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不銹鋼發(fā)明

不銹鋼的發(fā)明，被譽為20世紀世界冶金史上的一項偉大成就。法國、英國、德國、美國等國家的研究機構、冶金學家為此做出了重要貢獻。其中，法國L.B.Guillet教授堪稱是第yi個從冶金學和力學角度研究不銹鋼的人。他于1904年發(fā)表的研究成果中，有些屬于現(xiàn)代馬氏體不銹鋼和鐵素體不銹鋼的合金。他于1906年發(fā)表的鐵-鉻-鎳奧氏體合金的研究成果，化學成分與奧氏體不銹鋼相似。德國的Philip Monnartz 1911年發(fā)表的研究成果，發(fā)現(xiàn)了鋼中鉻含量不小于12%并控制碳含量時的鈍化現(xiàn)象，揭示了不銹的原因。 以下著重就幾個對不銹鋼發(fā)展發(fā)揮了重大作用的商用不銹鋼牌號的發(fā)明做簡要介紹。 馬氏體鉻不銹鋼的發(fā)明——“不銹鋼之父”Harry Brearley，1913年 在英國謝菲爾德兩家鋼廠聯(lián)合成立的Firth Brown實驗室擔任首屆主任的英國分析化學家和冶金學家Harry Brearley，在為研究解決來復槍管腐蝕和結垢問題的過程中，于1913年8月20日冶煉了一爐含鉻12.86%、碳0.24%的鋼（馬氏體不銹鋼420的雛形）。但這種鋼被證實對來復槍管性能的改進并不理想，后于1914年成功被當?shù)氐毒邚S用于制造刀具。所制造的刀具上還首次沖壓上了含有“stainless”的字樣。這種鋼廣泛受到當?shù)氐毒邩I(yè)的歡迎，并成功取代原先使用的碳鋼材料。這是不銹鋼在全球首次實現(xiàn)商業(yè)化生產，因而Harry Brearley被譽為“不銹鋼之父”。Harry Brearley先后于1915年、1916年在加拿大、美國取得該發(fā)明的專利權。 法國L.B.Guillet 1904年發(fā)表的研究成果中，有一些屬于馬氏體不銹鋼的合金。 鐵素體鉻不銹鋼的發(fā)明——美國Dantsizen，1911年 美國通用電氣公司試驗室的Christian Dantsizen，1911年為電燈泡用引線成功研發(fā)了含鉻14-16%、碳0.07-0.15%的合金（著名鐵素體不銹鋼430的前期），并于1914年用于制造蒸汽透平機葉片。 法國Albert M. Portevin 1911年發(fā)表的研究成果中，包括含鉻17.38%、碳0.12%的合金（即后來著名的鐵素體不銹鋼430）。 法國L.B.Guillet 1904年發(fā)表的研究成果中，有一些屬于鐵素體不銹鋼的合金。 奧氏體鉻-鎳不銹鋼的發(fā)明——德國克虜伯Edurard Maurer、Benno Strauss，1912年 德國克虜伯（Krupp）鋼廠研究試驗室的Edurard Maurer、Benno Strauss這兩位冶金學家1909-1912年對鉻-鎳鋼進行研究，研發(fā)了含鉻20%、鎳7%的V2A合金（奧氏體不銹鋼304的初型），1912年成功申請獲得該發(fā)明的德國專利，并于1914年交由化工用戶制成實物展出。 此前，法國L.B.Guillet與Geisen已研究出與奧氏體不銹鋼相似的合金。 1924年，英國Firth Brown實驗室的William A. Hatfield 發(fā)明的304不銹鋼（含鉻18%、鎳8%，簡稱“18-8”)，是對V2A的改進，后來成為全球使用最廣泛的不銹鋼。 雙相不銹鋼的發(fā)明——瑞典阿維斯塔鐵廠，1930年 1927年，美國鋼公司的Bain和Griffiths首先發(fā)現(xiàn)了雙相組織。