不锈钢
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不锈钢[1](英语:Stainless steel,rustless steel),也称为不锈耐酸钢、水铜铁,台语也称为白铁仔(台湾话:pe̍h-thih-á);在冶金学中,是指在大气和酸、碱、盐等腐蚀性介质中,呈现钝态、耐蚀、不生锈,含高铬(常12%~30%)的合金钢,通常另含有镍、钼、钒、锰、钨等元素;而决定不锈钢防锈能力,最重要的金属元素就是铬。国际上以重量计算定义,不锈钢是最低铬含量为10.5wt%,最高碳含量为1.2 wt%的合金钢[2],或铬含量超过10%的“铁合金”[3]。此名称源于它不像普通钢那样容易腐蚀生锈[4]。
如果合金钢含铬或其他元素比例很低,则只能在表面形成氧化膜保护而仍会氧化,具有像铜或铝的防蚀特色,这种钢材就并非不锈钢,而是耐候钢。铬与低碳含量相配合,可显示出明显的耐腐蚀性和耐热性,还可以加入镍、钼、钒、钛、铌、锰、钨、铝、铜、氮、硫、磷和硒,使其表面会产生防锈的氧化膜,以提高对特殊环境的耐腐蚀性和抗氧化性,并赋予特殊性能,从而保护钢材本身受到外界环境中的空气(尤指氧气)、水、某些酸、碱的氧化腐蚀。
大多数不锈钢先在电炉或氧气顶吹转炉(转炉)中熔化,然后在另一炼钢炉中精炼,主要为了降低碳含量。在氩-氧脱碳法中,将氧和氩的气体混合物喷入钢水中。改变氧和氩的比例,通过将碳氧化为一氧化碳而不使昂贵的铬氧化和损失,来将碳含量降低到控制的水平。因此,在初始的熔化操作中可使用较便宜的原料,如高碳的铬铁。
历史
1913年哈利·布雷尔利发明了一种马氏体不锈钢并随后使其工业化[5]。1924年eeket研制了一种含铬量更高的不锈钢,相当于铁素体不锈耐酸钢。
1931年,巴德公司制造出世界首架不锈钢飞机。
分类
晶体结构
不锈钢按照晶体结构分为五大类:奥氏体不锈钢(A1,A2,A3,A4,A5)、铁素体不锈钢(F1)、马氏体不锈钢(C1,C4,C3)、双相不锈钢和沉淀硬化型不锈钢。[6]
- 奥氏体不锈钢(英语:austenitic stainless steel)含有16%-26%铬和35%以下的镍,通常具有最高的耐腐蚀性,不能通过热处理进行强化,并且无磁性;最常见的类型是18/8,或称304级,即含有18%铬和8%镍;典型的用途包括飞机工业、乳制品和食品加工工业。奥氏体不锈钢(A*-50较软/A*-70 适合冷加工/ A*-80具有高强度)
- 铁素体不锈钢(英语:ferritic stainless steel)含有10.5%-27%铬,而不含镍,由于碳含量低(0.2%以下),不能通过热处理进行强化,仅用于防腐蚀要求不高的场合,如建筑和汽车装潢方面。铁素体不锈钢(F1-45较软/F1-60适合冷加工)
- 马氏体不锈钢(英语:martensitic stainless steel)通常含有11.5%-18%铬和1.2%以下的碳,有时也含镍,可通过热处理进行强化,具有中等的耐腐蚀性,用于刀具、外科用具、扳手和涡轮机。
- 双相不锈钢(英语:duplex stainless steel)混合了奥氏体和铁素体不锈钢的微观晶体结构,其理想比例为50:50,即使商用产品会采用40:60的比例。通过比奥氏体不锈钢含比例更高的铬(19-32%)和钼(最高5%)以及更低比例的镍来划分。双相不锈钢具有大约两倍于奥氏体不锈钢的屈服强度。相比于304和316不锈钢,其混合型的晶体结构产生了对于氯化物腐蚀的更佳的防腐蚀性。石油和天然气工业是最大的使用者。
- 沉淀硬化型不锈钢(英语:precipitation hardening grade stainless steel)基体为奥氏体或马氏体组织,并能通过沉淀硬化(又称时效硬化)处理使其硬(强)化的不锈钢。
抗蚀性
不锈钢按其抗蚀性分:不锈钢(在空气中能抵抗腐蚀)和不锈耐酸钢(在某些化学介质中能抵抗腐蚀)。
化学成分
按化学成分可分为高铬不锈钢(如4Cr13、Cr17、Cr28、Cr17Ti 等)、铬镍不锈钢(如0Cr18Ni9Ti、Cr18Ni12Mo2Ti)、铬锰氮不锈钢(如Cr17Mn13Mo2N)。
各标准不锈钢号对照表 | ||||
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EN-DIN标准钢号 | EN-标准钢牌号 | ASTM/AISI钢牌号 | UNS编号 | GB-中国国标牌号 |
1.4310 | X10CrNi18-8 | 301 | ||
1.4318 | X2CrNiN18-7 | 301LN | ||
1.4307 | X2CrNi18-9 | 304L | S30403 | |
1.4306 | X2CrNi19-11 | 304L | S30403 | 00Cr18Ni9 |
1.4311 | X2CrNiN18-10 | 304LN | S30453 | |
1.4301 | X5CrNi18-10 | 304 | S30400 | 06Cr19Ni10(GB/T3280-2007) |
1.4948 | X6CrNi18-11 | 304H | S30409 | |
1.4303 | X5CrNi18 12 | 305 | ||
1.4541 | X6CrNiTi18-10 | 321 | S32100 | 0Cr18Ni11Ti |
1.4878 | X12CrNiTi18-9 | 321H | S32109 | |
1.4404 | X2CrNiMo17-12-2 | 316L | S31603 | 00Cr17Ni14Mo2 |
1.4432 | X2CrNiMo17-12-3 | 316L | S31603 | 00Cr17Ni14Mo2 |
