹的(de)方法很多,但對要求材料整體(ti)都有防(fang)銹性的(de)某(mou)些機械零件、化工(gong)容器、生活用(yong)品及其他(ta)特殊用(yong)品(如醫療用(yong)的(de)針、手術刀具、鉗和(he)假牙等(deng))來說,添加合(he)金(jin)元(yuan)素(su)提高鋼鐵耐(nai)蝕性能的(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(shi)研究不銹(xiu)鋼(gang)到初步(bu)研制成功經歷了整整一個(ge)世紀。不銹(xiu)鋼(gang)的(de)研究和開發(fa),大致可分為三(san)個(ge)階(jie)段。從(cong)1797年(nian)(nian)(nian)到1878年(nian)(nian)(nian)這80多年(nian)(nian)(nian)時間,是(shi)不銹(xiu)鋼(gang)探(tan)索的(de)第一階(jie)段。


 最(zui)初(chu)研究(jiu)者已經發(fa)(fa)現,在某些(xie)條(tiao)件(jian)下(xia)鉻(ge)能(neng)提(ti)高鋼(gang)的(de)(de)耐(nai)蝕(shi)(shi)性能(neng),并(bing)對(dui)(dui)此進行了研究(jiu)。但是由于各(ge)種條(tiao)件(jian)的(de)(de)局限,許多人錯誤地(di)認(ren)為鉻(ge)鋼(gang)的(de)(de)耐(nai)腐(fu)(fu)蝕(shi)(shi)性差,其(qi)中(zhong)就包(bao)括當(dang)時(shi)著名的(de)(de)學者。因此,當(dang)時(shi)對(dui)(dui)鐵鉻(ge)合金的(de)(de)研究(jiu)目標從耐(nai)腐(fu)(fu)蝕(shi)(shi)性轉為提(ti)高機械性能(neng),發(fa)(fa)展了一(yi)系列(lie)的(de)(de)低鉻(ge)結構(gou)鋼(gang)、工具鋼(gang)。


 1798年,研(yan)究(jiu)者開始了(le)從礦石還(huan)原(yuan)(yuan)(yuan)鉻(ge)(ge)(ge)(ge)的(de)(de)(de)研(yan)究(jiu),并得到一些(xie)結(jie)(jie)果(guo)(guo)。1820年,研(yan)究(jiu)者在還(huan)原(yuan)(yuan)(yuan)鉻(ge)(ge)(ge)(ge)礦石時(shi)成(cheng)功地加(jia)入鐵(tie),制造出了(le)鐵(tie)鉻(ge)(ge)(ge)(ge)合金。1821年,世界上最早的(de)(de)(de)鉻(ge)(ge)(ge)(ge)鐵(tie)出現(xian)了(le),這(zhe)是(shi)研(yan)究(jiu)者用(yong)一種復雜的(de)(de)(de)氧化(hua)物還(huan)原(yuan)(yuan)(yuan)得到的(de)(de)(de)。這(zhe)種鉻(ge)(ge)(ge)(ge)鐵(tie)中僅含有(you)17~60%的(de)(de)(de)鉻(ge)(ge)(ge)(ge)而(er)含有(you)非常高的(de)(de)(de)碳,很(hen)接近于現(xian)代特殊鋼精煉(lian)時(shi)所用(yong)的(de)(de)(de)原(yuan)(yuan)(yuan)料。為了(le)考核其耐蝕性,研(yan)究(jiu)者用(yong)這(zhe)種鉻(ge)(ge)(ge)(ge)鐵(tie)制造成(cheng)刀具,結(jie)(jie)果(guo)(guo)卻很(hen)不理想。盡管(guan)刀具非常硬,可是(shi)卻特別(bie)易生(sheng)銹。顯然,這(zhe)是(shi)由(you)于合金中含鉻(ge)(ge)(ge)(ge)太低而(er)含碳過高。


鉻鐵礦.jpg


 1822年(nian),鉻鐵耐腐蝕性的(de)(de)第二次研究(jiu)開始了。研究(jiu)者們把含(han)1%~3%鉻、1%~5%碳的(de)(de)鋼(gang)作為試樣材料,放在(zai)稀硫酸中(zhong),試驗了鉻含(han)量、酸濃度等對腐蝕性的(de)(de)影(ying)響(xiang),但(dan)仍(reng)未獲得結果。此后(hou),研究(jiu)者們轉向研究(jiu)鉻含(han)量較高的(de)(de)鐵鉻合(he)金的(de)(de)耐蝕性。


 1838年,有人(ren)提(ti)出(chu)“鉻(ge)含量增加(jia)時溶液中(zhong)鐵鉻(ge)合(he)金耐腐蝕性(xing)增加(jia)”的報告。1872年,研究者提(ti)出(chu)含有30%~35%鉻(ge)的鐵,耐酸和耐蝕性(xing)顯著增加(jia)的論點。


