盡管鋼鐵材料(liao)(liao)防(fang)銹的(de)(de)方(fang)法(fa)很多,但對(dui)要(yao)求(qiu)材料(liao)(liao)整(zheng)體(ti)都(dou)有防(fang)銹性的(de)(de)某些機(ji)械零件、化工(gong)容(rong)器(qi)、生(sheng)活用品及(ji)其他特(te)殊用品(如醫(yi)療(liao)用的(de)(de)針(zhen)、手術(shu)刀具(ju)、鉗和假牙等)來(lai)說,添加合金元(yuan)素提高鋼鐵耐蝕性能(neng)的(de)(de)方(fang)法(fa)無疑是最吸(xi)引人的(de)(de)。
不(bu)銹(xiu)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(yan)究(jiu)不(bu)銹(xiu)(xiu)鋼到(dao)(dao)初步研(yan)制(zhi)成(cheng)功(gong)經歷了整整一個(ge)世紀(ji)。不(bu)銹(xiu)(xiu)鋼的研(yan)究(jiu)和(he)開(kai)發,大致可分為三個(ge)階段(duan)。從1797年到(dao)(dao)1878年這80多年時間,是不(bu)銹(xiu)(xiu)鋼探(tan)索的第(di)一階段(duan)。
最初研究(jiu)者已經(jing)發現,在某些條(tiao)件(jian)下(xia)鉻(ge)能(neng)(neng)提高鋼(gang)的(de)耐(nai)蝕性能(neng)(neng),并對(dui)此進行(xing)了研究(jiu)。但是由于各種條(tiao)件(jian)的(de)局限,許(xu)多人(ren)錯誤地認為(wei)鉻(ge)鋼(gang)的(de)耐(nai)腐蝕性差,其(qi)中就包括當(dang)時著名的(de)學者。因(yin)此,當(dang)時對(dui)鐵鉻(ge)合金的(de)研究(jiu)目標從耐(nai)腐蝕性轉為(wei)提高機械性能(neng)(neng),發展了一系列的(de)低鉻(ge)結構鋼(gang)、工具鋼(gang)。
1798年(nian),研(yan)究者開(kai)始了從礦(kuang)(kuang)石(shi)還原鉻的研(yan)究,并得(de)到一些結果。1820年(nian),研(yan)究者在(zai)還原鉻礦(kuang)(kuang)石(shi)時(shi)成(cheng)功地加入鐵(tie)(tie),制造出(chu)了鐵(tie)(tie)鉻合(he)金。1821年(nian),世界上最早的鉻鐵(tie)(tie)出(chu)現(xian)(xian)了,這(zhe)是(shi)研(yan)究者用(yong)(yong)一種(zhong)復雜的氧(yang)化物還原得(de)到的。這(zhe)種(zhong)鉻鐵(tie)(tie)中僅含(han)有17~60%的鉻而含(han)有非常(chang)高的碳,很接近于現(xian)(xian)代(dai)特殊鋼精煉時(shi)所(suo)用(yong)(yong)的原料。為了考核其耐蝕(shi)性,研(yan)究者用(yong)(yong)這(zhe)種(zhong)鉻鐵(tie)(tie)制造成(cheng)刀具,結果卻(que)很不理想。盡(jin)管刀具非常(chang)硬,可是(shi)卻(que)特別(bie)易(yi)生銹。顯然(ran),這(zhe)是(shi)由于合(he)金中含(han)鉻太低而含(han)碳過高。
1822年,鉻(ge)鐵耐腐蝕性(xing)的第二(er)次研(yan)(yan)究(jiu)開始了(le)(le)。研(yan)(yan)究(jiu)者(zhe)們把含(han)1%~3%鉻(ge)、1%~5%碳(tan)的鋼(gang)作為試(shi)樣材料,放(fang)在稀硫(liu)酸(suan)中,試(shi)驗了(le)(le)鉻(ge)含(han)量(liang)、酸(suan)濃度(du)等(deng)對腐蝕性(xing)的影響(xiang),但仍未獲得結果。此后,研(yan)(yan)究(jiu)者(zhe)們轉向研(yan)(yan)究(jiu)鉻(ge)含(han)量(liang)較高的鐵鉻(ge)合(he)金的耐蝕性(xing)。
1838年,有人提出“鉻含(han)量增(zeng)加時溶液中(zhong)鐵鉻合金耐腐蝕性(xing)增(zeng)加”的(de)(de)報告。1872年,研究者提出含(han)有30%~35%鉻的(de)(de)鐵,耐酸和(he)耐蝕性(xing)顯著(zhu)增(zeng)加的(de)(de)論點。
