不锈钢是指主加元素铬含量能(néng)使钢处于钝化状态，又(yòu)具有(yǒu)不锈特性的钢。為(wèi)此，不锈钢w（Cr）应高于12%（不锈钢是一类以Fe-Cr、Fe-Cr-C、Fe-Cr-Ni為(wèi)合金系的高合金钢，作為(wèi)此类的钢必须含有(yǒu)质量分(fēn)数不低于10.5%的铬，含有(yǒu)这个最低铬含量的钢在其表面可(kě)以形成一个惰性氧化物(wù)层，这个惰性氧化物(wù)层可(kě)以保护内层的金属在不含腐蚀介质的空气中不被氧化和腐蚀。某些铬的质量分(fēn)数低于11%的钢，比如用(yòng)于電(diàn)站的w（Cr）=9%铬的合金钢有(yǒu)时也被划為(wèi)不锈钢，同时也要指出某些w（Cr）=12%的钢，甚至更高铬含量的钢，暴露在空气中也会生锈。这是因為(wèi)某些铬被结合成碳化物(wù)或其他(tā)化合物(wù)而降低了母材中的铬含量，使其低于形成连续氧化物(wù)保护层所必须的铬含量水平，如25%Cr-4%C）。此时，钢的表面能(néng)迅速形成致密的Cr2O3氧化膜，使钢的電(diàn)极電(diàn)位和在氧化性介质中的耐蚀性发生突变性提高。在非氧化介质（HCl、H2SO4）中，铬的作用(yòng)并不明显，除了铬外，不锈钢中还须加入能(néng)使钢钝化的镍、钼等其它元素。通常所说的不锈钢实际是不锈钢和耐酸钢的总称，不锈钢一般泛指在大气、水等弱酸、碱、盐等强腐蚀介质中耐蚀的钢。两者在化學(xué)成分(fēn)上的共同特点是w（Cr）均在12%以上，但由于合金化的差异，不锈钢并不一定耐酸，而耐酸钢一般具有(yǒu)良好的不锈钢性能(néng)。
一、不锈钢发展史
1、 1821：法國(guó)人Berthier 进行在钢中加铬的试验；
2、 1897：德國(guó)人Goldschmidt开发了生产低碳含铬合金钢的技术；
3、 1904~1909：在法國(guó)和德國(guó)生产了w（Cr）=13%和17%的合金钢；
4、 1913：英國(guó)人Brearly在Thomas Firth and Sons公司浇铸了第一块商(shāng)业铸锭，铸件号No.1008，成分(fēn)（质量分(fēn)数）：0.24%C、0.2%Si、0.44%Mn、12.86%Cr。
5、 1916：9月5日美國(guó)w（Cr）=9%～16%，w（Cr）<0.7%的钢发布专利：专利号1，197，256。
把铬加到钢中并揭示其耐腐蚀的有(yǒu)利效应要归功于法國(guó)人Berthier，他(tā)在1821年开发了一种w（Cr）=1.5%的合金并建议用(yòng)于餐刀(dāo)。然而对这种钢的早期实验发现：随铬含量增加其成型性剧烈变坏（由于早期合金的碳含量很(hěn)高），因而直到20世纪初期开发这种钢的兴趣仍然不大。对于耐蚀钢的兴趣在1900年到1915年期间又(yòu)重新(xīn)兴起，很(hěn)多(duō)冶金學(xué)家為(wèi)开发耐蚀钢而获得信贷。这各重新(xīn)兴起开发耐蚀钢活动的催化剂是1897年Goldschmidt在德國(guó)开发了生产低碳含铬合金钢的技术。随后不久Guillet(1904), Portevin(1909) 和Giesen(1909)等发表了描述w（Cr）=13%的马氏體(tǐ)不锈钢和w（Cr）=18%的铁素體(tǐ)不锈钢的微观组织和性能(néng)的论文(wén)。1909年Guillet还发表了一篇关于铬-镍钢研究的论文(wén)，这种钢的奥氏體(tǐ)类不锈钢的前驱。
