户外用工程材料扫盲贴二——不锈钢 - 装备天下

lancerfang
2009-6-14 19:11 倒序浏览 9721人浏览

   N久以前，记得是很多人讨论登山杖尖不耐磨的问题，所以我发了个帖子，今天又看见论坛里有人讨论不锈钢的真假的问题，所以，我利用自己学过的知识再发个帖子，然后决定把涉及户外的工程材料知识整理出来，包括登山杖杖尖，不锈钢，塑料等等，编程一个系列的，叫做户外用工程材料扫盲。
   今天来说说不锈钢。生活中，某些特殊场合需要材料除了具有机械性能意外，还要求某些特殊性能，比如今天要说的不锈钢，就是抗腐蚀性。说到不锈钢，大家可能首先会想起防盗窗，栏杆，碗筷等等。相对于其他金属来说，不锈钢给我们的映像总是闪闪发亮的感觉。
   说起不锈钢，首先得说说金属腐蚀，金属腐蚀是指外部介质的作用使得金属逐渐破坏的现象，它包括两种，一种是化学腐蚀，他是金属和周围介质发生化学反应而破坏的过程。比如在切割钢材时，由于散热不好，切割速度过快，使得钢材表面变成蓝色，就是钢材中的铁和氧气反应，生成的氧化物。而另一种形式是电化学腐蚀，它是指金属与电解质发生电化学反应而破坏的过程，生活中的金属生锈基本都是电化学腐蚀的结果。大家可以做个小实验，模拟此过程，取一个柠檬，西红柿或是其他酸性的水果，越酸，结果越明显，铜片一块，锌片一块，将铜片和锌片插入水果中，（这就是电化学电池的原理，铅酸蓄电池就是这个原理）然后用导线将铜片和芯片连起来，这时候可以去掉导线，用舌头去同时接触锌片和铜片，会发现舌头麻麻的，其实，是有电流通过了，不过电压在1V以下，舌头可以辨别出来。过一段时间，取出锌片和铜片，可以发现，铜片颜色稍微暗了一点，和原来相差不多，但是锌片变黑色，明显被腐蚀。电化学腐蚀就是类似的过程，当两种金属相互连接放入电解质溶液中时，由于电位不同，电极电位较低的金属为阳极，将不断腐蚀，而电位高的金属为阴极，将受保护。简单一点讲，就是，两种哦你金属相连，金属越容易被腐蚀。大家可以看元素周期表，越靠前的金属，越活泼。因为金属中总含有其他一些东西，有的是特地添加的，如碳，有些是杂质，一般的，这些成分的活泼性都没有金属高，所以金属就很容易被腐蚀，最常见的现象就是生锈。
   而为了防止金属被腐蚀，有2种方法，一种是在金属表面形成一层不透气的保护膜，而另一种方法就是在金属中加入合金元素，提高本体的电位，避免被腐蚀。而不锈钢则兼具了两种方法。如果Cr的成份高于10.5％，则在表面会自己形成一层保护膜，而这种保护膜被称为“自构性钝化膜”即这种钝化膜如果被机械摩擦等原因去除了，它也会立即生成。而加入了Cr，Ni等材料以后，电极电位也有很大的提升，比如，当铁中加入12.5%的Cr的时候，电位由-0.56V跃升到+0.2V。
不锈钢的分类一般是依据不锈钢的成分和组织，一般有以下几种，1、马氏体不锈钢，2、奥氏体不锈钢，3、铁素体不锈钢。
   1、马氏体不锈钢，常用的马氏体不锈钢含碳0.1%-0.4%，含铬12%-14%，正火后基本为马氏体。主要牌号1Cr13，2Cr13，3Cr13，3Cr13Mo等。不锈钢的标号规则见后面。Cr13型的不锈钢的含碳量较高，随着含碳量的增加，刚的强度，硬度，耐磨性提高，但是耐腐蚀性降低。应为碳与铬会形成碳化铬，降低铁素体中的铬含量。使其电位不能跃升。这类不锈钢主要是用于机械性要求较高的场合，而耐腐蚀是其第二要求。主要用于，汽轮机叶片，水压机阀门，结构架，高温工作中的螺栓和螺母等。图1为低碳马氏体，图二为高碳马氏体，图中黑色部分为碳，高碳马氏体：除固溶强化外，在马氏体中还形成孪晶亚结构，使其具有很高的硬度；另一方面，因形成速度快，造成了马氏体的微裂纹，导致很高的脆性。故高碳马氏体可概括为：硬度高而韧性低。低碳马氏体：除固溶强化外，位错强化作用较明显，另一方面，不存在马氏体微裂纹。故其性能可概括为：硬度不很高，韧性不太低。因此，低碳马氏体被广泛应用于工业生产中。

图1

图2

2、奥氏体不锈钢，典型的奥氏体不锈钢是Cr18Ni19，含有铬17%-20%，含镍为8%-11%，含碳量较少，小于0.15%。奥氏体的不锈钢没有磁性或是磁性非常弱，强度硬度较低，但是在常温下具有良好的塑性，韧性，抗腐蚀性，主要用于石油，化工，食品，仪表，医疗等。图3为奥氏体金相显微镜图。相比较铁素体图4来说，其间隙较大，溶碳能力更强。

图3
3、铁素体不锈钢，含有铬16%-30%，含碳量小于0.12%，其耐腐蚀性最好，但是强度很低。主要用于耐腐蚀性要求最高的构件，比如化工，食品等设备。

图4

可能有些非机械专业的看这个有点头大，所以我总结一下。
1，不锈钢是可能生锈的，这和不锈钢的牌号和使用地方有关系，比如304不锈钢，在一般情况下防锈能力非常强，但是当拿到沿海地区，那它就会生锈，因为304不锈钢防大气氧化能力很好，但是对于防酸、碱、盐的能力却很弱。所以沿海地区就需要使用牌号更高的不锈钢，比如316。其次是由于不锈钢表面含有其他金属颗粒，导致自构性钝化膜无法形成，所以在不锈钢表面有损伤以后，要认真清理干净“创口”，这样能使自构性钝化膜再次生成。

2，不锈钢部分能被磁铁吸附，部分不能，这主要看不锈钢是属于哪种组织，如果不锈钢属于铁素体或是马氏体，那么是能被磁铁吸附的，而如果是奥氏体型的不锈钢，是不能被吸附的。所以利用磁铁能大致分辨不锈钢是奥氏体还是其他类型的，而不能分辨是不是不锈钢。