1930年，瑞典阿維斯塔鐵廠研制出奧氏體+鐵素體雙相不銹鋼453E和453S(相當于后來的AISI329)。1935年，Unieux實驗室發(fā)現(xiàn)奧氏體不銹鋼中含有鐵素體時，其耐蝕性會明顯改善，從而獲得了奧氏體+鐵素體雙相不銹鋼的專利。美國于20世紀40年代開發(fā)出第一代雙相不銹鋼AISI329。 沉淀硬化不銹鋼的發(fā)明 1929年，盧森堡的William J. Kroll發(fā)現(xiàn)沉淀硬化不銹鋼。1945年，美國Carnegie-Illinois鋼公司冶煉第一爐商用沉淀硬化不銹鋼“Stainless W”。1946年，美國R.Smithetal成功研制馬氏體沉淀硬化不銹鋼17-4PH。1948年，美國阿姆科公司（Armco Steel）成功開發(fā)17-4PH及半奧氏體沉淀硬化不銹鋼17-7PH、PH15-7 Mo等。

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不銹鋼成分中合金元素的作用

一般情況下純金屬具有比較高的塑性，當加入其他合金元素后，形成單相固溶體時也有較好的塑性，如鐵鎳合金可形成連續(xù)固溶體，因此鐵與鎳在任意比例的情況下，合金的塑性都是很高的。 但在含有其它元素的條件下，形成不溶于固溶體或部分溶于固溶體的金屬間化合物，使金屬的塑性降低，因此合金的塑性比純金屬或單相固溶體的塑性差。 ·鐵（Fe）：是不銹鋼的基本金屬元素； ·鉻（Cr）：是主要鐵素體形成元素，鉻與氧結合能生成耐腐蝕的Cr2O3鈍化膜，是不銹鋼保持耐蝕性的基本元素之一，鉻含量增加可提高鋼的鈍化膜修復能力，一般不銹鋼中的鉻含量必須在12%以上； ·碳（C）：是強奧氏體形成元素，可顯著提高鋼的強度，另外碳對耐腐蝕性也有不利的影響； ·鎳（Ni）：是主要奧氏體形成元素，能減緩鋼的腐蝕現(xiàn)象及在加熱時晶粒的長大； ·鉬（Mo）：是碳化物形成元素，所形成的碳化物極為穩(wěn)定，能阻止奧氏體加熱時的晶粒長大，減小鋼的過熱敏感性，另外鉬元素能使鈍化膜更致密牢固，從而有效提高不銹鋼的耐Cl-腐蝕性； ·鈮、鈦（Nb、Ti）：是強碳化物形成元素，能提高鋼的耐晶間腐蝕能力。但碳化鈦對不銹鋼的表面質量有不利影響，因此在表面要求較高的不銹鋼中一般通過添加鈮來改善性能。 ·氮（N）：是強奧氏體形成元素，可顯著提高鋼的強度。但是對不銹鋼的時效開裂影響較大，因此在沖壓用途的不銹鋼中要嚴格控制氮含量。 ·磷、硫（P、S）：是不銹鋼中的有害元素，對不銹鋼的耐腐蝕性和沖壓性都會產生不利影響。

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不銹鋼選材、維護與加工

維護保養(yǎng) 不銹鋼的使用隨著經濟的發(fā)展變得更加廣泛，人們在日常生活中與不銹鋼息息相關，但是很多人對不銹鋼的性能認識不多，對不銹鋼的維護保養(yǎng)就知道的更少了。很多人以為不銹鋼是永不生銹的，其實，不銹鋼的耐腐蝕性良好，原因是表面形成一層純化膜，在自然界中，它以更穩(wěn)定的氧化物的形態(tài)的存在。也就是說，不銹鋼雖然按使用條件不同，氧化程度不一樣，但最終都被氧化，這種現(xiàn)象通常叫腐蝕。 　　 裸露在腐蝕環(huán)境的金屬表面發(fā)生電化反應或化學反應，均勻受到腐蝕，不銹鋼表面純化膜之中耐腐蝕能力弱的部位，由于自激激反應而形成點蝕反應，生成小孔，再加上有氧離子接近，形成很強的腐蝕性溶液，加速腐蝕反應的速度。