英國(guó)人Brearly被认為(wèi)是不锈钢的发明者，当时是為(wèi)了研究由w（Cr）=5%钢制作的来复枪枪膛因内部腐蚀而失效的问题，通过研究在1913年8月他(tā)铸成了成份（质量分(fēn)数）為(wèi)12.86%Cr, 0.25%C, 0.20%Si, 和0.44%Mn的合格铸锭。这种钢被用(yòng)来制造了12个实验枪管，虽然并没有(yǒu)像所期望的那样改进枪管的腐蚀问题，但其中某些材料被用(yòng)来制造餐刀(dāo)刀(dāo)片而开始了应用(yòng)不锈钢的纪元。
二、不锈钢的种类、化學(xué)成分(fēn)及其用(yòng)途
不锈钢按照组织类型，可(kě)分(fēn)為(wèi)五类，即铁素體(tǐ)不锈钢、马氏體(tǐ)不锈钢、奥氏體(tǐ)不锈钢、双相不锈钢和沉淀硬化不锈钢。
不锈钢的重要特性之一是耐蚀性，然而不锈钢的不锈性和耐蚀性都是相对的，有(yǒu)条件的，受到诸多(duō)因素的影响，包括介质种类、浓度、纯净度、流动状态、使用(yòng)环境的温度、压力等，目前还没有(yǒu)对任何腐蚀环境都具有(yǒu)耐蚀性的不锈钢。因此，不锈钢的选用(yòng)应根据具體(tǐ)的使用(yòng)条件加以合理(lǐ)选择，才能(néng)获得良好的使用(yòng)效果。
奥氏體(tǐ)不锈钢在各种类型不锈钢中应用(yòng)最广泛，品种也最多(duō)。由于奥氏體(tǐ)不锈钢的铬、镍含量较高，因此在氧化性、中性以及弱还原性介质中均具有(yǒu)良好的耐蚀性。奥氏體(tǐ)不锈钢的塑韧性优良，冷热加工性能(néng)俱佳，焊接性优于其它类型不锈钢，因而广泛应用(yòng)于建筑装饰、食品工业、医疗器械、纺织印染设备以及石油、化工 、原子能(néng)等工业领域。
铁素體(tǐ)不锈钢的应用(yòng)比较广泛，其中Cr13和Cr17型铁素體(tǐ)不锈钢主要用(yòng)于腐蚀环境不十分(fēn)苛刻的场合，例如室内装饰、厨房设备、家電(diàn)产品、家用(yòng)器具等。超低碳高铬含钼铁素體(tǐ)不锈钢因对氯化物(wù)应力腐蚀不敏感，同时具有(yǒu)良好的耐点蚀、缝隙腐蚀性能(néng)，因而广泛用(yòng)于热交换设备、耐海水设备、有(yǒu)机酸及制碱设备等。
马氏體(tǐ)不锈钢应用(yòng)较為(wèi)普遍的是Cr13型马氏體(tǐ)不锈钢。為(wèi)获得或改善某些性能(néng)，添加镍、钼等合金元素，形成一些新(xīn)的马氏體(tǐ)不锈钢。马氏體(tǐ)不锈钢主要用(yòng)于硬度、强度要求较高，耐腐蚀要求不太高的场合，如量具、刀(dāo)具、餐具、弹簧、轴承、气轮机叶片、水轮机转轮、泵、阀等。
双相不锈钢是金相组织由奥氏體(tǐ)和铁素體(tǐ)两相组成的不锈钢，而且各相占有(yǒu)较大的比例。双相不锈钢具有(yǒu)奥氏體(tǐ)不锈钢和铁素體(tǐ)不锈钢的一些特点，韧性良好 、强度较高，耐氯化物(wù)应力腐蚀。适于制作海水处理(lǐ)设备、冷凝器，热交换器等，在石油、化工领域应用(yòng)广泛。
沉淀硬化不锈钢是在不锈钢中单独或复合添加硬化元素，通过适当热处理(lǐ)获得高强度、高韧性并具有(yǒu)良好腐蚀性的一类不锈钢。通常作為(wèi)耐磨、耐蚀、高强度结构件，如轴、齿轮、叶片等转动部件和螺栓、销子、垫圈、弹簧、阀、泵等零部件以及高强度压力容器、化工处理(lǐ)设备等。
三、不锈钢的组织特点
因化學(xué)元素含量的上下限和热处理(lǐ)状态的差异，从各元素对不锈钢组织的影响和作用(yòng)程度来看，基本上有(yǒu)两类元素。一类是形成或稳定奥氏體(tǐ)的元素：碳、镍、锰、氮和铜等，其中碳和氮作用(yòng)程度最大。另一类是缩小(xiǎo)甚至封闭γ相區(qū)即形成铁素體(tǐ)的元素：铬、硅、钼、钛、铌、钽、钒、钨和铝等，其中铌的作用(yòng)程度最小(xiǎo)。
