不锈钢知识（二）——不锈钢的发明者和历史

2012-08-01 13:54:09 作者：购看网 来源：门窗知识 网友评论 0 条

人们对不锈钢都不会感到陌生，在日常生活中使用的茶杯、炒菜烧饭用的炊具及餐具、居室的装饰窗，甚至身上挂着的钥匙扣，不少制品都是用不锈钢材料制成的。它是一种特殊材料，在现代化工业建设、化工设备、医疗、国防乃至航天飞船及尖端科技等各个领域都得到了广泛应用。那么，神通广大的金属材料&mdashmdash;不锈钢是怎样诞生的呢?

19世纪最伟大的发现之一是如何炼钢。这种金属是铁和数量受一定控制的碳的混合物。它容易生产，而且非常坚硬。工程师们把钢广泛用在19世纪生产的许多新机器上。但是钢有一个大问题，它容易生锈。那些经持续敲打和暴露在湿气中的工具，会很快腐蚀。随着时间的推移，科学家们试图通过使其他金属与钢相熔合，形成各种抗锈合金，去寻找到解决这一问题的途径。

在第一次世界大战前夕，呛人的战争火药味已弥漫欧陆大地，英国政府为实战需要，决定研制一种耐磨、耐高温的枪膛钢材，以改进武器。于是，他们将冶炼钢的任务交给了冶金专家亨利·布雷尔利(Harry Brearley)。

我们知道冶炼钢铁需加人某种化学元素，依据其含量的比例，才能获得人们所需的各种具有硬度、强度、韧性、塑性及耐磨、耐热、耐酸等机械性能、物理性能和化学性能的金属材料。布列尔带领助手，进行多种配方的冶炼试验，但炼出的钢经测试检验都未能达到制造枪膛材料的规定要求。布列尔并不气馁，重新研究与修正添加化学元素的配比，继续进行制造枪膛用钢的冶炼。

布列尔的冶炼试验工作进程并不顺利，一次又一次地失败，他们将这些不符合要求的钢块都丢弃到试验场的露天墙角边。随着时间的推移废钢也越堆越高，成了一座小山似的废钢历经日晒雨淋，变得锈迹斑斑。一天，试验人员决定对这批废弃试件进行清理。在搬运时，人们发现在这堆被腐蚀的钢件中却有几块废钢闪闪发亮。为什么这几块钢没有出现锈迹?布列尔检起后反复观察检验着，也感到诧异不解。为揭开这件怪事的谜团，他决定对这几块怪钢进行研究。

布列尔仔细回忆，并反复查阅炼钢试验记录，但试验次数太多已追溯不到这几块钢的确切冶炼时间与配方。为了查明它的化学元素成分含量，布列尔决定对它进行化验。经检测分析结果这是一块铁铬合金，其含碳 0.24%、铬12.8%。布列尔喜出望外，他继续研究，进行水、酸、碱等腐蚀性试验。结果证明，他曾在冶炼试验中产生的铁铬合金却具有任何时候都不易锈蚀的特点， 1912年不锈钢就此被发现了。

科学探索是充满艰辛而又乏味的工作，同时也充满了趣味性和偶然性。人们都说不锈钢是冶金专家布列尔歪打正着的一项“发明”，是研制枪膛钢金属材料而搞出的“副产品”。1915年，布列尔的不锈钢发现成果在美国取得了专利;1916年该成果又获英国专利。此时，布列尔与莫斯勒合伙创办了一家生产不锈钢餐具的工厂，将科技成果转化为生产力。由于新颖的不锈钢餐具深受人们欢迎而风靡欧洲，后来又传遍全世界。由此，布列尔也赢得极高的声誉，他被尊称为“不锈钢之父”。

然而，布列尔并不是不锈钢的第一个发现者。20世纪初，法国居耶和波鲁兹两位工程师已经发现铁中掺入铬之后的金属具有光亮和可抗腐蚀性，因为当时不知道这种合金有何用处，便轻率地将它扔掉了。1912年，美国的赫莫斯也搞出了不锈钢。同时期的德国冶金专家舒特劳斯和毛勒亦发现在冶炼中加入铬、镍可制成不会生锈的钢材。他们的发现几乎与英国的布列尔是站在同一起跑线上，可是对观察发现的奇异现象，他们都没有问一个“为什么?”却在步入继续研究的科学大门前停止了脚步，因而与首次发现不锈钢的荣誉桂冠和加以开发利用获得巨大经济效益擦肩而过。

在金属材料学中，不锈钢属特殊性能钢，它主要用作在特殊环境下的制品构件或工作零件。那么，不锈钢的奥秘在哪里呢?原来具有特殊物理和化学性能的不锈钢，在冶炼中加入合金元素，如其中有钼、钛、铜、钻、镍、铌、锰和碳等元素，但铬化学成分含量须确保在12.0%- 19.0%范围内。根据所加的合金元素，不锈钢分为铬不锈钢和镍铬不锈钢;按照不锈钢的金相组织特点又可分为马氏体型、铁素体型、奥氏体型和沉淀硬化型。随着科学技术日新月异的发展，至今不锈钢类型牌号已达100多种，例如不仅具有能在空气中耐锈蚀，还具有耐酸功能，这类不锈钢被称作耐酸钢。