還有不銹鋼內部的晶間腐蝕開裂，所有這些，對不銹鋼表面的純化膜都發(fā)生破壞作用。 　　 因此，對不銹鋼表面必須進行定期的清潔保養(yǎng)，以保持其華麗的表面及延長其使用壽命。清洗不銹鋼表面時必須注意不發(fā)生表面劃傷現(xiàn)象，避免使用漂白成分以及研磨劑的洗滌液，鋼絲球、研磨工具等，為除掉洗滌液，洗滌結束時再用清水沖洗表面。 　　 不銹鋼表面有灰塵以及易除掉污物的可用肥皂弱洗滌劑來洗，粘結劑成分，使用酒精或有機溶劑(乙醚、苯)擦洗。 　　 不銹鋼表面的油脂污染，用柔軟的布擦干凈以后，用中性洗滌劑或氨溶液或用專用洗滌劑洗滌。不銹鋼表面有漂白劑以及各種酸附著，立即用水沖洗，再用氨溶液或中性碳酸蘇打水溶液浸洗，用中性洗滌劑或溫水洗滌。 　　 不銹鋼表面有彩虹紋，是過多使用洗滌劑或油引起，洗滌時用溫水中性洗滌劑可洗去。不銹鋼表面污物引起的銹，可用10％硝酸或研磨洗滌劑洗滌，也可用專門的洗滌藥品洗滌。 只要我們使用正確的保養(yǎng)方法，就能延長不銹鋼的使用壽命，保持其潔凈、明亮、華麗的氣派。

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不銹鋼表面加工

原面：NO.1 熱軋后施以熱處理及酸洗處理的表面。一般用于冷軋材料，工業(yè)用槽罐、化學工業(yè)裝置等，厚度較厚由2.0MM-8.0MM。 鈍面：NO.2D 冷軋后經熱處理、酸洗者，其材質柔軟，表面呈銀白色光澤，用于深沖壓加工，如汽車構件、水管等。 霧面：NO.2B 冷軋后經熱處理、酸洗，再以精軋加工使表面為適度之光亮者。由于表面光滑，易于再研磨，使表面更加光亮，用途廣泛，如餐具、建材等。采用改善機械性能的表面處理后，幾乎滿足所有用途。 粗砂NO.3 用100-120號研磨帶研磨出來的產品。具有較佳的光澤度，具有不連續(xù)的粗紋。用于建筑內外裝飾材料、電器產品及廚房設備等。 細砂：NO.4 用粒度150-180號研磨帶研磨出來的產品。具有較佳的光澤度，具有不連續(xù)的粗紋，條紋比NO.3細。用于浴池、建筑內外的裝飾材料、電器產品、廚房設備及食品設備等。 #320 用320號研磨帶研磨出來的產品。具有較佳的光澤度，具有不連續(xù)的粗紋，條紋比NO.4細。用于浴池、建筑內外裝飾材料、電器產品、廚房設備及食品設備等。 毛絲面HAIRLINE：HLNO.4經適當粒度拋光砂帶的連續(xù)研磨生成研磨花紋的產品（細分150-320號）。主要用于建筑裝飾，電梯，建筑物的門、面板等。 亮面：BA 經冷軋后施以光亮退火，并經過平整得到的產品。表面光澤度極好，有很高的反射率。如同鏡面的表面。用于家電產品、鏡子、廚房設備、裝飾材料等。

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不銹鋼命名方法

不銹鋼編號和表示方法 ①用國際化學元素符號和本國的符號來表示化學成份，用阿拉伯字母來表示成份含量，如：中國、俄國 12CrNi3A； ②用固定位數(shù)數(shù)字來表示鋼類系列或數(shù)字；如：美國、日本 300系、400系、200系； ③用拉丁字母和順序組成序號，只表示用途。 中國不銹鋼牌號表示方法 GB/T221-2000規(guī)定 按照GB/T221-2000的規(guī)定，不銹鋼和耐熱鋼牌號采用規(guī)定的合金元素符號和阿拉伯數(shù)字表示，易切削不銹鋼和耐熱鋼在牌號頭部加“Y”。一般用一位阿拉伯數(shù)字表示平均含碳量(以千分之幾計)，當平均含碳量不小于1.00%時，采用二位阿拉伯數(shù)字表示。