不锈钢的组织有(yǒu)以下几种组织类型：
1. 奥氏體(tǐ)不锈钢
奥氏體(tǐ)不锈钢有(yǒu)Fe-Cr-Ni、Fe-Cr-Ni-Mo、Fe-Cr-Ni-Mn等系列。為(wèi)改善某些性能(néng)，满足特殊用(yòng)途要求，在一些钢中单独或复合添加了氮、铌、铜、硅等合金元素。奥氏體(tǐ)不锈钢通常在室温下為(wèi)纯奥氏體(tǐ)组织，也有(yǒu)一些奥氏體(tǐ)不锈钢室温下的组织為(wèi)奥氏體(tǐ)加少量铁素體(tǐ)，这种少量铁素體(tǐ)有(yǒu)助于防止热裂纹的产生。奥氏體(tǐ)不锈钢不能(néng)用(yòng)热处理(lǐ)方法强化，但由于这类钢具有(yǒu)明显的冷加工硬化性，可(kě)通过冷变形方法提高强度。经冷变形产生的加工硬化，可(kě)采用(yòng)固溶处理(lǐ)使之软化。
2. 铁素體(tǐ)不锈钢
今年来铁素體(tǐ)不锈钢逐渐向低碳高纯度发展，使铁素體(tǐ)不锈钢的脆化倾向和焊接性得到明显改善。该类钢在固溶状态下為(wèi)铁素體(tǐ)组织。当钢中w（Cr）超过16%时，仍存在加热脆化倾向。在400～600℃温度區(qū)间停留易出现475℃脆化，在650～850℃温度區(qū)间易引起σ相析出而导致的脆化，加热至900℃以上易造成晶粒粗化，使韧性降低。这类钢还有(yǒu)脆性转变特性，其脆性转变温度与钢中碳、氮含量，热处理(lǐ)时的冷却速度以及截面尺寸有(yǒu)关，碳、氮含量越低，截面尺寸越小(xiǎo)，脆性转变温度越低。475℃脆化和σ相析出引起的脆化，可(kě)通过热处理(lǐ)方法予以消除。采用(yòng)516℃以上短时加热后空冷，可(kě)消除475℃脆化，加热到900℃以上急冷可(kě)消除σ相脆化。
3. 马氏體(tǐ)不锈钢
马氏體(tǐ)不锈钢w（Cr）范围在12%～18%，w（C）范围在0.1%～1.0%，也有(yǒu)一些含碳量更低的马氏體(tǐ)不锈钢，如0Cr13Ni5Mo等。马氏體(tǐ)不锈钢加热时可(kě)形成奥氏體(tǐ)，一般在油或空气中冷却即可(kě)得到马氏體(tǐ)组织，含碳量较低的马氏體(tǐ)不锈钢淬火状态的组织為(wèi)板条马氏體(tǐ)加少量铁素體(tǐ)，如1Cr13、1Cr17Ni2、0Cr16Ni5Mo等。当w（C）超过0.3%时，正常淬火温度加热时碳化物(wù)不能(néng)完全固溶，淬火后的组织為(wèi)马氏體(tǐ)加碳化物(wù)。
马氏體(tǐ)不锈钢可(kě)以达到很(hěn)宽的强度范围，屈服强度可(kě)以从退火状态下的275MPa到淬火+回火状态下的1900MPa。对于大多(duō)数的工程应用(yòng)，淬火后的钢一般要进行回火，以得到所需的韧性和塑性。
4. 铁素體(tǐ)-奥氏體(tǐ)双相不锈钢
铁素體(tǐ)-奥氏體(tǐ)双相不锈钢室温下的组织為(wèi)铁素體(tǐ)加奥氏體(tǐ)，通常铁素體(tǐ)的體(tǐ)积分(fēn)数不低于50％。双相不锈钢与奥氏體(tǐ)不锈钢相比，具有(yǒu)较低的热裂倾向，而与铁素體(tǐ)不锈钢相比，则具有(yǒu)较低的加热脆化倾向，其焊接热影响區(qū)铁素體(tǐ)的粗化程度也较低。但这类钢仍然存在铁素體(tǐ)不锈钢的各种加热脆性倾向。
5. 沉淀硬化不锈钢
沉淀硬化不锈钢包括马氏體(tǐ)沉淀硬化不锈钢、半奥氏體(tǐ)沉淀硬化不锈钢和奥氏體(tǐ)沉淀硬化不锈钢。由于这类钢中含有(yǒu)较多(duō)硬化元素，比普通奥氏體(tǐ)不锈钢的焊接性差。
四、不锈钢的物(wù)理(lǐ)性能(néng)和力學(xué)性能(néng)
