不锈钢为何不锈？定制零件材料选择及真伪鉴别全攻略

介绍

不锈钢为什么不生锈？ （本文第 2 部分）

定制不锈钢零件，如何选择材质牌号？ （本文第 5 部分）

可以用磁铁来辨别不锈钢的真伪吗？ （本文第 4 部分）

304不锈钢是食品级不锈钢吗？ （本文第 6 部分）

304和304L、316和316L有什么区别？ （第五部分）

什么是医用级不锈钢？ （本文第 7 部分）

本文分为7部分，共3018字，阅读时间约8分钟。每个部分都是相对独立的，大家可以根据介绍按需跳转阅读。

图1 本文结构

一、不锈钢的起源

和许多重大科学发现一样，不锈钢的诞生也充满了意外。

第一次世界大战前夕，由于当时材料和炼钢技术的限制，英国士兵使用的步枪枪管很容易磨损，使用了一段时间后不得不运回后方进行修理。一段时间。为了开发新型耐磨合金钢，英国科学家哈里·布里尔利受当时的Bronface实验室聘请，开始新型钢铁材料的开发。

图2 英国科学家哈里·布里尔利

科学研究和探索的过程是重复的、枯燥的、艰巨的。从1912年开始，布雷尔利不断尝试以不同比例混合、熔炼各种元素，然后一一测试它们的耐磨性，但结果并不理想。久而久之，实验室的角落里堆满了各种废弃的钢铁材料，只能放在室外。

几个月后的一天，实验室人员在清理户外垃圾时，在一堆生锈的材料中发现了几块闪闪发光的钢铁。能够经受几个月的日晒雨淋而不生锈，布雷尔利感到非常兴奋，因为在那个年代，耐磨性只是一个应用问题，而解决耐腐蚀性则是一个革命性的问题！

他立即根据实验笔记本找出了样本的成分。它是一种含有 12.8% 铬和 0.24% 碳的合金。经过后续研究发现，这种合金材料可以承受盐、酸、碱的侵蚀。不锈钢是偶然诞生的。 1915年，布雷尔利的发明在美国获得专利，次年在英国获得专利。不锈钢材料很快风靡全球，布雷尔利也被誉为不锈钢之父。

2、不锈钢为什么不锈？

不锈钢优异的耐腐蚀性能主要归功于铬。当铬与空气或水接触时，表面会形成致密的三氧化铬层。这层氧化膜很薄，因此不会影响表面的金属光泽。

氧化膜形成后，不会继续与水和空气发生反应。这就是不锈钢之所以不锈的原因。如果表层因磨损而受损，周围的水和氧气会很快再次形成氧化膜，赋予不锈钢强大的自我“不锈修复力”。

图3 奥氏体不锈钢的显微组织

不过，不锈钢也不是绝对的。以奥氏体不锈钢为例，如果将材料加热到450℃～900℃的高温，组织会发生变化，沿晶体边缘形成碳化铬，从而形成碳化铬在水晶的边缘。形成氧化铬保护层，从而降低耐腐蚀性。这种腐蚀称为“晶间腐蚀”。为了避免晶间腐蚀，需要高温焊接的零件通常采用含碳量较低的304L和316L（L指较低碳含量）不锈钢。

3、不锈钢五大类

根据我国国家标准，铬含量大于10.5%、碳含量小于1.2%的合金钢即可认定为不锈钢。在不锈钢中添加不同的合金元素，以增强或改善不锈钢的性能。镍是决定不锈钢是否有磁性的关键元素。

图4 不锈钢中添加的常用合金元素及其作用

根据不锈钢的金相组织，世界范围内已开发和使用的不锈钢可分为五大类，即奥氏体、铁素体、马氏体、双相不锈钢和沉淀硬化不锈钢。其中奥氏体不锈钢占不锈钢总产量的75%~80%。是目前用量最大、应用最广的不锈钢材料。

如果加上磁性维度，不锈钢类别还可以进一步细分，如下图所示。

图5 不锈钢类别

奥氏体不锈钢的铬含量在16%~25%之间，镍含量在7%~20%之间。基体主要为奥氏体组织，具有面心立方晶体结构，无磁性。具有良好的耐腐蚀性能和机械加工性能。

铁素体不锈钢的基体主要由具有体心立方晶体结构的铁素体组成。它具有磁性，一般不能通过热处理硬化。具有优异的耐氯化物腐蚀性能，但对晶界腐蚀敏感，低温下延展性较差。

马氏体不锈钢的基体为马氏体组织，具有磁性。其机械性能可通过热处理来调整。具有较高的碳含量，较高的强度、硬度和耐磨性。

双相不锈钢基体同时具有奥氏体和铁素体两相组织，并具有磁性。双相不锈钢的强度约为常规奥氏体不锈钢或铁素体不锈钢强度的两倍，适用于薄壁和强度要求的零件。

沉淀硬化不锈钢的基体是奥氏体或马氏体组织，不锈钢是沉淀硬化的。固溶后成为马氏体或半奥氏体组织。具有比马氏体不锈钢更好的强度和耐腐蚀性。

4、可以用磁铁来鉴别不锈钢的真伪吗？

从图5可以看出，五类不锈钢中，只有奥氏体不锈钢和沉淀硬化660牌号是无磁的，其他几类都是有磁性的。因此，通过磁铁对不锈钢的吸力来鉴别不锈钢的真伪是不可能的。

图6 用磁铁无法辨别不锈钢的真伪

那么可以用磁性来判断奥氏体不锈钢吗？

答案同样是否定的。因为即使是奥氏体，当材料进行冷加工时，其结构也可能转变为马氏体。加工变形越大，发生马氏体转变越多，马氏体是有磁性的。以奥氏体304不锈钢内六角螺栓为例，由于螺栓头部加工变形最大，因此退磁前的螺栓头部会表现出一定程度的磁性。