由于所有的不锈钢都由其组成的元素成分含量决定，因此不是任何一种不锈钢都能抵抗各种介质侵袭腐蚀：通常所说的不锈钢只能防御大气暴露腐蚀(温度、湿度、日照、降雨量及大气污物等的腐蚀)，且日久也会出现表面泛色，甚至出现锈迹。但这些瑕疵抹杀不了不锈钢业绩的光辉，也动撼不了被奠定广阔用途的地位。人们誉称不锈钢，它是20世纪改变人类文明进程的一项重大科学发现。

而日后其它研究者发现，为增强不锈钢的延展性和可成型性，将不锈钢都加入镍以达此功效。而为降低成本研究者之后又得到标准的不锈钢其铬含量可少于原先14%但不得少于10.5%。最后研究出其质精纯、表面亮度佳#304(沿习了日本的不锈钢产品编号)即是18-10，18即表示此不锈钢中含铬18%，10即表示此不锈钢中含镍10%，而其余72%即为铁的含量。

不锈钢的发明是世界冶金史上的一项重大成就。20世纪初，吉耶(L.B.Guillet)于1904年—1906年和波特万(A.M.Portevin)于1909—1911年在法国;吉森(W.Giesen)于1907—1909年在英国分别发现了Fe—Cr和Fe—Cr-Ni合金的耐腐蚀性能。蒙纳尔茨(P.Moartz)于1908-1911年在德国提出了不锈性和钝化理论的许多观点。工业用不锈钢的发明者有：布里尔利(H.Brearly)1912—1913年在英国开发了含Cr12%—13%的马氏体不锈钢;丹齐曾(C.Dantsizen)1911—1914年在美国开发了含Cr14%—16%，C 0.07% —0.15%的铁素体不锈钢;毛雷尔(E.Maurer)和施特劳斯(B.Strau)1912—1914年在德国开发了含C<1%，Cr 15%—40%，Ni<20%的奥氏体不锈钢。1929年，施特劳斯(B.Strau)取得了低碳18-8(Cr-18%，Ni-8%)不锈钢的专利权。为了解决18-8钢的敏化态晶间腐蚀，1931年德国的霍德鲁特(E.Houdreuot)发明了含Ti的18-8不锈钢(相当于现在的1Cr18Ni9Ti或AISI 321)。几乎与此同时，在法国的Unieux实验室发现了奥氏体不锈钢中含有铁素体时，钢的耐晶间腐蚀性能会得到明显改善，从而开发了γ+α双相不锈钢。1946年，美国的史密斯埃塔尔(R.Smithetal)研制了马氏体沉淀硬化型不锈钢17-4PH;随后既具有高强度又可进行冷加工成形的半奥氏体沉淀硬化不锈钢17-7PH和PH15-7Mo等相继问世。至此，不锈钢家族中的主要钢类，即马氏体、铁素体、奥氏体、α+γ双相以及沉淀硬化型等不锈钢种便基本齐全了，且一直延续到现在。当然，40-50年代，节Ni的Cr-Mn-N和Cr-Mn-Ni-N不锈钢，超低碳(C≤0.03%)奥氏体不锈钢;60年代，γ:α近于1的α+γ双相不锈钢和C+le;150m的高纯铁素体不锈钢以及马氏体时效不锈钢的出现，虽然也属于不锈钢领域内的重大进展，但是，这些新钢种本质上仍属于前述五大类不锈钢，仅仅是具体钢类中某些钢种的新发展。不锈钢中，除C，Cr,Ni等元素外，根据不同用途对性能的要求，进一步用Mo,Cu,Si,N,Mn,,Ti等元素合金化或进一步降低钢中的C,Si,Mn,S,P等元素，又研制出许多新钢种。例如，为解决氯化物的点蚀、缝隙腐蚀用的高纯、高铬钼铁素体不锈钢00Cr25Ni4Mo4，,00Cr29Mo4Ni2,00Cr30Mo2和高Mo含N的Cr-Ni双相不锈钢00Cr25Ni7Mo3N，00Cr25Ni7Mo3CuN等;为提高低碳、超低碳Cr-Ni奥氏体不锈钢的强度和耐蚀性而出现的控氮不锈钢;为提高Cr-Ni奥氏体不锈钢耐局部腐蚀性能并抑制钢中金属间相的析出而研制的高Cr，Mo且高氮量的超级奥氏体不锈钢，如00Cr25Ni20Mo6CuN，00Cr24Ni22Mo7Mn3Cu为耐发烟硝酸以及耐浓硫酸(93%—98%)而发展的高硅(Si—6%)不锈钢。此外还有一些专用不锈钢问世，例如核能级，硝酸级、尿素级、食品级不锈钢等等。据统计，世界范围内已纳入各种标准(包括厂标)的牌号已有百余种，而未纳标的非标准牌号就更多了。尽管如此，目前各工业先进国家大量生产和广泛应用的不锈钢牌号，仅限于马氏体、铁素体和奥氏体类的近十几个牌号。

如今使用的各种不锈钢有100多种类型，具有铬、镍和其他金属的不同比例。所有这些钢都有着独特的性能，例如寒冷时也容易成形，或者具有抗撞击、抗铁锈的能力。