但在(zai)同(tong)一時期也有人(ren)(ren)得(de)出不同(tong)甚至錯誤的(de)(de)研(yan)(yan)究結(jie)(jie)果(guo)。1883年,有人(ren)(ren)從海(hai)水腐(fu)(fu)蝕試驗得(de)出高鉻(ge)鐵抗蝕性(xing)差的(de)(de)錯誤結(jie)(jie)論(lun)。特別應該一提(ti)的(de)(de)是(shi),1872年,英國人(ren)(ren)哈德菲爾(er)德的(de)(de)研(yan)(yan)究曾幾(ji)乎使(shi)鐵鉻(ge)合(he)金(jin)耐腐(fu)(fu)蝕性(xing)的(de)(de)研(yan)(yan)究工作(zuo)完全(quan)中斷。這位(wei)發(fa)明高錳耐磨鋼和變壓器硅鋼的(de)(de)著名冶金(jin)學(xue)家,用含(han)鉻(ge)17%、含(han)碳1%~2%的(de)(de)鐵鉻(ge)合(he)金(jin)進行耐腐(fu)(fu)蝕性(xing)試驗,他誤認為(wei)硫酸(suan)是(shi)最典型的(de)(de)腐(fu)(fu)蝕劑,故以50%的(de)(de)硫酸(suan)作(zuo)為(wei)腐(fu)(fu)蝕液,結(jie)(jie)果(guo)得(de)出了鉻(ge)是(shi)鋼抗酸(suan)性(xing)惡化(hua)的(de)(de)錯誤結(jie)(jie)論(lun)。
當時不(bu)能(neng)(neng)在不(bu)銹鋼(gang)研制(zhi)方(fang)面(mian)取得突(tu)破的(de)原因主(zhu)要是(shi): 1.當時所用的(de)鐵(tie)鉻(ge)(ge)合金(jin)含碳過高,影響了鉻(ge)(ge)發揮提高抗腐(fu)(fu)蝕性(xing)能(neng)(neng)的(de)有利作用;2.大部分研究(jiu)者所選的(de)鉻(ge)(ge)含量低,低的(de)鉻(ge)(ge)含量只能(neng)(neng)改善熱(re)處理(li)性(xing)能(neng)(neng),而不(bu)能(neng)(neng)提高抗蝕性(xing);3.當時金(jin)屬腐(fu)(fu)蝕性(xing)方(fang)面(mian)的(de)理(li)論(lun)研究(jiu)遠未成熟(shu)(shu),這(zhe)(zhe)導致(zhi)對(dui)腐(fu)(fu)蝕及抗蝕性(xing)的(de)看法絕對(dui)化,不(bu)少研究(jiu)者試(shi)圖研制(zhi)一種能(neng)(neng)耐(nai)各種酸、堿、鹽腐(fu)(fu)蝕的(de)類似鉑和金(jin)的(de)耐(nai)蝕合金(jin),其結果(guo)當然是(shi)失敗的(de)。4.理(li)論(lun)上(shang)的(de)不(bu)成熟(shu)(shu)導致(zhi)腐(fu)(fu)蝕試(shi)驗(yan)方(fang)法方(fang)面(mian)的(de)錯(cuo)誤,這(zhe)(zhe)就掩蓋了某些真(zhen)是(shi)情況。
當時由于關于鉻對鋼抗蝕性的(de)(de)作用的(de)(de)研(yan)究(jiu)受阻,故對鐵鉻合金的(de)(de)研(yan)究(jiu)方(fang)向轉向了(le)機械性能,特別是耐磨性能,而鐵鉻合金也確(que)實在這(zhe)方(fang)面獲得了(le)應用。1869年,建立了(le)鉻鋼工(gong)廠(chang),這(zhe)是最早生產鉻鋼的(de)(de)特殊鋼廠(chang),專門生產含0.5%鉻的(de)(de)低合金鋼。在19世紀(ji)后期,這(zhe)樣的(de)(de)廠(chang)商還是有好幾家,有的(de)(de)生產軍(jun)工(gong)用品(pin),有的(de)(de)制造(zao)各(ge)種堅固而美觀的(de)(de)工(gong)具,鉻含量(liang)高低不一,最多有達到(dao)25%的(de)(de)。
高錳(meng)耐磨(mo)鋼(gang)(gang)含(han)碳(tan)1.0~1.3%,錳(meng)11~14%,為奧(ao)氏體鋼(gang)(gang),該鋼(gang)(gang)機械加(jia)工(gong)困(kun)難,大多鑄造成型(xing)(xing),故(gu)典(dian)型(xing)(xing)牌號(hao)為ZGMn13。該種(zhong)鋼(gang)(gang)在較強烈的沖擊(ji)摩擦條件下具有高耐磨(mo)性(xing)和抗(kang)沖擊(ji)能力,且不會(hui)發生冷脆(cui)。高錳(meng)耐磨(mo)鋼(gang)(gang)主要作鐵路(lu)道叉、坦克、拖拉機履帶、碎石機顎(e)板、挖掘機鏟斗斗齒(chi)以及防彈鋼(gang)(gang)板、保險箱鋼(gang)(gang)板等。