不锈钢的发展历史

不锈钢的发展历史

中华名族是世界上最早冶铁炼钢的国家，我们的祖先远在三千年前就掌握了一些冶铁、炼钢、铸锻和热处理的技艺，比欧洲各国要早1700多年，对世界文明与人类进步作出过重要的贡献。

钢铁对于现代化的工农业生产、交通运输、国防乃至人民生活来说，已成为最基本、最重要的材料。当前，尽管各种新型的无机材料和有机合成材料已得到很大发展。但从生产成本、广泛的适用性能等方面来看，它们还远远不能取代钢铁。因此钢铁的生产能力仍不失为衡量一个国家国力的重要标志之一。钢铁材料之所以得到如此广泛的应用是因为铁矿矿藏集中，贮藏量大，开采、冶炼比较经济，钢铁半成品冷、热变形能力强。制成品具有优良的力学性能（强度，塑性及抗冲击能力）和加工性能（切削，焊接、冷变形等）。但是与硅酸材料、高分子合成材料及某些有色金属相比，它的最大的缺点是：在大气或酸、碱、盐等各种介质条件下，易于因腐蚀而失重损耗，乃至完全破坏。

1、钢铁的腐蚀及其防止方法

1-1．腐蚀的产生及其分类

金属腐蚀是金属表面和介质之间发生化学或电化学多相反应造成的，故有化学腐烛及电化学腐蚀之分。化学腐烛是因金属表面与介质发生化学作用而引起的，它的特点是在腐蚀过程中没有电流产生。化学腐烛又可分为气体腐烛和非电解质溶液腐蚀两种。

气体腐蚀又称干蚀。是指金属在干燥气体中（表面上没有湿气冷凝）发生的腐蚀，如金属在高温加热时（轧钢，热处理）表面形成氧化皮，内燃机活塞烧坏等。非电解质溶液腐蚀是指金属与电解质溶液作用所发生的腐蚀。它的特点是在腐蚀过程中有电流产生，这是金属表面发生腐蚀电池作用的结果。通常在电化学腐蚀中规定电极电位较低的金属为阳极，电极电位较高的金属为阴极。当两种电极电位不同的金属相接触或同种金属的不同部位具有不同电极电位时，它们浸入电解质溶液（潮湿气体、海水，酸、碱、盐的水溶液或土壤等）后会形成腐蚀电池，结果作为阳极的（电极电位低的）金属由于不断失去电子并将自己的离子投入溶液而被腐蚀，而作为阴极的（电极电位高的）金属由于仅起着传递电子的作用，本身没有发生腐蚀及其它变化。

1-2．腐蚀的防止方法

人们在使用钢铁材料的过程中，逐步认识了导致钢铁腐蚀的各种内部与外部原因，已经选择了一些有条件的、暂时和相对的方法，来控制钢铁腐蚀发生和发展的速度与程度。目前可供工业性应用的防腐方法大致可分为下列四大类：

①加入合金元素，改变钢的组织结构，从而提高钢的抗腐蚀性能。在此基础上，发展了各种不锈钢、耐酸钢、耐热钢及海水用钢。在钢中添加各种合金元素在提高钢抗大气腐蚀能力方面的效果。

②使金属形成表面转化层和“永久性”表面覆层来防止腐蚀。过类方法可分为：

◆化学及电化学转化覆层——通过氧化、磷化、铬酸盐化、氟化等形成；

◆表面合金化——通过氮化、渗金属（渗铬、渗铝、渗氮等）形成；

◆金属覆层——包括电镀金属、喷镀金属、化学镀、气相镀等；

◆非金属涂层——包括无机涂覆层如搪瓷、陶瓷覆层，有机覆层如橡胶、塑料、油漆回层等。其中搪瓷、塑料等“永久性”覆层，不能去除及自动生成，故不宜作刀具，量具、轴承等的工作面。

③阴极保护，即使金属表面变成阴极。例如在海水中，用镁块作阳极与钢板联在一起，可使钢板成为阴极而不受海水腐烛。某些化工容器、塔罐和地下管道，也可用同样的方法加一阳极，通上电流，使管道、容器成为阴极而得到保护。

④“暂时性”防锈法。这是指在生产、运输和贮存钢铁制品、构件时的表面防蚀保护法，由于防锈涂层可以在使用时顺利去除，故称为“暂时性”方法。实际上，这种方法的防锈时间可长达数年，甚至十年以上。常用的有以下六种：

