什么是不锈钢

不锈钢是指在空气或接近中性介质中不生锈的钢；耐腐蚀钢是指在某些化学腐蚀介质中，如酸、碱、盐及其溶液、海水和一些腐蚀性气体中，不会产生或几乎不会产生腐蚀的钢；耐热钢是指在高温环境中能抵抗氧化和蠕变的钢。当然，一般的耐腐蚀钢和耐热钢都具有不锈钢的特性。传统上，不锈钢和耐腐蚀钢通常被称为不锈钢。

1、 不锈钢的定义和范围

根据中国钢的分类标准，钢被定义为“以铁（Fe）为主要元素，碳（C）含量通常低于2%，以及其他元素的材料”。根据本标准，不锈钢、耐腐蚀钢、抗氧化钢和耐热钢根据其主要性能和使用特性被分为一类，统称为“不锈钢、抗腐蚀钢和耐热钢材”。然而，严格来说，它们是不同的。

在本书中，为了解释问题和考虑习惯，不锈钢被定义为含有适当碳、超过12%铬（Cr）或其他合金元素的含铁合金，这些合金元素可以在含有腐蚀性介质的液体或气体中抗腐蚀。

2、 不锈钢的耐腐蚀机理

不锈钢的防锈性和耐腐蚀性是指其对周围环境的腐蚀性，或其对腐蚀的迟钝程度，称为钝化。有许多理论可以解释不锈钢的钝化现象。例如，从化学理论来看，认为不锈钢是耐腐蚀的，因为当它与介质作用时，表面上会有一层主要由Cr2O3组成的膜，即钝化膜。这部电影的特点是很薄。当铬含量大于10.5%时，通常只有几微米；该膜的比重大于金属基底的比重，表明该膜非常致密。因此，该膜很难被腐蚀介质破坏，从而有效地保护金属基底免受腐蚀。另一个例子是电子理论，认为金属的被动性与未填充的电子层有关。在铁铬合金的不锈钢中，由于铬试图吸收电子，铁（Fe）原子由于电子的损失而钝化。其他人认为，当铁铬合金固溶体中的铬含量达到1/8（即12.5%）时，其电极电势可以从-0.56V跳到+0.2V。该电极电势的增加使金属在电解质中更稳定，即不易被腐蚀。

上述理论基于铬的作用。事实上，由于材料所处环境的多样性和复杂性，有必要在某些条件下添加其他合金元素，以提高和巩固材料的耐腐蚀性。例如，钼（Mo）的加入会使腐蚀产物MoO2接近基体，并促进基体的钝化；铜（Cu）的加入使不锈钢表面的钝化膜含有CuO，CuO不与腐蚀介质反应，从而提高了材料的耐腐蚀性；由于钝化膜中Cr2N的富集，氮（N）的添加将增加钝化膜中的铬浓度并提高材料的耐腐蚀性。

需要指出的是，不锈钢的耐腐蚀性是有条件的。不锈钢的腐蚀效果因介质类型、浓度、温度、压力、流速等因素的不同而不同。因此，不锈钢是相对不锈的，不是绝对的、万能的。这必须引起我们的注意。

3、 不锈钢的发展

如今，不锈钢作为一种重要的材料已受到重视。然而，直到现在，不锈钢的历史还不到一百年。1931年，英国Brearley早就报道过，碳含量为0.4%的钢在含有9%~16%的铬时具有良好的耐腐蚀性。这可能是最早的不锈钢。随后，德国Strauss和Maurer等人通过研究指出，含有足够铬和镍（Ni）的钢具有抗氧化和耐酸的作用。1917年至1918年，法国根据雪弗纳德的研究成果，生产了含有10%~15%铬和20%~40%镍的特殊钢。

美国也对含铬钢的耐腐蚀性进行了研究并推广使用含铬不锈钢。这些都是我们目前所熟知的铁素体不锈钢、马氏体不锈钢和奥氏体不锈钢的前期成就。

在不锈钢的使用中，人们逐渐感觉到了不足。奥氏体不锈钢耐腐蚀性好，但强度较低，不能通过热处理调整强度，所以，不适合有较高强度要求的零件的使用。而马氏体不锈钢虽可通过热处理方法调整性能，保证具有较高的机械强度，但其耐腐蚀性稍差，因而在应用上受到限制。因此，逐渐开发了既具有较好耐腐蚀性，又可通过热处理方法调整机械性能的沉淀硬化不锈钢。

随着不锈钢应用范围的扩大，以及在某些介质中的构件由于不均匀的局部腐蚀而发生应力腐蚀破裂事故的增多，引起了科学家的注意，并研制开发了新型不锈钢钢种，即具有铁素体和奥氏体两种相组成的双相不锈钢。

经过近百年的发展，已使不锈钢具有铁素体系、马氏体系、奥氏体系、沉淀硬化系和铁素体－奥氏体系(双相不锈钢系)等五大系列、众多品种的钢铁材料，并在钢铁世界里占有重要的地位。