|
小時候，老爸從上海帶回來一個不銹鋼杯子。 我很喜歡，常用這個杯子泡茶，仿佛每一片葉子都散發著清香。 后來離家上學，我還是喜歡不銹鋼杯子，和玻璃與陶瓷杯相比，它最大的好處是不容易摔壞。 但是其實這么多年了，我都不太明白不銹鋼為什么不生銹，也從來沒有想過不銹鋼是不是真的不生銹。 上次我寫了一篇關于奧氏體和馬氏體不銹鋼的文章，然后知乎上有伙伴咨詢我，說自己買的不銹鋼杯子，內膽材質是403不銹鋼，問我安不安全，也有伙伴問我，平常生活中，哪種材質餐具比較好，304可以，問我410可以嗎，還有伙伴只是想了解帶磁性的廚房刀具。 我本來是準備回答這幾個問題的，但是我發現有必要先有一些基礎的概念，所以這篇就當作是回答知乎朋友問題的前奏篇吧。 1.什么是不生銹？它真的不生銹嗎？ 正如鋁合金是以鋁為基礎元素的合金一樣，其實不銹鋼也是一種合金，只不過它是以鐵為基礎元素的合金。 不銹鋼的合金元素包括鉻，鎳，碳，鈦等。 其中，鉻的加入，是不銹鋼不生銹的關鍵。 這是由鉻元素的特性決定的。 不銹鋼中，鉻含量至少約為10.5％，它可以在不銹鋼的表層，形成一層保護性的自修復氧化膜，這就是為什么不銹鋼耐腐蝕的原因。 所謂自修復，意思是說，如果保護膜受到破壞，它將在有氧的環境中重新形成氧化膜，并繼續提供防腐保護。 所以很多時候，我們在選擇表面處理時，常用鍍鉻，或者鍍鋅，特別是對于馬氏體不銹鋼，更是如此。 當然實際應用時，選擇鍍鋅的時候更多，因為更便宜啊，世界上每年生產1200萬噸鋅，有一半都用于鍍鋅。 這和碳鋼或低合金鋼，使用表面涂層防腐的原理并不相同，因為這類鋼的表面涂層刮傷之后，防腐蝕性就大大削弱，甚至沒有了。 那么，不銹鋼是不是真的就不生銹呢？ 當然不是，不銹鋼不生銹也是有條件的。 在大部分常規條件下，不銹鋼具有抗腐蝕性能，但并不是在所有環境下都不生銹。 例如在高溫下，含50％的硫酸和鹽酸環境中，將會發生嚴重的腐蝕，致使金屬表面的保護膜破裂。 當然，我們也可以通過添加其他合金元，來提高抗腐蝕能力，比如，鉬和鉻增加了抗氯化物滲透的能力，鎳可改善某些酸性環境下的抗腐蝕能力。 2.不銹鋼腐蝕的幾種類型 不銹鋼有很多的腐蝕類型，比如點腐蝕，縫隙腐蝕，應力腐蝕，電腐蝕，接觸腐蝕等。 這里我只說幾個在一般環境下容易出現的腐蝕。 （1）普通腐蝕 普通腐蝕通常是均勻地溶解材料，比如在化工廠中使用不銹鋼來盛裝強酸時。 （2）點腐蝕 點腐蝕，就是由一點開始慢慢向外擴散的腐蝕。 在強硫酸環境中，在高濃度氯化物，例如海水氯化鈉環境中，或者在中高溫酸性環境，都容易發生點腐蝕，造成管路，接頭等的漏氣，漏水等問題。 點腐蝕一旦開始，就容易繼續發展下去，因為點腐蝕部分和未腐蝕部分存在電勢差。 在許多情況下，可以使用316和317不銹鋼，來增強抗點腐蝕能力。此外，粗糙度小于0.5um的表面，有更好的抗點腐蝕能力。 （3）裂縫腐蝕 縫隙腐蝕是由氧氣濃度在縫隙的局部差異引起的。 裂縫腐蝕與金屬表面，墊圈，接頭等縫隙中的沉積物有關，在此處，少量液體會聚集并停滯，誘發裂縫腐蝕。 據報道，木材，塑料，橡膠，玻璃和活性生物等均會引起縫隙腐蝕，一旦在縫隙內開始侵蝕，其發展很快，尤其是在氯化物環境中。 所以，通常使用含鉬的不銹鋼，比如316，317，來最大程度地減少裂縫腐蝕。當然，最佳解決方案還是消除縫隙的設計。 （4）應力腐蝕 應力腐蝕是由拉伸應力和腐蝕的共同作用引起的。 眾所周知，許多合金都會經歷應力腐蝕開裂，比如氨中的黃銅，硝酸鹽溶液中的碳鋼，海水中的鋁合金等。 不銹鋼在氯化物環境中容易受到應力腐蝕而開裂。 目前，應力腐蝕的機理還不完全清楚，但通過實驗和經驗已經找到了減小應力腐蝕的方法。 比如，使用雙相不銹鋼2205，可以提高抗應力腐蝕能力，因為它對氯化物應力腐蝕開裂具有優異的抵抗力。 3.不銹鋼的分類 根據不同的微觀組織結構，不銹鋼可以分為馬氏體，奧氏體，鐵素體，及雙相不銹鋼（奧氏體和鐵素體雙相）。 不同種類的不銹鋼鉻鎳含量 不銹鋼家族 奧氏體不銹鋼和雙相不銹鋼 奧氏體不銹鋼 （1）奧氏體不銹鋼 奧氏體不銹鋼至少含有16%的鉻，和6%的鎳。 