1. 不锈钢物(wù)理(lǐ)性能(néng)
奥氏體(tǐ)不锈钢比電(diàn)阻可(kě)达碳钢的5倍，線(xiàn)膨胀系数比碳钢的约大50%，而马氏體(tǐ)不锈钢和铁素體(tǐ)不锈钢的線(xiàn)膨胀系数大體(tǐ)上和碳钢的相等。奥氏體(tǐ)不锈钢的热导率為(wèi)碳钢的1/2左右。奥氏體(tǐ)不锈钢通常是非磁性的。铬当量和镍当量较低的奥氏體(tǐ)不锈钢在冷加工变形较大的情况下，会产生形变诱导马氏體(tǐ)，从而产生磁性。用(yòng)热处理(lǐ)方法可(kě)消除这种马氏體(tǐ)和磁性。
2. 不锈钢的力學(xué)性能(néng)
马氏體(tǐ)不锈钢在退火状态下，硬度最低，可(kě)淬火硬化，正常使用(yòng)时的回火状态的硬度又(yòu)稍有(yǒu)下降。铁素體(tǐ)钢的特点是常温冲击韧性低。当高温長(cháng)时间加热时，力學(xué)性能(néng)将进一步恶化，可(kě)能(néng)导致475℃脆化、σ脆性或晶粒粗大等。奥氏體(tǐ)不锈钢常温具有(yǒu)低的屈强比（40%～50%），伸長(cháng)率、断面收缩率和冲击吸收功均很(hěn)高并具有(yǒu)高的冷加工硬化性。某些奥氏體(tǐ)不锈钢经高温加热后，会产生σ相和晶界析出碳化铬引起的脆化现象。在低温下，铁素體(tǐ)和马氏體(tǐ)不锈钢的夏比冲击吸收功均很(hěn)低，而奥氏體(tǐ)不锈钢则有(yǒu)良好的低温韧性。对含有(yǒu)百分(fēn)之几铁素體(tǐ)的奥氏體(tǐ)不锈钢，则应注意低温下塑性和韧性降低的问题。
五、不锈钢的耐腐蚀性能(néng)
金属受介质的化學(xué)及電(diàn)化學(xué)作用(yòng)而破坏的现象称為(wèi)腐蚀，不锈钢的主要腐蚀形式有(yǒu)均匀腐蚀（表面腐蚀）和局部腐蚀，局部腐蚀包括晶间腐蚀、点腐蚀、缝隙腐蚀和应力腐蚀等。据统计，在不锈钢腐蚀破坏事故中，由均匀腐蚀引起的仅占约10%,而由局部腐蚀引起的则高达90%以上，由此可(kě)见，局部腐蚀是相当严重的。
1. 均匀腐蚀
均匀腐蚀是指接触的金属表面全部产生腐蚀的现象。检查方法多(duō)半使用(yòng)失重法。
2. 局部腐蚀
①. 晶间腐蚀
在腐蚀介质作用(yòng)下，起源于金属表面沿晶界深入金属内部的腐蚀称為(wèi)晶间腐蚀。它是一种局部性腐蚀。晶间腐蚀导致晶粒间的结合力丧失，材料强度几乎消失，是一种很(hěn)值得重视的危险的腐蚀现象。导致奥氏體(tǐ)不锈钢晶间腐蚀的原因很(hěn)多(duō)，概括有(yǒu)以下几种:
a．碳化铬析出引起的晶间腐蚀
b．σ相析出引起的晶间腐蚀
c．晶界吸附引起的晶间腐蚀
d．稳定元素高温溶解引起的晶间腐蚀
②. 点蚀及缝隙腐蚀
点蚀及缝隙腐蚀的共同机理(lǐ)是腐蚀區(qū)间产生“闭塞電(diàn)池腐蚀”作用(yòng)所致，但各自的具體(tǐ)原因不相同。
点蚀是指在金属材料表面产生的尺寸约小(xiǎo)于1.0mm的穿孔性或蚀坑性的宏观腐蚀。点蚀的形成主要是由于材料表面钝化膜的局部破坏所引起的。
缝隙腐蚀是金属构件缝隙处发生的斑点状或溃疡形宏观蚀坑。它是以腐蚀部位的特征命名的。和点蚀形成机理(lǐ)有(yǒu)差异之点在于缝隙腐蚀主要是由介质的電(diàn)化學(xué)不均匀性引起的。因此，改善运行条件、改变介质成分(fēn)和结构形式是防止缝隙腐蚀的重要措施。
③. 应力腐蚀断裂（SCC）
应力腐蚀是指在静拉伸应力与電(diàn)化學(xué)介质共同作用(yòng)下，因阳极溶解过程引起的断裂。在应力与腐蚀介质共同作用(yòng)下有(yǒu)三种不同类型的局部腐蚀——应力腐蚀、氢脆和腐蚀疲劳。