當含碳量上限小于0.1%時，以“0”表示含碳量；當含碳量上限不大于0.03%，大于0.01%時(超低碳)，以"03”表示含碳量；當含碳量上限不大于0.01%時(極低碳)，以“01”表示含碳量。含碳量沒有規(guī)定下限時，采用阿拉伯數(shù)字表示含碳量的上限數(shù)字。合金元素含量表示方法同合金結鉤鋼。例如:平均含碳量為0.20%，含鉻量為13%的不銹鋼，其牌號表示為“2Cr13”；含碳量上限為0.08%，平均含鉻量為18%，含鎳量為9%的鉻鎳不銹鋼，其牌號表示為“0Cr18Ni9”；含碳量上限為0.12%、平均含鉻量為17%的加硫易切削鉻不銹鋼,其牌號表示為“Y1Cr17：平均含碳量為1.10%，含鉻量為17%的高碳鉻不銹鋼，其牌號表示為“11Cr17”；含碳量上限為0.03%，平均含鉻量為19%，含鎳量為10%的超低碳不銹鋼，其牌號表示為“03Cr19Ni10”；含碳量上限為0.01%，平均含鉻量為19%，含鎳量為11%的極低碳不銹鋼，其牌號表示為“01Cr19Ni11”。 GB/T221-2008規(guī)定 按照GB/T221-2008的規(guī)定，不銹鋼和耐熱鋼牌號用規(guī)定的化學元素符號和表示各元素含量的阿拉伯數(shù)字表示。 (1)碳含量 用兩位或三位阿拉伯數(shù)字表示碳含量最佳控制值(以萬分之幾或十萬分之幾計)。 只規(guī)定碳含量上限者，當碳含量上限不大于0.10%時，以其上限的3/4表示碳含量；當碳含量上限大于0.10%時，以其上限的4/5表示碳含量。 例如，碳含量上限為0.08%，碳含量以06表示；碳含量上限為0.20%，碳含量以16表示，碳含量上限為0.15%，碳含量以12表示。 對超低碳不銹鋼(即碳含量不大于0.030%)，用三位阿拉伯數(shù)字表示碳含量最佳控制值(以十萬分之幾計)。 例如，碳含量上限為0.030%時，其牌號中的碳含量以022表示；碳含量上限為0.020%時，其牌號中的碳含量以015表示。 規(guī)定上、下限者，以平均碳含量×100表示。 例如，碳含量為0.16%～0.25%時，其牌號中的碳含量以20表示。 (2)合金元素含量 合金元素含量以化學元素符號及阿拉伯數(shù)字表示。鋼中有意加入的鈮、鈦、鋯、氮等合金元素，雖然含量很低，也應在牌號中標出。 例如，碳含量不大于0.08%，鉻含量為18.00%～20.00%，鎳含量為8.00%～11.00%的不銹鋼，牌號為06Cr19Ni10。 碳含量為0.15%～0.25%，鉻含量為14.00%～16.00%，錳含量為14.00%～16.00%，鎳含量為1。50%～3.00%，氮含量為0.15%～0.30%的不銹鋼，牌號為20Cr15,Mn15Ni2N。 碳含量為不大于0.25%，鉻含量為24.00%～26.00%，鎳含量為19.00%～22.00%的耐熱鋼牌號為20Cr25Ni20。 GB/T17616-2013規(guī)定 中國統(tǒng)一數(shù)字代號體系(GB/T17616-2013)中，由大寫的拉丁字母為前綴，后接5位數(shù)字。關于不銹鋼的前綴有：S——不銹、耐蝕和耐熱鋼；S1——鐵素體型；S2——奧氏體和鐵素體型；S3——奧氏體型；S4——馬氏體型；S5——沉淀硬化型。不包括焊接用不銹鋼、不銹鋼鑄鋼、耐熱鋼鑄鋼、粉末冶金不銹鋼和耐熱鋼等。 美國不銹鋼牌號表示方法 （1）AISI標準的鋼號表示法 對于鍛造鋼和鑄鋼，鋼號均由三位數(shù)字組成；第一位數(shù)字表示鋼的類型，其他二位數(shù)字只表示順序號。具體編號系列為： 2×× ——鉻錳鎳氮奧氏體鋼，××為順序號數(shù)字（下同）。