在本世紀(jì)初,由于理論的進(jìn)展和工業(yè)發(fā)展的需要,幾乎在同時(shí)好幾個(gè)國(guó)家都研制成功了不銹鋼。
1913年夏H.Brearley在研制艦載炮炮筒用鋼時(shí)發(fā)明了可硬化的不銹鋼,并發(fā)表了題為《耐蝕性取決于熱處理和合金成分范圍》的論文。從此可硬化的鐵-鉻-碳合金作為實(shí)用性的不銹鋼而誕生了,這就是具有淬硬性的那一系列被稱為“馬氏體類不銹鋼”的不銹鋼。他們的研究結(jié)果表明,這種鋼的成分范圍是:
[C]< 0.70%, [ ]=9~16%。
其中0.35%C、13%Cr的鋼主要用于制作刀具,即現(xiàn)在的3Crl3(AISI 420)鋼。
1912年C.Dantsizen在從事電阻絲研究時(shí)研制了一種鉻含量同Brearl鋼相同,但碳含量較低并且有極低硬度的材料。1914年,他提出鋼的成分范圍應(yīng)為:0.07~0.15%C,14~16%Cr。這是一種低碳鐵素體Cr13系不銹鋼,其成分與目前的1Cr13相似。
1924年,F.M.Beeket研制了一種含鉻量更高(含25~27%Cr)的不銹鋼,相當(dāng)于目前的鐵素體不銹耐酸鋼(AISI 446)。
在此同時(shí),與鉻-鐵系不銹鋼組織完全不同的鐵-鉻-鎳系石銹鋼也得到了發(fā)展。
1909~1912年,E.Maurer和B.Strauuss在研究熱電偶保護(hù)套管用鋼時(shí),對(duì)高鉻鋼及鉻-鎳鋼進(jìn)行了對(duì)比分析,結(jié)果在1912年將耐蝕性很高的鉻-鎳不銹鋼商品化。他們將高鉻的馬氏體系不銹鋼命名為“V1M”,而將奧氏體系的命名為“V2A”,后者就是今天的18-8型不銹鋼的雛形,當(dāng)時(shí)它的成分范圍是:0.25%C,20%Cr和7%Ni。后來(lái)通過對(duì)V2A鋼的耐蝕性、加工性和機(jī)械性能不斷進(jìn)行研究,使之發(fā)展成為現(xiàn)在的1Crl8Ni9、1Cr18Ni9Ti鋼(AISI 302、304),并廣泛地應(yīng)用到各類
不銹鋼工程上。
1910~1914年,作為現(xiàn)代不銹鋼基礎(chǔ)的1Cr13~4Cr13,Cr17~Cr28,18-8等馬氏體、鐵素體和奧氏體不銹鋼都先后問世,可以說經(jīng)歷了一百多年的研究,人類終于找到了具有工業(yè)實(shí)用性的不銹鋼雛形。 從此以后,不銹鋼的研究只是在腐蝕理論方面不斷深入,并按日益增多的使用要求,對(duì)成分作了適當(dāng)調(diào)整,從而又發(fā)展了不少新的鋼種;但從總體來(lái)說,并沒有越出本世紀(jì)初就已確定的這幾個(gè)大的范疇。 因此可以認(rèn)為,不銹鋼誕生于1910~1914年,而這以后的70年只是在此基礎(chǔ)上不斷發(fā)展完善。
1910~1914年誕生的組織分別為馬氏體、鐵素體和奧氏體的不銹鋼,從化學(xué)成分來(lái)看,主要屬Fe-Cr和Fe-Cr-Ni兩大體系。從第一次世界大戰(zhàn)結(jié)束到第二次世界大戰(zhàn)結(jié)束的近三十年中(即1919年至1945年),隨著各種工業(yè)的發(fā)展,不銹鋼為適應(yīng)工作條件而發(fā)生了分化,即在原來(lái)兩大體系三種組織狀態(tài)的基礎(chǔ)上,通過增減碳含量和添加多種其它的合金元素而衍生出了許多新型的不銹鋼。從二次大戰(zhàn)結(jié)束直至目前為止的三十多年中,主要為適應(yīng)抗海水或鹽類腐蝕,吸收γ射線及中子、獲得超高強(qiáng)度、節(jié)約鎳等需要而發(fā)展了抗點(diǎn)蝕不銹鋼、原F子工業(yè)用不銹鋼、沉淀硬化不銹鋼和錳氮代鎳不銹鋼。近年來(lái),為了解決奧氏體不銹鋼的晶間腐蝕和應(yīng)力腐蝕問題,又分別發(fā)展了超低碳不銹鋼和超純鐵素體不銹鋼。目前,已投入市場(chǎng)的不銹鋼的品種已達(dá)到230種以上,經(jīng)常使用的也有近50種,其中約有80%是奧氏體不銹鋼(18鉻-8鎳)的衍生物,而其余20%則是由13鉻鋼演變而成的。
應(yīng)該指出,關(guān)于不銹鋼鋼種的最主要的研究和發(fā)展是集中在兩個(gè)方面。第一個(gè)方面是改善鋼的耐腐蝕性,其中對(duì)18-8鋼晶間腐蝕問題的研究,不僅發(fā)展了鋼種,提出了解決這個(gè)問題的工藝方法,還促進(jìn)了有關(guān)不銹鋼的鈍化和腐蝕機(jī)理的研究。第二個(gè)方面是發(fā)展高強(qiáng)度不銹鋼(即沉淀硬化不銹鋼)。這種鋼是二次大戰(zhàn)后隨著航空、航天和火箭技術(shù)的進(jìn)展而發(fā)展起來(lái)的。其中半奧氏體沉淀硬化不銹鋼具有優(yōu)越的工藝性能(17-7PH類),固溶處理后極易加工成形,且隨后的強(qiáng)化熱處理(時(shí)效處理)溫度不高,變形很小。在美國(guó)這種鋼多用于航空結(jié)構(gòu)
不銹鋼工程上,并已大量生產(chǎn),各國(guó)也都有類似鋼種投入使用。