第39章 不锈钢

众所周知，黄金是最耐腐蚀的金属之一，这是因为其电极电位最高，能量（内能）最低，原子核外电子最不易丢失，故惰性大、化学稳定性好，这就像一个身体强健、免疫力强、不易受细菌及病毒感染的人一样。而铝、铬也很“耐蚀”，但它们本质上却是极活泼的金属，即电极电位很低，能量高，按理应易丢失核外电子。其“耐蚀”的原因是它们的表面瞬间就可与介质中的氧形成一层致密、稳定并且牢固附于基体上的钝化膜——三氧化二铝膜或三氧化二铬膜，这层膜阻止了金属与介质的继续作用，保护了基体金属，就像一个体弱的人穿了一身严实的防护服一样不会受到外来病毒的侵害。

一般的钢铁电极电位低，也即化学稳定性差，就像一个身体较虚弱、免疫力较低的人，易受周围腐蚀介质的作用而腐蚀生锈；并且所产生的锈层疏松，易溶解，不能形成保护性阻挡层，腐蚀会不断进行下去。再说，一般钢铁内部均为电极电位不同的多种相构成的混合组织，也为与电解质溶液接触时产生的电化学腐蚀创造了条件。但人们发现，在碳钢中加入铬元素达到12％时，钢基体的电极电位会明显突升，就像一个身体虚弱的人吃了某种“补品”或提高免疫力的“药”达一定量后，变为抵抗力强的健康人一样，钢的化学稳定性明显升高，不易腐蚀；同时，钢中铬含量达到12％时，钢基体就像金属铝、铬那样，与氧接触的瞬间就能形成覆盖整个表面的牢固、致密、稳定的三氧化二铬（Cr2O3）保护膜，而使其更耐腐蚀，这就像一个身体健康，免疫力强的人又穿上了安全防护服，更不怕风吹雨打及病毒侵袭了。

这样，就形成了最初级的所谓马氏体不锈钢。

如继续增加铬含量达到17％时，则变为电极电位更高，又为单相铁素体的所谓铁索体不锈钢，并且其形成的Cr2O3钝化膜更加厚实，所以耐蚀性更好。

如在含铬较多的铁素体不锈钢基础上加入较多的镍、锰等元素，则形成（单相）奥氏体不锈钢，此钢的原子排列比铁素体的紧密，电极电位更高，加上有更多的铬和镍等元素，其耐蚀性又比铁素体的好得多，具有最佳的耐蚀性。

由于碳损害钢的耐蚀性能，为此，不锈钢多为低碳、甚至超低碳的。为进一步提高不锈钢的某方面性能，还常加入钼、铜、氮、钛、铌、稀土等元素，发展出各种特性的不锈钢。常用的不锈钢主要有以下几类：

1.马氏体不锈钢

这类钢的碳含量范围较宽，约在0.1％～1.0％之间，铬含量约在12％～18％之间，因在高温空冷或水冷后组织为马氏体而称马氏体不锈钢。典型牌号有1Cr13、2Cr13、3Cr13、4Cr13、9Cr18等，其强度、硬度较高。

但由于合金元素少而单一，成本低，只在氧化性介质（如大气、蒸汽、氧化性酸）中耐蚀性较好。其中1Cr13、2Cr13常用做耐蚀结构零件，如汽轮机叶片、锅炉管附件、螺栓等，而4Cr13、9Cr18常用于耐蚀手术刀、刮胡刀、切菜刀、弹簧、轴承等。

2.铁素体不锈钢

这类钢含碳量较低（一般小于0.15％），铬含量较高（13％～28％），高温或室温下均为单相铁素体。其耐蚀性优于马氏体不锈钢，并且易成形易焊接，但价格较贵。常用于制造耐硝酸、有机酸及其盐、碱、磷酸、硫化氢的结构件和抗高温氧化结构件，也常用于装饰型材及厨具等方面。典型牌号如0Cr13、1Cr17、1Cr28、1Cr17Mo2Ti 等。

3.奥氏体不锈钢

这类钢多具有低碳（一般小于0.12％）、高铬（大于17％）和较高镍（大于8％）的成分特点，因高温、低温下均为单相奥氏体而得名。其成本最高，但耐蚀性最好，并且易成形易焊接，无磁性。在化工、食品、医药及建筑装饰方面应用最广。典型钢号有0Cr18Ni9、1Cr18Ni9Ti、0Cr17Mn13Mo2N，这类钢还可做耐热钢及低温钢使用。

此外，还有更强韧、更抗应力腐蚀的奥氏体-铁素体双相不锈钢，强硬度更高的沉淀硬化型超高强度不锈钢等钢种。

不锈钢经高铬酸或其盐、草酸等强氧化剂处理后，其表面会形成薄而透明的氧化膜，随处理的程度不同，氧化膜会呈现蓝、金、紫、绿、黑等色彩，得到所谓彩色不锈钢。