盡管鋼鐵(tie)材(cai)料防(fang)銹的(de)方法很多,但對要求材(cai)料整體都有防(fang)銹性的(de)某些機械零件、化工容器、生活用(yong)品(pin)及其(qi)他(ta)特殊用(yong)品(pin)(如醫療用(yong)的(de)針、手術刀具、鉗和假牙等)來說,添加(jia)合金元(yuan)素提高鋼鐵(tie)耐蝕性能的(de)方法無疑是最(zui)吸引人的(de)。

不銹鋼(gang)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(kai)始研究不(bu)銹鋼到初步研制成功經歷了整(zheng)整(zheng)一個世紀。不(bu)銹鋼的研究和開(kai)發(fa),大致可分為(wei)三個階段。從1797年到1878年這80多(duo)年時間,是不(bu)銹鋼探索的第一階段。
最初研(yan)究者(zhe)已經發現,在某些條件下鉻(ge)能(neng)(neng)提高(gao)鋼的(de)耐蝕性(xing)能(neng)(neng),并(bing)對(dui)此進行(xing)了研(yan)究。但是由于各(ge)種(zhong)條件的(de)局限,許多人錯誤地(di)認為(wei)鉻(ge)鋼的(de)耐腐蝕性(xing)差,其中就(jiu)包括(kuo)當時著名(ming)的(de)學者(zhe)。因此,當時對(dui)鐵鉻(ge)合金的(de)研(yan)究目標(biao)從(cong)耐腐蝕性(xing)轉(zhuan)為(wei)提高(gao)機械性(xing)能(neng)(neng),發展了一系列的(de)低鉻(ge)結構鋼、工具鋼。
1798年(nian),研(yan)究者開始(shi)了從礦石還(huan)原(yuan)(yuan)鉻的(de)(de)研(yan)究,并得到一些結果。1820年(nian),研(yan)究者在還(huan)原(yuan)(yuan)鉻礦石時成功地加入鐵(tie)(tie),制(zhi)造(zao)出了鐵(tie)(tie)鉻合金。1821年(nian),世(shi)界上最早的(de)(de)鉻鐵(tie)(tie)出現了,這(zhe)是研(yan)究者用一種復雜的(de)(de)氧化物(wu)還(huan)原(yuan)(yuan)得到的(de)(de)。這(zhe)種鉻鐵(tie)(tie)中(zhong)僅含有(you)17~60%的(de)(de)鉻而(er)含有(you)非(fei)常(chang)高的(de)(de)碳(tan),很接(jie)近(jin)于(yu)現代特(te)殊鋼精煉時所(suo)用的(de)(de)原(yuan)(yuan)料。為了考核其(qi)耐蝕(shi)性,研(yan)究者用這(zhe)種鉻鐵(tie)(tie)制(zhi)造(zao)成刀具,結果卻很不理想。盡管刀具非(fei)常(chang)硬,可是卻特(te)別(bie)易生銹(xiu)。顯然,這(zhe)是由(you)于(yu)合金中(zhong)含鉻太低而(er)含碳(tan)過高。