例如，著名的304不銹鋼就是奧氏體不銹鋼，它含有18%的鉻和8%的鎳，也稱為18/8不銹鋼。鎳的加入，可以使得奧氏體不銹鋼在低溫下也可以使用，而不至于脆斷（低溫硬脆）。 奧氏體不銹鋼分為3系列和2系列不銹鋼，300系列不銹鋼，是含鉻和鎳的不銹鋼，而200系列不銹鋼，則是含鉻，鎳和錳的不銹鋼。 此類不銹鋼可以通過冷加工來硬化，但不能通過熱處理來硬化。 在退火狀態下，奧氏體不銹鋼基本上都是非磁性的，但也有一部分可能會因為冷加工而變得略帶磁性。 奧氏體不銹鋼具有出色的耐腐蝕性，優異的成型性。 常用的奧氏體不銹鋼有303，304，316，317等。 304不銹鋼：它可以承受建筑中的普通銹蝕，可以抵抗食品加工環境（高酸和氯化物高溫條件除外），還可以抵抗有機化學物質，染料和多種無機化學物質。 304 L不銹鋼（L=Low，低碳）：在中等溫度和濃度下能很好地抵抗硝酸和硫酸，廣泛用于存儲液化氣，家用電器和其他消費品，像廚房設備，醫院設備。 316不銹鋼：此類不銹鋼比304不銹鋼含有更多的鎳和2-3％的鉬，所以比304不銹鋼具有更好的耐腐蝕性，尤其是在易于引起點蝕的氯化物環境中。 317不銹鋼：含有3-4％的鉬，并且比316含有更多的鉻，可以更好地抵抗點蝕和縫隙腐蝕。 （2）鐵素體不銹鋼 鐵素體不銹鋼，是直鉻400系列不銹鋼，它們含有10.5%－25%的鉻，具有中等強度的抗腐蝕性能和較差的加工性，比如430，409就是鐵素體不銹鋼。 此類不銹鋼不能通過熱處理進行硬化，而只能通過冷加工進行中等程度的硬化，它們是導磁的，具有良好的延展性，并具有抗腐蝕和抗氧化性。 430是最基本的鐵素體不銹鋼。 鐵素體和馬氏體不銹鋼 鐵素體不銹鋼 （3）馬氏體不銹鋼 馬氏體不銹鋼是400系列不銹鋼，它的主要合金元素也是鉻，相比于鐵素體不銹鋼，馬氏體不銹鋼的碳含量較高，而鉻含量較低，例如410和416只含有12%的鉻。 這類合金可以通過熱處理進行硬化，有磁性，具有中等抗腐蝕性能。 并且它們具有相當好的延展性，熱處理后可以使其抗拉強度達到1379 MPa。 馬氏體不銹鋼 410不銹鋼是馬氏體不銹鋼系列的基本合金，它在三種通用不銹鋼中具有最低的合金含量，一般用于需要強度和耐腐蝕性相結合的高應力零件，例如緊固件。 410不銹鋼在溫和的大氣，蒸汽和許多溫和的化學環境中具有抗腐蝕能力。 （4）雙相不銹鋼（奧氏體＋鐵素體） 雙相不銹鋼的微觀結構是奧氏體和鐵素體的混合，所以它即具有奧氏體不銹鋼，也具有鐵素不銹鋼的特性。 比如，雖然不如鐵素體不銹鋼抗應力腐蝕能力強，但是它也有很高的耐氯化物應力腐蝕開裂性能，具有出色的抗點蝕和縫隙腐蝕性能，并且其屈服強度約為傳統不銹鋼的兩倍。 329型和2205型是典型的雙相合金。 此外，一般雙相不銹鋼的耐蝕性，等于或優于304和316，并且總體而言，其抗點蝕耐性優于316，因為這些合金含鉻量非常高，有大約22％至25％的Cr。 （5）沉淀硬化不銹鋼 這些也是鉻鎳鋼，最大優點是可以在“固溶處理”條件下提供很高的拉伸強度。該組中最常見的是“17-4 PH”，也稱為630不銹鋼，其成分為17％鉻，4％鎳，4％銅和0.3％鈮。 不銹鋼性質對比 4.303，304，316，420，440常用不銹鋼的特性 303，304，316這三種不銹鋼都是奧氏體不銹鋼，主要合金元素是鉻和鎳，大多數時候沒有磁性，冷加工后略帶磁性，機械物理性能差不多，主要區別在于抗腐蝕性和價格上。 而410，420，440，440C則屬于馬氏體不銹鋼，這類不銹鋼主要合金元素是鉻，不含有鎳元素，總體抗腐蝕性能沒有奧氏體不銹鋼好，有磁性。 常用不銹鋼性能對比 說好的不銹鋼大全 304不銹鋼的鉻含量最少為18％，鎳的含量至少為8％，因此其別名為18/8不銹鋼。這種不銹鋼具有優異的抗氧化和抗腐蝕性，是用途最廣，最常見的奧氏體不銹鋼，與316不銹鋼相比，304成本更低。 303是在304的基礎之上加了硫或者硒，硫或硒的添加提高了切削性，其成分至少包含17％的鉻，8％的鎳和0.15％的硫或硒。