1.4435 | X2CrNiMo18-14-3 | 316L | S31603 | 00Cr17Ni14Mo2 |
1.4401 | X5CrNiMo17-12-2 | 316 | S31600 | 0Cr17Ni12Mo2 |
1.4436 | X3CrNiMo17-13-3 | 316 | S31600 | 0Cr17Ni12Mo2 |
1.4406 | X2CrNiMoN17-12-2 | 316LN | S31653 | |
1.4571 | X6CrNiMoTi17-12-2 | 316Ti | S31635 | |
1.4429 | X2CrNiMoN17-13-3 | 316LN | S31653 | |
1.4438 | X2CrNiMo18-15-4 | 317L | S31703 | |
X10CrNiTi189 | 347 | 0Cr18Ni11Nb | ||
1.4512 | X6CrTi12 | 409 | 0Cr11Ti | |
S41000 | 0Cr13 | |||
410 | 1Cr13 | |||
420J1 | 2Cr13 | |||
1.4016 | X6Cr17 | 430 | 1Cr17 | |
1.4118 | X40CrMo15 | 440A | S44002 | 8Cr13 |
1.4112 | 440B | S44004 | 9Cr13 | |
1.4125 | 440C | S44003 | 11Cr18 | |
440F | S44020 | |||
1.4539 | X1NiCrMoCu25-20-5 | 904L | N08904 | 00Cr20Ni25Mo4.5Cu |
1.4547 | X1CrNiMoCuN20-18-7 | S31254 |
应用
目前,市场上的不锈钢品种超过230种,常使的也有近50种,其中约80%是奥氏体不锈钢(18铬-8镍)的衍生物,20%是由13铬钢演变而成。
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用不锈钢制造的管道和配件
健康问题
由于各种类型的不锈钢有不同的特性,在长期贴近人体使用,可能对人体产生有害的影响。不锈钢协会联盟委托瑞典皇家工学院对1.4003、1.4016、1.4597(+Cu)、1.4404、1.4301、1.4162等七种不锈钢测试,结果显示金属释放量均未超,可以用于食品接触材料。[8]
2014年5月8日,台湾专家凌永健强调,不锈钢汤匙用久后有锈、刮痕、凹凸不平则莫用,因为有溶出有害物的疑虑。消基会也补充说,虽然锰是人体必须的微量矿物质之一,但若吸收过量,会影响神经系统,引发记忆障碍,甚至是帕金森氏症;部份镍化合物已被认定是人体致癌物[9]。
执行标准
在中国,不锈钢管执行的标准有:GB1220-84、GB4241-84、GB4356-84、GB1270-80、GB12771-91等等。
相关
参考来源
- 文献
- 陈怡儒、杨和庆、到手香、纪宗廷、林欣瑜、柯昭仪、云琇卿、吴怡亭、盂美云、林煜庭、郑谚弥、陈亭玮、陈昭明、叶宗桓、林宏儒、苏怡帆. 《圖解日用品安全全書》. 台湾: 易博士出版社(城邦文化). 2011-05-17 [2011]. ISBN 978-986-120-761-2 (中文).`
- 引用
- ^ 陈怡儒 2011,第304-305页
- ^ 存档副本. [2022-01-14]. (原始内容存档于2022-01-14).
- ^ 存档副本. [2022-01-14]. (原始内容存档于2022-05-03).
- ^ 1104 超視《食在有健康》食在好安心-便當盒鍋具餐具毒跡密佈 吃了不孕傷腦筋 之 知識篇. [2013-11-06]. (原始内容存档于2021-12-15).
- ^ A non-rusting steel. New York Times. 31 January 1915.
- ^ ISSF. 不锈钢介绍 (PDF). (原始内容 (PDF)存档于2011).
- ^ What is Stainless Steel?. [2006-12-26]. (原始内容存档于2006-09-24).
- ^ 使用不锈钢进行食物的安全制备 (PDF). worldstainless. 2019 [2023-11-30]. (原始内容存档 (PDF)于2024-02-23).
- ^ 杨淑闵; 裴禛(摄). 不鏽鋼餐具刮鏽 恐溶出有害物. 台北: 中央通讯社. 2014-05-08 [2014-05-08]. (原始内容存档于2018-08-27).
外部链接
- (英文)Articles About Stainless Steel by International Stainless Steel Forum
- (英文)What is stainless steel (页面存档备份,存于互联网档案馆) by BSSA
- (英文)Euro Inox(multilingual portal)
- (英文)Comprehensive Information About Stainless Steel (页面存档备份,存于互联网档案馆) by The Stainless Steel Information Center
- (英文)Comprehensive Information About Metallurgy of Stainless Steel (页面存档备份,存于互联网档案馆) by Cambridge University
- (英文)Life Cycle Costing of Stainless Steel
- 铁素体不锈钢解决方案 (页面存档备份,存于互联网档案馆)
- 新200 系列”钢种