 但(dan)在同一時期也有人得(de)出不同甚(shen)至錯(cuo)誤(wu)的(de)研(yan)究結果。1883年,有人從海水腐(fu)蝕試(shi)驗得(de)出高(gao)鉻(ge)鐵(tie)抗蝕性(xing)(xing)差的(de)錯(cuo)誤(wu)結論。特別應(ying)該一提的(de)是(shi),1872年,英國(guo)人哈德菲爾德的(de)研(yan)究曾幾乎使鐵(tie)鉻(ge)合(he)金(jin)耐腐(fu)蝕性(xing)(xing)的(de)研(yan)究工作完全中斷。這(zhe)位發(fa)明高(gao)錳(meng)耐磨(mo)鋼和變壓器硅鋼的(de)著名冶金(jin)學家,用含(han)鉻(ge)17%、含(han)碳1%~2%的(de)鐵(tie)鉻(ge)合(he)金(jin)進行耐腐(fu)蝕性(xing)(xing)試(shi)驗,他誤(wu)認為(wei)硫(liu)酸(suan)是(shi)最典(dian)型(xing)的(de)腐(fu)蝕劑,故以50%的(de)硫(liu)酸(suan)作為(wei)腐(fu)蝕液,結果得(de)出了鉻(ge)是(shi)鋼抗酸(suan)性(xing)(xing)惡化的(de)錯(cuo)誤(wu)結論。


 當時不(bu)(bu)能(neng)在不(bu)(bu)銹鋼(gang)研制(zhi)方面取(qu)得(de)突破(po)的(de)原(yuan)因主要是: 1.當時所用(yong)的(de)鐵鉻合金含(han)碳(tan)過(guo)高(gao),影響了鉻發揮提高(gao)抗腐(fu)(fu)(fu)蝕(shi)(shi)性(xing)能(neng)的(de)有利(li)作用(yong);2.大部分研究者所選的(de)鉻含(han)量低,低的(de)鉻含(han)量只能(neng)改善熱處理性(xing)能(neng),而不(bu)(bu)能(neng)提高(gao)抗蝕(shi)(shi)性(xing);3.當時金屬腐(fu)(fu)(fu)蝕(shi)(shi)性(xing)方面的(de)理論研究遠未(wei)成熟,這導致(zhi)對(dui)腐(fu)(fu)(fu)蝕(shi)(shi)及抗蝕(shi)(shi)性(xing)的(de)看法絕對(dui)化,不(bu)(bu)少研究者試圖(tu)研制(zhi)一種能(neng)耐(nai)各(ge)種酸、堿、鹽腐(fu)(fu)(fu)蝕(shi)(shi)的(de)類似鉑(bo)和金的(de)耐(nai)蝕(shi)(shi)合金,其結果當然是失敗的(de)。4.理論上(shang)的(de)不(bu)(bu)成熟導致(zhi)腐(fu)(fu)(fu)蝕(shi)(shi)試驗方法方面的(de)錯(cuo)誤,這就(jiu)掩蓋(gai)了某(mou)些真是情(qing)況。


 當時由于關于鉻(ge)對(dui)鋼(gang)抗蝕性(xing)的(de)作用的(de)研(yan)究受阻,故對(dui)鐵鉻(ge)合金的(de)研(yan)究方向(xiang)(xiang)轉向(xiang)(xiang)了(le)機械性(xing)能(neng),特別是耐磨性(xing)能(neng),而鐵鉻(ge)合金也確實在這(zhe)(zhe)方面獲得了(le)應用。1869年(nian),建(jian)立了(le)鉻(ge)鋼(gang)工廠,這(zhe)(zhe)是最早生產(chan)鉻(ge)鋼(gang)的(de)特殊鋼(gang)廠,專門生產(chan)含(han)0.5%鉻(ge)的(de)低合金鋼(gang)。在19世紀后(hou)期,這(zhe)(zhe)樣的(de)廠商還是有好幾家(jia),有的(de)生產(chan)軍工用品,有的(de)制造各(ge)種堅(jian)固(gu)而美(mei)觀(guan)的(de)工具(ju),鉻(ge)含(han)量高低不(bu)一,最多有達到25%的(de)。


高錳耐磨鋼.jpg


 高(gao)錳耐(nai)(nai)磨鋼(gang)含(han)碳1.0~1.3%,錳11~14%,為奧氏體鋼(gang),該(gai)鋼(gang)機(ji)(ji)械加工困難(nan),大多鑄造成型,故典型牌號為ZGMn13。該(gai)種鋼(gang)在較強(qiang)烈的沖擊摩擦條件下具有高(gao)耐(nai)(nai)磨性和抗沖擊能力(li),且不會發生冷(leng)脆(cui)。高(gao)錳耐(nai)(nai)磨鋼(gang)主要(yao)作鐵路道叉(cha)、坦(tan)克、拖拉機(ji)(ji)履帶、碎石(shi)機(ji)(ji)顎板、挖掘機(ji)(ji)鏟(chan)斗斗齒以及(ji)防彈(dan)鋼(gang)板、保險箱鋼(gang)板等。