盡管(guan)鋼(gang)(gang)鐵材(cai)料(liao)防銹(xiu)的(de)(de)方法很多,但(dan)對要求材(cai)料(liao)整體都(dou)有(you)防銹(xiu)性的(de)(de)某些機械零件(jian)、化工容器、生活(huo)用品及(ji)其他特(te)殊用品(如醫(yi)療(liao)用的(de)(de)針(zhen)、手(shou)術(shu)刀(dao)具(ju)、鉗和假(jia)牙等)來說,添加合金元素(su)提高鋼(gang)(gang)鐵耐蝕性能的(de)(de)方法無疑是最吸引(yin)人的(de)(de)。
不(bu)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(yan)究(jiu)不銹(xiu)鋼到(dao)初步研(yan)制成功經歷了整整一個世紀(ji)。不銹(xiu)鋼的研(yan)究(jiu)和開(kai)發,大(da)致可分為(wei)三個階段(duan)。從1797年(nian)到(dao)1878年(nian)這80多年(nian)時間,是不銹(xiu)鋼探索的第一階段(duan)。
最初研究者已經發現,在某些條(tiao)件下鉻(ge)能提高(gao)(gao)鋼(gang)的(de)耐蝕性(xing)能,并對(dui)此(ci)進行(xing)了研究。但是由于各種條(tiao)件的(de)局限,許多人(ren)錯誤(wu)地認為鉻(ge)鋼(gang)的(de)耐腐蝕性(xing)差,其中(zhong)就包括(kuo)當時著名(ming)的(de)學者。因此(ci),當時對(dui)鐵鉻(ge)合金的(de)研究目標從耐腐蝕性(xing)轉為提高(gao)(gao)機械性(xing)能,發展了一系(xi)列的(de)低鉻(ge)結構鋼(gang)、工具鋼(gang)。
1798年(nian),研(yan)(yan)究(jiu)者開始了從(cong)礦石還原(yuan)鉻(ge)的研(yan)(yan)究(jiu),并得到(dao)一些結果。1820年(nian),研(yan)(yan)究(jiu)者在還原(yuan)鉻(ge)礦石時成功(gong)地加入鐵(tie),制(zhi)造出了鐵(tie)鉻(ge)合金。1821年(nian),世界上最早(zao)的鉻(ge)鐵(tie)出現(xian)了,這是研(yan)(yan)究(jiu)者用(yong)一種(zhong)復(fu)雜(za)的氧化物還原(yuan)得到(dao)的。這種(zhong)鉻(ge)鐵(tie)中僅含(han)有(you)17~60%的鉻(ge)而含(han)有(you)非常高的碳,很接近于(yu)現(xian)代特(te)殊鋼精煉時所用(yong)的原(yuan)料。為了考核其耐蝕(shi)性,研(yan)(yan)究(jiu)者用(yong)這種(zhong)鉻(ge)鐵(tie)制(zhi)造成刀具,結果卻很不理想。盡管刀具非常硬,可是卻特(te)別易生銹。顯然(ran),這是由(you)于(yu)合金中含(han)鉻(ge)太低而含(han)碳過(guo)高。
1822年,鉻(ge)鐵耐(nai)腐蝕性的(de)(de)(de)第二次研(yan)究(jiu)開始了。研(yan)究(jiu)者們(men)把含(han)1%~3%鉻(ge)、1%~5%碳的(de)(de)(de)鋼作為試樣材料,放在稀硫酸中,試驗了鉻(ge)含(han)量、酸濃(nong)度等對腐蝕性的(de)(de)(de)影響,但仍未獲(huo)得結果(guo)。此后,研(yan)究(jiu)者們(men)轉向研(yan)究(jiu)鉻(ge)含(han)量較高的(de)(de)(de)鐵鉻(ge)合(he)金的(de)(de)(de)耐(nai)蝕性。
1838年(nian),有(you)人提出“鉻含量增加時溶(rong)液中鐵鉻合金耐腐(fu)蝕性(xing)增加”的報告。1872年(nian),研究(jiu)者提出含有(you)30%~35%鉻的鐵,耐酸(suan)和耐蝕性(xing)顯(xian)著增加的論點(dian)。
