不锈钢的发明与发展历程

 

  不锈钢是指主加元素铬含量能使钢处于钝化状态,又具有不锈特性的钢。为此,不锈钢(Cr)含量应高于12%(不锈钢是一类以Fe-Cr、Fe-Cr-C、Fe-Cr-Ni为合金系的高合金钢,作为此类的钢必须含有质量分数不低于10.5%的铬,含有这个最低铬含量的钢在其表面可以形成一个惰性氧化物层,这个惰性氧化物层可以保护内层的金属在不含腐蚀介质的空气中不被氧化和腐蚀。某些铬的质量分数低于11%的钢,比如用于电站的(Cr)=9%铬的合金钢有时也被划为不锈钢,同时也要指出某些(Cr)=12%的钢,甚至更高铬含量的钢,暴露在空气中也会生锈。这是因为某些铬被结合成碳化物或其他化合物而降低了母材中的铬含量,使其低于形成连续氧化物保护层所必须的铬含量水平,如25%Cr-4%C)。此时,钢的表面能迅速形成致密的Cr2O3氧化膜,使钢的电极电位和在氧化性介质中的耐蚀性发生突变性提高。在非氧化介质(HCl、H2SO4)中,铬的作用并不明显,除了铬外,不锈钢中还须加入能使钢钝化的镍、钼等其它元素。通常所说的不锈钢实际是不锈钢和耐酸钢的总称,不锈钢一般泛指在大气、水等弱酸、碱、盐等强腐蚀介质中耐蚀的钢。两者在化学成分上的共同特点是(Cr)均在12%以上,但由于合金化的差异,不锈钢并不一定耐酸,而耐酸钢一般具有良好的不锈钢性能。


早期不锈钢发明历史如下:


  1、 1821:法国人Berthier 进行在钢中加铬的试验;


  2、 1897:德国人Goldschmidt开发了生产低碳含铬合金钢的技术;


  3、 1904~1909:在法国和德国生产了(Cr)=13%和17%的合金钢;


  4、 1913:英国人Brearly在Thomas Firth and Sons公司浇铸了第一块商业铸锭,铸件号No.1008,成分(质量分数):0.24%C、0.2%Si、0.44%Mn、12.86%Cr。


  5、 1916:9月5日美国(Cr)=9%~16%,(Cr)<0.7%的钢发布专利:专利号1,197,256。


    把铬加到钢中并揭示其耐腐蚀的有利效应要归功于法国人Berthier,他在1821年开发了一种(Cr)=1.5%的合金并建议用于餐刀。然而对这种钢的早期实验发现:随铬含量增加其成型性剧烈变坏(由于早期合金的碳含量很高),因而直到20世纪初期开发这种钢的兴趣仍然不大。对于耐蚀钢的兴趣在1900年到1915年期间又重新兴起,很多冶金学家为开发耐蚀钢而获得信贷。这各重新兴起开发耐蚀钢活动的催化剂是1897年Goldschmidt在德国开发了生产低碳含铬合金钢的技术。随后不久Guillet(1904), Portevin(1909) 和Giesen(1909)等发表了描述(Cr)=13%的马氏体不锈钢和(Cr)=18%的铁素体不锈钢的微观组织和性能的论文。1909年Guillet还发表了一篇关于铬-镍钢研究的论文,这种钢的奥氏体类不锈钢的前驱。


   英国人Brearly被认为是不锈钢的发明者,当时是为了研究由(Cr)=5%钢制作的来复枪枪膛因内部腐蚀而失效的问题,通过研究在1913年8月他铸成了成份(质量分数)为12.86%Cr, 0.25%C, 0.20%Si, 和0.44%Mn的合格铸锭。这种钢被用来制造了12个实验枪管,虽然并没有像所期望的那样改进枪管的腐蚀问题,但其中某些材料被用来制造餐刀刀片而开始了应用不锈钢的纪元。


  

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