例如“202”為含C≤0.15%、Mn≤10.0%、Si≤1.0%、Cr17%～19%、Ni4%～6%、N≤0.25%奧氏體不銹耐熱鋼。 3××——鎳鉻奧氏體鋼。例如“302”為相當于我國YB標準的1Cr18Ni9奧氏體不銹鋼。 4××——高鉻馬氏體和低碳高鉻鐵素體鋼。例如“403”大致相當于我國YB標準的1Cr13鋼。 “430”大致相當于我國YB標準的Cr17鋼。 5××——低鉻馬氏體鋼。例如“501”大致相當于我國YB 的Cr5Mo耐熱鋼。 (2）SAE標準的鋼號表示方法 鋼號采用五位數(shù)字來表示：前三位數(shù)字表示鋼的類型，后兩位數(shù)字只表示數(shù)序號（和AISI的順序號相同）。具體編號系列為： 302××——鎳鉻奧氏體不銹耐熱鋼（鍛造鋼）。例如“30316”相當于AISI的“316”鋼。 514××——高鉻馬氏體和低碳高鉻鐵素體不銹耐熱鋼（鍛造鋼）。例如“51414”相當于AISI的“414”鋼。 515××——低鉻馬氏體鋼（鍛造鋼）。例如“51501”相當于AISI的“501”鋼。 60×××——用于650℃一下的耐熱鋼（鑄鋼），×××為與AISI相同的編號數(shù)字。例如“60316”相當于AISI的“316”鋼。 70×××——用于超過650℃的耐熱鋼（鑄鋼），×××為與AIAI相同的編號數(shù)字。例如“70334”相當于AISI的“334”鋼。 由上可知，SAE編號系統(tǒng)的最后三位數(shù)字實際上和AISI的編號系統(tǒng)是一致的。 （3）ACI標準的鋼號表示方法 鋼號由兩個字母組成或在字母后加以表示含碳量的數(shù)字及表示合金元素的字母。鋼號的第一個字母一般是采用“C”或“H”。C型鋼表示在650℃以下試用的耐熱鋼，H型鋼表示用于超過650℃的耐熱鋼。 C型鋼鋼號的第二個字母A,B,C,D,……,表示不同的含鎳量（見表）。在該字母后再標以數(shù)字，表示含碳量的萬分之幾，在數(shù)字與字母之間要加一短線。例如“CE-30”為含C＜0.30%、Cr26%～30%、Ni8%～11%的耐酸鋼。 H型鋼鋼號的第二個字母亦為A,B,C,D,……,表示不同的含鎳量（見表）。一般不標含碳量的數(shù)值。例如“HC”為含C＜0.50%、Cr 26.0%～30.0%、Ni＜4.0%的耐熱鋼。 在有些鋼號的數(shù)字之后（主要是C型鋼）還標有字母，如“C”表示加入Cb（Nb），“M”表示加入Mo，“F”表示具有易切削性能的。例如：“CF-8C”, “CF-16F”。 （4）UNS系統(tǒng)的鋼號表示方法 對不銹耐熱鋼鋼號采用S×××××數(shù)字系列，前三位數(shù)字標號基本上采用AISI 的不銹鋼標號；最后兩位數(shù)字主要用來區(qū)分同一組鋼中主要成分相同而個別成分有差別或含特殊元素的鋼種。 但UNS系統(tǒng)和AISI鋼號系列夜游不同之處，主要是： ①、UNS 系統(tǒng)的S1××××系列，現(xiàn)為沉淀硬化不銹鋼。AISI鋼號沒有1××系列，而采用“63×”系列表示沉淀硬化不銹鋼。 ②、AISI 3××系列全部為鎳鉻奧氏體鋼，4××系列全部為高鉻馬氏體鋼和低碳高鉻鐵素體鋼。UNS系統(tǒng)在這兩組數(shù)字系列中突破了這個范圍，都增加了一些沉淀硬化不銹鋼，其鋼號是按照常用的商業(yè)牌號的數(shù)字特征標號的。例如，AM-350、AM-355，UNS系統(tǒng)分別表示為S35000、S35500、S45500。 （5）ASTM標準的鋼號表示方法與AISI 標準的鋼號表示方法相同。 （6）FS標準的鋼號表示方法，其編號系統(tǒng)和SAE相同，只是在鋼號前一律冠以“FS”。 日本不銹鋼牌號表示方法 日本標準的牌號表示方法基本上參照美國AISI，但另加前綴“SUS”表示不銹鋼，加前綴“SUH”表示耐熱鋼，其中含義分別如下： 第一個字母S 為Steel，表示鋼； 第二個字母U為Use，表示特殊用途（Special Use）； 最后一個字母S為Stainless，表示不銹的意思；而H為Heat resistant，表示耐熱的意思。 SUS后的數(shù)字參照AISI。 另外，為了區(qū)分剛才類別在數(shù)字后加后綴，用英文字母表示，主要有： B：Bar，表示棒材； HP：Hot Plate，表示熱軋板材； CP:Cold Plate，表示冷軋板材； HS:Hot Strip，表示熱軋鋼帶； CS:Cold Strip，表示冷軋鋼帶； WR:Wire，表示鋼絲； TP:Tube Pipes，表示管道用鋼管； TB:Boiler Heat Exchange Tube，表示傳熱用鋼管； L:Low Carbon,表示低碳； N:Nitrogen，表示加氮； J:Japan，表示日本獨特鋼號。 德國不銹鋼牌號表示方法 它的鋼號開始冠以字母 “X”,表示為高合金鋼；隨后是表示鋼平均含碳量為萬分之幾的數(shù)字和按含量多少一次排列的合金元素的化學符號；最后是標明各主要合金元素含量的平均百分值（按四舍五入化為整數(shù)）。例如： XIOCrNi8 8——含0.10%C、18%Cr、2%Ni的不銹鋼。 XIOCrNi8 9 2——含0.10%C、18%Cr、9%Ni、2%Ti的不銹鋼。 如果由于含碳量無關緊要而不必注明時，則字母“X”也可省略。 俄羅斯不銹鋼牌號的表示方法 新的鋼號表示方法基本上與合金結構鋼的表示方法一，碳含量均以平均含量的萬分之幾表示，超低含量亦不例外。而舊的鋼號表示方法，一般在鋼號中可不標出含碳量，必要時則以平均碳含量的千分之幾表示，對超低碳不銹鋼則以“00”表示。從下面的一些例子中可以看出。 英國（BS）不銹鋼牌號的表示 它的鋼號主要標志是第四位字母“S”。字母前面的第一、二三位數(shù)字表示鋼的類型和系列，并且一部分與美國AISI 標準不銹鋼號系列基本相一致。大部分鋼號為：3××S××——表示奧氏體不銹鋼（包括鎳鉻、鎳鉻鉬等鋼種系列）；4××S××?——表示馬氏體和貼書體不銹鋼。少數(shù)鋼號為:2××S××——表示含鎳的鉻錳鎳氮奧氏體不銹鋼，以便和3××S××系列有所區(qū)別；同事也區(qū)別于易切削鋼2××M××。 字母“S”后面的數(shù)字，即第五、六位數(shù)字，是表示基本成分相同的鋼組中各鋼號的區(qū)分號，數(shù)字編號是參考碳含量及其他成分的變化而規(guī)定的。 鋼號舉例如下： BS 304 S 12?——含C≤0.03%，SiO.20～1.00%,MnO.50～2.00%，Cr17.50～19.00%，Ni9.00～12.00%的18-8型奧氏體不銹鋼；近似于美國AISI304L鋼。 BS 304 S 15?——含C≤0.06%，Si8.00～11.00%外，其余成分與304 S12鋼相同；近似于美國AISI304鋼。 BS 403 S 17?——含C≤0.08%，Si≤0.08%,Mn≤1.00%，Cr12.00～14.00%的Cr13型鐵素體不銹鋼；近似于美國AISI403鋼。

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