硫的加入會稍微降低耐腐蝕性，但增加了可加工性，這就是為什么要在緊固件，襯套，軸承和其他較小的零件中使用它的原因。 316不銹鋼至少包含16％的鉻，10％的鎳和2％的鉬。304和316不銹鋼之間的主要區別在于，316不銹鋼含鉬。 鉬的添加提高了耐腐蝕性，因為鉬是一種過渡金屬，具有很高的耐蝕性，它還使316不銹鋼具有高達871℃的高耐熱性。如果環境中含有大量腐蝕性元素，或者在水下的應用，首選316不銹鋼。 410不銹鋼是最常用的馬氏體不銹鋼之一，它包含約12％的Cr，因此具有中等的耐腐蝕性。與奧氏體（如AISI304和AISI316）不同，馬氏體具有磁性，可以通過碳鋼和低合金鋼之類的熱處理進行硬化。 420不銹鋼基本上是410的高碳版本，可提供更高的強度，具有一定的耐磨性，耐腐蝕性和高硬度。此類不銹鋼用于制造耐大氣，水蒸氣，水和氧化性酸的零件，比如軸承，儀器儀表，家用電器，導軌等。 440，440C是高碳高鉻馬氏體不銹鋼，440具有高強度，良好的硬度，耐腐蝕性，耐磨性和高溫尺寸穩定性。440不銹鋼可以采用與合金鋼相同的方式進行淬火和回火。440C，由于其較高的退火硬度和磨料碳化鉻而難以加工。 440和440C不銹鋼用于在腐蝕性環境中工作的軸承零件，還可以用于制造高質量的工具，例如醫用手術刀，外科和牙科器械，彈簧，餐具，凸輪，球軸承，測量工具等。 好了，關于一般的不銹鋼，我們就先說到這里吧。 那么，到底什么是什么是食品級不銹鋼？和一般不銹鋼有什么區別？ 常見的食品級不銹鋼有哪些？如何分辨不銹鋼是不是食品級不銹鋼？ 怎么選擇不銹鋼餐具和杯具？什么是最健康的餐具？什么不銹鋼是最好的餐具？ 使用不銹鋼餐具應該注意什么問題？如何維護和清潔不銹鋼餐具？ 別急，這不是今天要說的，我們有的是時間慢慢聊，畢竟寫作這件事是為了終身成長。 碼字不易，如果本文對你有幫助，可以在右下角點擊在看，以幫助更多的朋友，哈哈哈，我就是這么樂于分享。 相關閱讀： 1.6061-T6和7075-T651有什么區別？讓我們重新認識鋁合金 ! S% L7 _- L1 r+ I
2.剛度，強度，硬度，韌性有什么區別？機械工程師必須熟知的13大材料性能
7 H8 [7 Y* ~7 F3 Q0 c. r3.什么是奧氏體不銹鋼？什么是馬氏體不銹鋼？兩者有什么區別，有哪些應用？
3 h" ?8 D, l9 }+ I( E/ r- x# _拓展閱讀（在公眾號［羅羅日記］后臺回復“不銹鋼”可以獲取以下文檔）： 1.《Design Guidelines For The Selection And Use Of Stainless Steel》, NICKEL DEVELOPMENT INSTITUTE courtesy of AMERICAN IRON AND STEEL INSTITUTE AND SPECIALTY STEEL INSTITUTE OF NORTH AMERICA 2.《Tables of Technical Properties》, The European Stainless Steel Development Association 3.《Introduction to Stainless Steels》，ASM International 4.《Technical Handbook of Stainless Steels》，Atlas Steels 5.《Stainless Steel Grade Datasheets》 ，Atlas Steels 2 o A y0 J( \2 T9 J
American Iron and Steel Institute＝AISI Unified Numbering System＝UNS American Society for Testing and Material＝ASTM Society of Automotive Engineers＝SAE ) r2 h3 u; ?, i3 t
| 
發表于 2020-12-20 11:19:38
QQ好友和群
QQ空間
