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不锈钢一、不锈钢的发展历史毕业于英国谢菲尔德大学的著名冶金科学家亨利·布雷尔利（HarryBrearley）于20世纪初期发明了不锈钢。不锈钢的发明和使用，要追溯到第一次世界大战时期。英国科学家布享利·布雷尔利受英国政府军部兵工厂委托，研究武器的改进工作。那时，士兵用的步枪枪膛极易磨损，布雷尔利想发明一种不易磨损的合金钢。布雷尔利发明的不锈钢于1916年取得英国专利权并开始大量生产，至此，从垃圾堆中偶然发现的不锈钢便风靡全球，亨利·布雷尔利也被誉为“不锈钢之父”。第一次世界大战时，英国在战场上的枪枝，总是因枪膛磨损不堪使用而运回后方。军工生产部门命令研制高强度耐磨合金钢的布雷尔利，专门研究解决枪膛的磨损问题。布雷尔利和其助手搜集了国内外生产的各种型号的钢材，各种不同性质的合金钢，在各种不同性质的机械上进行性能实验，然后选择出较为适用的钢材制成枪枝。一天，他们实验了一种含大量铬的国产合金钢，经耐磨实验后，查明这种合金并不耐磨，说明这不能制造枪枝，于是，他们记录下实验结果，往墙角一扔了事。几个月后的一天，一位助手拿着一块铮光发亮的钢材兴冲冲跑来对布雷尔利说：“先生，这是我在清理仓库时发现的毛拉先生送来的合金钢，您是否实验一下，看它到底有什么特殊作用！”“好！”布雷尔利看着光亮耀眼的钢材，高兴地说。实验结果证明：它是一块不怕酸、碱、盐的不锈钢。这种不锈钢是德国的毛拉在1912年发明的，然而，毛拉却并不知道这种不锈钢有什么用途。布雷尔利心里盘算道：“这种不耐磨却耐腐蚀的钢材，不能制枪枝，是否可以做餐具呢？”他说干就干，动手作制了不锈钢的水果刀、叉、勺、果盘及折叠刀等。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功（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：C0.70%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（AISI446）。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（AISI302、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。二、分类不锈钢的分类方法很多。按室温下的组织结构分类：有马氏体型、奥氏体型、铁素体和双相不锈钢；按主要化学成分分类：基本上可分为铬不锈钢、铬镍不锈钢和铬锰氮不锈钢；按用途分则有耐硝酸不锈钢、耐硫酸不锈钢、耐海水不锈钢等；按耐蚀类型分可分为耐点蚀不锈钢、耐应力腐蚀不锈钢、耐晶间腐蚀不锈钢等；在实际应用中，常按组织结构和化学元素两者结合的分类方法，如：五类：马氏体不锈钢，铁素体不锈钢，奥氏体不锈钢，双相不锈钢和沉淀硬化不锈钢。两类：铬不锈钢和铬镍不锈钢。1、铁素体不锈钢：含铬12%～30%。其耐蚀性、韧性和可焊性随含铬量的增加而提高，耐氯化物应力腐蚀性能优于其他种类不锈钢。属于这一类的有Crl7、Cr17Mo2Ti、Cr25，Cr25Mo3Ti、Cr28等。铁素体不锈钢因为含铬量高，耐腐蚀性能与抗氧化性能均比较好，但机械性能与工艺性能较差，多用于受力不大的耐酸结构及作抗氧化钢使用。这类钢能抵抗大气、硝酸及盐水溶液的腐蚀，并具有高温抗氧化性能好、热膨胀系数小等特点，用于硝酸及食品工厂设备，也可制作在高温下工作的零件，如燃气轮机零件等。2、奥氏体不锈钢：含铬大于18%，还含有8%左右的镍及少量钼、钛、氮等元素。综合性能好，可耐多种介质腐蚀。奥氏体不锈钢的常用牌号有1Cr18Ni9、0Cr19Ni9等。0Cr19Ni9钢的Wc0.08%，钢号中标记为“0”。这类钢中含有大量的Ni和Cr，使钢在室温下呈奥氏体状态。这类钢具有良好的塑性、韧性、焊接性、耐蚀性能和无磁性，在氧化性和还原性介质中耐蚀性均较好，用来制作耐酸设备，如耐蚀容器及设备衬里、输送管道、耐硝酸的设备零件等，另外还可用作不锈钢钟表饰品的主体材料。奥氏体不锈钢一般采用固溶处理，即将钢加热至1050～1150℃，然后水冷或风冷，以获得单相奥氏体组织。3、奥氏体-铁素体双相不锈钢：兼有奥氏体和铁素体不锈钢的优点，并具有超塑性。奥氏体和铁素体组织各约占一半的不锈钢。在含C较低的情况下，Cr含量在18%~28%，Ni含量在3%~10%。有些钢还含有Mo、Cu、Si、Nb、Ti，N等合金元素。该类钢兼有奥氏体和铁素体不锈钢的特点，与铁素体相比，塑性、韧性更高，无室温脆性，耐晶间腐蚀性能和焊接性能均显著提高，同时还保持有铁素体不锈钢的475℃脆性以及导热系数高，具有超塑性等特点。与奥氏体不锈钢相比，强度高且耐晶间腐蚀和耐氯化物应力腐蚀有明显提高。双相不锈钢具有优良的耐孔蚀性能，也是一种节镍不锈钢。4、马氏体不锈钢：强度高，但塑性和可焊性较差。