◆使用防锈水；

◆加工过程中采用乳化油起冷却、润滑和防锈作用；

◆使用防锈油．可防锈1～5年；

◆采用气相缓蚀剂；

◆采用环境封存技求；

◆采用可剥性塑料包装。

2．不锈钢的研究与开发

尽管钢铁材料防锈的方法很多，但对要求材料整体都有防蚀性的某些机械零件、化工容器、生活用品及其它特殊用品（如医疗用的针、手术刀具，钳和假牙等）来说．添加合金元素提高钢铁耐腐蚀性能的方法无疑是最吸引人的。不锈钢的诞生和大多数科研成果一样，并非个别人的研究结果，而是许多冶金工作者长期努力、互相借鉴，不断研究的结果。最后于本世纪初，在社会已具有一定的物质生产条件（主要是低碳铬铁的制成）以及理论研究已取得进展（主要是铁铬合金中碳耐腐烛性的影响），而产业部门又急需的情况下，不锈钢才应运而生了。从开始研究不锈钢到初步研制成攻

（1797～1910年）经历了整整一个世纪。

在本世纪初，由于理论的进展和工业发展的需要，几乎在同时好几个国家都研制成功了不锈钢。

1913年H.Brearley 在研制舰载炮炮筒用钢时发明了可硬化的不锈钢，并发表了题为《耐蚀性取决于热处理和合金成分范围》的论文。从此可硬化的铁－铬－碳合金作为实用性的不锈钢而诞生了。这就是具有淬硬性的那一系列被称为“马氏体类不锈钢”

的不锈钢。他们的研究结果表明，这种钢的成分范围是：C<0.70% Cr=9-16%，其中0.35%C,13%Cr的钢主要用于制作刀具，即现在的3Cr13（AISI420）钢。

1911年C.Dantsizen在从事电阻丝研究时研制了一种铬含量同Brearley钢相同。但碳含量较低并具有极低硬度的材料。1914年，他提出钢的成分范围应为：0．07～0．15%C，14～46%Cr，这是一种低碳铁素体Cr13系不锈钢，其成分与目前的1Cr13相似。

1924年F.M.B.eeket研制了一种含铬量更高（含25～27%Cr）的不锈钢，相当于目前的铁素体不锈耐酸钢（AISI 446）。在此同时，与铬－铁系不锈钢组织完全不同的铁一铬－镍系不锈钢也得到了发展。

1909～1912年，E.Maurez和B. Stauss在研究热电偶保护套管用钢时，对高铬钢及铬－镍钢进行了对比分析。结果在1912年将耐蚀性很高的铬－镍不锈钢商品化。他们将高铬的马氏体系不锈钢命名为“V1M”，而将奥氏体系的命名为“V2A”。后者就是今天的18－8型不锈钢的雏型，当时它的成分范围是：0.25%C，20%Cr和7%Ni。后来通过对V2A钢的耐蚀性、加工性和机械性能不断进行研究，使之发展成为现在的

1Cr18Ni9、1Cr18Ni9Ti钢（AISI 302、304）。

1910～1914年，作为现代不锈钢基础的1Cr13～4Cr13，Cr17-Cr28，18－8等马氏体、铁素体和奥氏体不锈钢都先后问世，可以说经历了一百多年的研究，人类终于找到了具有工业实用性的不锈钢雏型。从此以后，不锈钢的研究只是在腐蚀理论方面不断深入，并按日益增多的使用要求，对成分作了适当调整，从而又发展了不少新的钢种，因此可以认为，不锈钢诞生于1910～1914年，而这以后的70年，只是在此基础上不断发展完善。

3.不锈钢钢种的发展

1910～1914年诞生的组织分别为马氏体、铁素体和奥氏体的不锈钢，从化学成分来看，主要属Fe-Cr和Fe-Cr-Ni两大体系。从第一次世界大战结束到第二次世界大战结束的近三十年中（即1919年至1945年）。随着各种工业的发展，不锈钢为适应工作条件而发生了分化，即在原来两大体系三种组织状态的基础上，通过增减碳含量和添加多种其它的合金元素而衍生出了许多新型的不锈钢。从二次大站结束直至目前为止的三十多年中，主要为适应抗海水或盐类腐烛，吸收Y射线及中子、获得超高强度、节约镍等需要而发展了抗点蚀不锈钢、原子能工业用不锈钢、沉淀硬化不锈钢和锰氮