1822年,鉻(ge)(ge)鐵耐(nai)腐蝕(shi)性(xing)的(de)第二次研究開始了。研究者們(men)把含(han)1%~3%鉻(ge)(ge)、1%~5%碳的(de)鋼作為(wei)試樣材料,放在稀硫酸中,試驗了鉻(ge)(ge)含(han)量(liang)(liang)、酸濃度等對腐蝕(shi)性(xing)的(de)影響,但仍未獲得結果。此后,研究者們(men)轉向研究鉻(ge)(ge)含(han)量(liang)(liang)較高的(de)鐵鉻(ge)(ge)合金的(de)耐(nai)蝕(shi)性(xing)。
1838年(nian),有人提出“鉻含量增加時溶液中(zhong)鐵鉻合金(jin)耐腐蝕性增加”的(de)報告。1872年(nian),研(yan)究(jiu)者提出含有30%~35%鉻的(de)鐵,耐酸和耐蝕性顯著增加的(de)論點。
但在(zai)同一(yi)時期(qi)也(ye)有人(ren)得(de)出不同甚至錯誤(wu)(wu)(wu)的研究結果。1883年(nian),有人(ren)從海水腐(fu)蝕(shi)(shi)試驗(yan)得(de)出高(gao)(gao)鉻(ge)鐵(tie)抗蝕(shi)(shi)性差的錯誤(wu)(wu)(wu)結論。特(te)別應該一(yi)提的是,1872年(nian),英國人(ren)哈(ha)德菲爾德的研究曾幾乎使(shi)鐵(tie)鉻(ge)合(he)金(jin)耐(nai)腐(fu)蝕(shi)(shi)性的研究工作完(wan)全中(zhong)斷。這位發明高(gao)(gao)錳(meng)耐(nai)磨鋼(gang)和變壓(ya)器硅鋼(gang)的著名冶金(jin)學家,用含(han)鉻(ge)17%、含(han)碳1%~2%的鐵(tie)鉻(ge)合(he)金(jin)進行(xing)耐(nai)腐(fu)蝕(shi)(shi)性試驗(yan),他(ta)誤(wu)(wu)(wu)認為硫酸是最典(dian)型的腐(fu)蝕(shi)(shi)劑,故以50%的硫酸作為腐(fu)蝕(shi)(shi)液,結果得(de)出了鉻(ge)是鋼(gang)抗酸性惡化(hua)的錯誤(wu)(wu)(wu)結論。
當時(shi)不(bu)(bu)能(neng)(neng)在不(bu)(bu)銹鋼研(yan)(yan)制(zhi)方面取(qu)得(de)突破的(de)(de)原因主要是(shi): 1.當時(shi)所用的(de)(de)鐵鉻(ge)合金(jin)(jin)含碳過(guo)高,影響了(le)鉻(ge)發揮提高抗(kang)腐(fu)(fu)(fu)蝕(shi)(shi)(shi)性(xing)(xing)(xing)能(neng)(neng)的(de)(de)有利作(zuo)用;2.大部分研(yan)(yan)究者所選的(de)(de)鉻(ge)含量(liang)低,低的(de)(de)鉻(ge)含量(liang)只能(neng)(neng)改(gai)善熱(re)處理性(xing)(xing)(xing)能(neng)(neng),而不(bu)(bu)能(neng)(neng)提高抗(kang)蝕(shi)(shi)(shi)性(xing)(xing)(xing);3.當時(shi)金(jin)(jin)屬腐(fu)(fu)(fu)蝕(shi)(shi)(shi)性(xing)(xing)(xing)方面的(de)(de)理論(lun)研(yan)(yan)究遠(yuan)未成熟,這導致對腐(fu)(fu)(fu)蝕(shi)(shi)(shi)及抗(kang)蝕(shi)(shi)(shi)性(xing)(xing)(xing)的(de)(de)看(kan)法(fa)絕對化,不(bu)(bu)少研(yan)(yan)究者試圖(tu)研(yan)(yan)制(zhi)一種能(neng)(neng)耐(nai)各種酸、堿(jian)、鹽腐(fu)(fu)(fu)蝕(shi)(shi)(shi)的(de)(de)類似鉑和金(jin)(jin)的(de)(de)耐(nai)蝕(shi)(shi)(shi)合金(jin)(jin),其結果當然是(shi)失敗(bai)的(de)(de)。4.理論(lun)上的(de)(de)不(bu)(bu)成熟導致腐(fu)(fu)(fu)蝕(shi)(shi)(shi)試驗方法(fa)方面的(de)(de)錯誤,這就掩蓋了(le)某些真是(shi)情況。
當時由于(yu)關(guan)于(yu)鉻(ge)對鋼(gang)抗蝕性(xing)的(de)(de)(de)作用的(de)(de)(de)研究(jiu)受(shou)阻(zu),故對鐵(tie)鉻(ge)合(he)金的(de)(de)(de)研究(jiu)方向轉向了(le)機械性(xing)能,特(te)(te)別是(shi)耐(nai)磨性(xing)能,而(er)鐵(tie)鉻(ge)合(he)金也確實(shi)在(zai)這(zhe)(zhe)方面獲(huo)得了(le)應(ying)用。1869年,建立了(le)鉻(ge)鋼(gang)工(gong)廠,這(zhe)(zhe)是(shi)最(zui)早生產鉻(ge)鋼(gang)的(de)(de)(de)特(te)(te)殊鋼(gang)廠,專門生產含0.5%鉻(ge)的(de)(de)(de)低合(he)金鋼(gang)。在(zai)19世紀后期(qi),這(zhe)(zhe)樣的(de)(de)(de)廠商還是(shi)有好(hao)幾家,有的(de)(de)(de)生產軍工(gong)用品,有的(de)(de)(de)制(zhi)造各種堅固而(er)美觀的(de)(de)(de)工(gong)具(ju),鉻(ge)含量高(gao)低不一,最(zui)多有達到25%的(de)(de)(de)。

高(gao)錳耐(nai)磨(mo)鋼(gang)含碳1.0~1.3%,錳11~14%,為(wei)奧(ao)氏體(ti)鋼(gang),該(gai)鋼(gang)機(ji)械加工困(kun)難,大(da)多(duo)鑄造成型,故(gu)典型牌號為(wei)ZGMn13。該(gai)種鋼(gang)在較強烈的沖擊摩擦條件下具有高(gao)耐(nai)磨(mo)性和(he)抗沖擊能力,且(qie)不會發生冷脆(cui)。高(gao)錳耐(nai)磨(mo)鋼(gang)主要(yao)作鐵(tie)路道叉、坦克、拖拉機(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)。