马氏体不锈钢的常用牌号有1Cr13、3Cr13等，因含碳较高，故具有较高的强度、硬度和耐磨性，但耐蚀性稍差，用于力学性能要求较高、耐蚀性能要求一般的一些零件上，如弹簧、汽轮机叶片、水压机阀等。这类钢是在淬火、回火处理后使用的。5、沉淀硬化不锈钢：基体为奥氏体或马氏体组织，沉淀硬化不锈钢的常用牌号有04Cr13Ni8Mo2Al等。其能通过沉淀硬化（又称时效硬化）处理使其硬（强）化的不锈钢。最常用的不锈钢钢种有：马氏体不锈钢Cr13型：1Cr13，2Cr13，1Cr13和41Cr13，其中1Cr13含有铁素体是半马氏体钢9Cr18型：不锈工具类1Cr17Ni2型：强韧性优铁素体不锈钢低Cr11～15%Cr,0Cr13等中Cr16～20%Cr,1Cr17等高Cr21～30%Cr奥氏体不锈钢(占总产量之70%以上)0Cr18Ni91Cr18Ni91Cr18Ni9Ti(Я1T)0Cr18Ni9Ti(Я0)00Cr18Ni9Ti主要钢号：0Cr13410001Cr17Ni73011Cr134101Cr18Ni93022Cr134200Cr18Ni93043Cr1300Cr19Ni10304L1Cr17Ni24310Cr17Ni12Mo23169Cr18440C00Cr17Ni14Mo2316L0Cr174300Cr19Ni13Mo331700Cr17430LX(日)00Cr19Ni13Mo3317L1Cr17Mn6Ni5N2011Cr18Mn8Ni5N202三、用途304:由于具有较好的耐腐蚀性，强度高，寿命长，并且有良好的色泽和表面光泽度，因此作为不锈耐热钢使用最广泛，适用于食品用设备，一般化工设备，特别是装饰行业例如不锈钢围栏。其中0Cr18Ni9是0Cr19Ni9的节Cr钢种316、317系列：与0Cr18Ni9相比Mo的合金化使钢耐酸性和耐氯化物孔蚀的性能明显提高，被用于的石油、化工、化肥等工业的设备、容器、管道等部件。301系列：该钢种在大气条件下具有较好的耐腐蚀性，冷加工后强度和硬度较高，应用于不生锈的条件下承受较高载荷的设备或构件。例如铁道车辆和传动带螺栓螺母以及弹簧件321系列：作焊芯、抗磁仪表、医疗器械、耐酸容器、设备衬里及输送管道等设备和零件。430：具有良好耐腐蚀性的通用钢种，用于建筑内的装饰、重油燃烧器部件、家庭用具、家用电器部件。409：焊接性能好，用于汽车排气处理装置。例如长春一汽所生产的红旗轿车排气管使用的就是我厂生产的00Cr12Ti不锈钢。不锈钢中各种元素的作用目前已知的化学元素有100多种，在工业中常用的钢铁材料中可以遇到的化学元素约二十多种。对于人们在与腐蚀现象作长期斗争的实践而形成的不锈钢这一特殊钢系列来说，最常用的元素有十几种，除了组成钢的基本元素铁以外，对不锈钢的性能与组织影响最大的元素是：碳、铬、镍、锰、硅、钼、钛、铌、钛、锰、氮、铜、钴等。这些元素中除碳、硅、氮以外，都是化学元素周期表中位于过渡族的元素。实际上工业上应用的不锈钢都是同时存在几种以至十几种元素的，当几种元素共存于不锈钢这一个统一体中时，它们的影响要比单独存在时复杂得多，因为在这种情况下不仅要考虑各元素自身的作用，而且要注意它们互相之间的影响，因此不锈钢的组织决定于各种元素影响的总和。1.铬在不锈钢中的决定作用决定不锈钢性属的元素只有一种，这就是铬，每种不锈钢都含有一定数量的铬。迄今为止，还没有不含铬的不锈钢。铬之所以成为决定不锈钢性能的主要元素，根本的原因是向钢中添加铬作为合金元素以后，促使其内部的矛盾运动向有利于抵抗腐蚀破坏的方面发展。这种变化可以从以下方面得到说明：①铬使铁基固溶体的电极电位提高②铬吸收铁的电子使铁钝化钝化是由于阳极反应被阻止而引起金属与合金耐腐蚀性能被提高的现象。构成金属与合金钝化的理论很多，主要有薄膜论、吸附论及电子排列论。2.碳在不锈钢中的两重性碳是工业用钢的主要元素之一，钢的性能与组织在很大程度上决定于碳在钢中的含量及其分布的形式，在不锈钢中碳的影响尤为显著。碳在不锈钢中对组织的影响主要表现在两方面，一方面碳是稳定奥氏体的元素，并且作用的程度很大（约为镍的30倍），另一方面由于碳和铬的亲和力很大，与铬形成—系列复杂的碳化物。所以，从强度与耐腐烛性能两方面来看，碳在不锈钢中的作用是互相矛盾的。总的来讲，目前工业中获得应用的不锈钢的含碳量都是比较低的，大多数不锈钢的含碳量在0.1～0.4％之间，耐酸钢则以含碳0.1～0.2％的居多。含碳量大于0.4％的不锈钢仅占钢号总数的一小部分，这是因为在大多数使用条件下，不锈钢总是以耐腐蚀为主要目的。此外，较低的含碳量也是出于某些工艺上的要求，如易于焊接及冷变形等。3.镍在不锈钢中的作用是在与铬配合后才发挥出来的：镍是优良的耐腐蚀材料，也是合金钢的重要合金化元素。镍在钢中是形成奥氏体的元素，但低碳镍钢要获得纯奥氏体组织，含镍量要达到24％；而只有含镍27％时才使钢在某些介质中的耐腐蚀性能显著改变。所以镍不能单独构成不锈钢。但是镍与铬同时存在于不锈钢中时，含