但在同(tong)一時期(qi)也(ye)有(you)人得(de)(de)出(chu)不同(tong)甚(shen)至錯(cuo)誤(wu)的(de)(de)(de)研(yan)究(jiu)(jiu)結(jie)果。1883年(nian),有(you)人從(cong)海水腐(fu)(fu)蝕(shi)(shi)試驗得(de)(de)出(chu)高鉻(ge)(ge)鐵抗蝕(shi)(shi)性(xing)差的(de)(de)(de)錯(cuo)誤(wu)結(jie)論(lun)。特別應該一提的(de)(de)(de)是(shi),1872年(nian),英國人哈德菲爾德的(de)(de)(de)研(yan)究(jiu)(jiu)曾(ceng)幾乎使鐵鉻(ge)(ge)合(he)金耐腐(fu)(fu)蝕(shi)(shi)性(xing)的(de)(de)(de)研(yan)究(jiu)(jiu)工(gong)作(zuo)完全中斷。這位發明高錳(meng)耐磨鋼和變壓器硅(gui)鋼的(de)(de)(de)著名(ming)冶(ye)金學家,用含鉻(ge)(ge)17%、含碳1%~2%的(de)(de)(de)鐵鉻(ge)(ge)合(he)金進行耐腐(fu)(fu)蝕(shi)(shi)性(xing)試驗,他誤(wu)認(ren)為硫(liu)酸是(shi)最典型(xing)的(de)(de)(de)腐(fu)(fu)蝕(shi)(shi)劑,故(gu)以(yi)50%的(de)(de)(de)硫(liu)酸作(zuo)為腐(fu)(fu)蝕(shi)(shi)液,結(jie)果得(de)(de)出(chu)了鉻(ge)(ge)是(shi)鋼抗酸性(xing)惡化的(de)(de)(de)錯(cuo)誤(wu)結(jie)論(lun)。
當時(shi)不(bu)(bu)能(neng)(neng)(neng)在不(bu)(bu)銹鋼研(yan)制方面取(qu)得突破的(de)(de)(de)原(yuan)因(yin)主要是(shi)(shi): 1.當時(shi)所(suo)用的(de)(de)(de)鐵鉻(ge)合金含(han)碳(tan)過高(gao),影響了鉻(ge)發(fa)揮提高(gao)抗(kang)腐蝕性(xing)能(neng)(neng)(neng)的(de)(de)(de)有利作用;2.大部分研(yan)究(jiu)者所(suo)選(xuan)的(de)(de)(de)鉻(ge)含(han)量低,低的(de)(de)(de)鉻(ge)含(han)量只能(neng)(neng)(neng)改(gai)善熱處(chu)理(li)性(xing)能(neng)(neng)(neng),而不(bu)(bu)能(neng)(neng)(neng)提高(gao)抗(kang)蝕性(xing);3.當時(shi)金屬腐蝕性(xing)方面的(de)(de)(de)理(li)論研(yan)究(jiu)遠未成熟,這導(dao)致對(dui)腐蝕及抗(kang)蝕性(xing)的(de)(de)(de)看法(fa)絕對(dui)化,不(bu)(bu)少研(yan)究(jiu)者試(shi)圖(tu)研(yan)制一種能(neng)(neng)(neng)耐(nai)各種酸、堿、鹽腐蝕的(de)(de)(de)類似鉑和金的(de)(de)(de)耐(nai)蝕合金,其結果當然是(shi)(shi)失敗的(de)(de)(de)。4.理(li)論上的(de)(de)(de)不(bu)(bu)成熟導(dao)致腐蝕試(shi)驗方法(fa)方面的(de)(de)(de)錯誤,這就掩蓋了某些真是(shi)(shi)情況(kuang)。
當時由于(yu)關于(yu)鉻對鋼(gang)抗蝕性的(de)作用的(de)研究(jiu)受阻(zu),故對鐵鉻合金(jin)的(de)研究(jiu)方向轉(zhuan)向了機械性能(neng),特(te)(te)別(bie)是(shi)耐磨性能(neng),而(er)鐵鉻合金(jin)也確(que)實在(zai)這方面獲得了應用。1869年,建立了鉻鋼(gang)工廠,這是(shi)最早(zao)生(sheng)產鉻鋼(gang)的(de)特(te)(te)殊鋼(gang)廠,專門生(sheng)產含0.5%鉻的(de)低(di)合金(jin)鋼(gang)。在(zai)19世紀后(hou)期,這樣的(de)廠商還是(shi)有(you)(you)好幾家,有(you)(you)的(de)生(sheng)產軍工用品,有(you)(you)的(de)制造各種堅固而(er)美觀(guan)的(de)工具(ju),鉻含量高(gao)低(di)不一(yi),最多有(you)(you)達(da)到25%的(de)。
高(gao)錳(meng)耐(nai)磨(mo)(mo)鋼含碳1.0~1.3%,錳(meng)11~14%,為奧氏(shi)體鋼,該鋼機(ji)械加工困難(nan),大多(duo)鑄造(zao)成(cheng)型,故典(dian)型牌號(hao)為ZGMn13。該種鋼在較強烈的沖擊摩(mo)擦條件下具有高(gao)耐(nai)磨(mo)(mo)性和抗沖擊能力,且不會(hui)發生冷脆。高(gao)錳(meng)耐(nai)磨(mo)(mo)鋼主要作(zuo)鐵路(lu)道叉(cha)、坦克、拖拉機(ji)履帶、碎石機(ji)顎板、挖掘機(ji)鏟(chan)斗斗齒(chi)以(yi)及防彈鋼板、保險(xian)箱鋼板等。