不锈钢：定义、历史、属性、用途及类型详解

不锈钢：定义、历史、属性、用途及类型详解

不锈钢是一种特殊的钢合金，因其卓越的抗腐蚀性能而被广泛应用于各个领域。从餐具到航空航天，从医疗器械到建筑结构，不锈钢以其独特的物理和化学特性，成为了现代工业不可或缺的重要材料。本文将为您详细介绍不锈钢的定义、历史、属性、用途以及不同类型，帮助您全面了解这种神奇的金属材料。

什么是不锈钢

不锈钢（英文：Stainless Steel）是一种含铬量至少为10.5%的钢合金，与普通钢相比，具有显著的抗锈蚀和耐腐蚀性能。这种合金通常被称为"耐腐蚀钢"或CRES。不锈钢可以根据不同的环境需求，制作成各种等级和外观，广泛应用于餐具、表壳、建筑等多个领域。

与不含铬的碳钢不同，不锈钢表面会形成一层薄薄的、透明的氧化铬保护膜，这层膜可以有效防止金属进一步氧化，从而达到防腐蚀的效果。

不锈钢的历史

不锈钢的历史可以追溯到古代。一个著名的例子是印度德里的铁柱，这根铁柱建于公元400年左右，由库马拉·笈多竖立。尽管不含铬，但铁柱含有大量磷，具有很好的耐腐蚀性，至今保存完好。

19世纪末，德国冶金学家汉斯·戈德施密特开发了制造无碳铬的铝热剂工艺。随后，多位研究人员致力于开发类似于现代不锈钢的合金。1908年，德国造船厂Friedrich Krupp Germania Werft首次将铬镍钢用于游艇Germania的船体制造。

1912年，英国谢菲尔德布朗弗斯研究所的哈里·布里尔利在研制防腐蚀枪管时发现了马氏体体系，并实现了工业化。这一发现于1915年发表在《纽约时报》上。不锈钢后来被英国的Firth Vickers命名为Staybrite，并于1929年首次用于萨沃伊酒店新入口的遮阳篷。

不锈钢的属性

不锈钢通过加入至少13%重量的铬，可以实现高抗氧化性和对地球大气温度变化的适应能力。超过26%的铬含量可以使其承受更恶劣的环境。这层氧化铬保护膜虽然很薄且肉眼难以察觉，但能有效保护钢材免受水和空气的影响，并能快速修复表面损伤。

然而，在无氧环境中，不锈钢的耐腐蚀性能会反转。例如，在将龙骨螺栓打入线材时，由于缺乏氧气，很难形成坚硬的氧化膜，导致零件因摩擦而松动。为了解决这一问题，可以采用青铜材料，或者使用其他类型的不锈钢，如添加锰和氮的合金。

不锈钢的应用

不锈钢因其耐腐蚀、防锈、维护成本低等特点，成为商业用途的理想材料。目前，不锈钢有150多个牌号，其中相似的有15个。不锈钢广泛应用于五金制品、手术器械、钢笔笔尖、工业材料、汽车和航空航天结构，以及大型建筑的建筑材料。此外，不锈钢还具有抗菌性能，使其在医疗领域有广泛应用。

在珠宝和手表领域，通常使用316L系列的不锈钢，这种不锈钢具有良好的耐腐蚀性和强度，非常适合制作珠宝。

不锈钢的类型

不锈钢可以根据其晶体结构和化学成分分为几种主要类型：

奥氏体不锈钢

奥氏体不锈钢占不锈钢市场的70%，其特点是无磁性且在低温下不会变脆。这类不锈钢通常含有0.15%的碳、低于16%的铬，以及锰或镍，以保持奥氏体结构。最常见的是18/10不锈钢（含18%铬和10%镍），广泛用于餐具。超级奥氏体合金（如AL-6XN和254SMO）通过添加氮和钼（>6%）来提高耐氯化物和抗裂性，但价格较高。

铁素体不锈钢

铁素体不锈钢的工程性能较好，但由于铬和镍含量较低，其耐用性不如奥氏体不锈钢。这类不锈钢通常价格便宜，铬含量在10.5%至27%之间，镍含量较少。一些铁素体不锈钢含有铅，大多数含有钼，有些还含有铝或钛。

马氏体不锈钢

马氏体不锈钢的耐腐蚀性较差，但非常坚硬和坚固，易于机械加工。通过热处理，其强度可以提高14%。这类不锈钢含有钼（0.2-1%）和碳（约0.1-1%），与其他不锈钢不同，马氏体不锈钢具有磁性。

沉淀硬化马氏体不锈钢

这类不锈钢的耐腐蚀性能与奥氏体不锈钢相当，甚至更耐用。最常用的是17-4PH（含17%铬和4%镍）。洛克希德·马丁公司的F-35 Lightning II战斗机是首个在飞行器中使用这种材料的项目。

双相不锈钢

双相不锈钢是奥氏体和铁素体结构按50:50比例混合而成，商用合金比例为40:60。这类不锈钢具有更强的抗裂纹等腐蚀特性。双相不锈钢通常具有更高的铬含量（19-28%）、钼（5%以上），但镍含量比其他奥氏体不锈钢低。2205（22%铬、5%镍）和2507（25%铬、7%镍）是最常见的牌号，其中2507被称为超级双相钢，因其高耐腐蚀性而被用于许多具有价格竞争力的零件。