图7 304不锈钢内六角螺栓

此外，奥氏体不锈钢还分为2XX系列和3XX系列不锈钢。 2XX系列的锰含量约为5%~15%。摄入过多的锰会对神经系统造成损害。因此2XX一般不能用来制作餐具和保温杯产品。但由于其成本低廉，一些商家以次充好的方式出售。用201代替304不锈钢很容易。由于两者都是非磁性的，因此也无法利用磁性来识别它们。

5、定制不锈钢件如何选择材质牌号？

奥氏体不锈钢是目前产量最大、应用最广泛的不锈钢材料。大多数科学研究中使用的零件主要由奥氏体材料制成。

第一代奥氏体不锈钢是最常见的304不锈钢。由于其铬、镍含量分别约为18%、8%，故又称18/8不锈钢。其他奥氏体牌号都是在18/8的基础上发展起来的。

奥氏体不锈钢分为铬锰2XX系列和铬镍3XX系列不锈钢。其中2XX系列是二战期间开发的。金属镍作为重要的战略物资，当时供应严重短缺，价格昂贵。 3XX不锈钢的生产需要大量的镍。为了应对这一问题，美国首先用锰代替镍，开发了低镍含量的2XX系列不锈钢作为战时应急。补充并至今仍在使用。

图8显示了两个系列常用牌号奥氏体不锈钢的主要成分和耐腐蚀性能。

304不锈钢在大气和空气中的耐腐蚀性能优于201。

与304相比，316不锈钢新添加了钼，镍含量也提高到10%左右。俗称18/10不锈钢。具有更好的耐腐蚀性和耐温性，也更适用于船舶、医疗机械、高温蒸馏等设备； “L”是英文Low的缩写，意思是低碳。较低的碳含量将增强不锈钢的抗晶界腐蚀能力。

图8 奥氏体2XX系列和3XX系列不锈钢

由于不同国家的法律标准不同，不同国家和国际标准化组织（ISO）的不锈钢牌号也不同。例如304是按照美国ASTM标准生产的牌号。虽然各个标准的定义存在一些差异，但总体来说，它们代表的是相同的不锈钢材料。各标准品牌名称对照表如图9所示。

图9 各国常用奥氏体不锈钢牌号对照表

常用牌号奥氏体不锈钢的机械性能如图10所示。

图10 常用奥氏体不锈钢牌号的机械性能

综上所述，在定制不锈钢件时，首先要明确自己的需求。根据实验环境和工况条件，从耐腐蚀性、力学性能、化学成分、经济性等维度比较具体参数指标，然后进行综合评价，确定最合适的。最好的选择。

6.什么是食品级不锈钢？

食品级不锈钢是指符合我国国家强制性标准GB 4806.9-2016（《食品安全国家标准|食品接触用金属材料及制品》）的不锈钢。首先，GB 4806明确了餐具容器和食品生产经营工具设备主要部件使用的不锈钢材料范围：

图11 食品级不锈钢强制性标准GB 4806.9-2016材料使用范围

同时，对所选材料中重金属析出物的理化指标也有强制性要求：

图12 食品级不锈钢强制性标准GB 4806.9-2016 重金属析出物理化指标

因此，304不锈钢“不等于”食品级不锈钢。 304不锈钢工业用途广泛，但大部分不符合食品级不锈钢标准。食品级不锈钢很容易解释，因为它需要满足普通不锈钢的要求，同时还需要符合GB 4806.9-2016的强制性规定。两者密切相关：

问：如果不锈钢制品内壁有“食品级304不锈钢”标志，就一定是食品级不锈钢吗？

答：不！

图13 不锈钢水壶底部钢印

首先，这种钢印既不具有国家法律效力，也不是权威机构颁发的识别标志。相反，大多数是由公司自己印刷的，用于营销和促销目的。另外，304是美国品牌，不应该也不会出现在我国的产品标识系统中。

问：不锈钢表面用纸擦拭，纸会变黑。可以用吗？

答：不！

纸张变黑的原因可能是不锈钢表面残留有抛光蜡或抛光蜡与金属粉末的混合物。抛光蜡是一种有毒物质，难溶于水。合格的不锈钢产品在出厂前都会经过抛光蜡清洗。残留抛光蜡的产品可被认定为制造商质量控制问题，通常是劣质产品。此类产品经常作为礼物出现。遇到此类产品时，不要触摸食物或直接扔掉。

7. 什么是医用级不锈钢？

与食品级不锈钢类似，医用级不锈钢是指符合国家强制性标准GB 4234.1-2017（《外壳植入物|金属材料》）的不锈钢材料。

由于医用级不锈钢需要植入体内，除了严格控制金属离子的析出外，还需要具有更好的抗点蚀和晶间腐蚀能力以及安全性能，以防止植入器械失效和断裂。因此，对材料成分有一定的要求。要求更加严格。为了提高抗晶间腐蚀能力，碳含量强制要求小于或等于0.03%，铬、镍含量高于甚至达到普通不锈钢的上限要求。

图14 我国医用级不锈钢强制性标准GB4234.1-2017-成分标准

医用级不锈钢对材料成分有严格的定义。此外，还对完全退火状态下材料的显微组织、晶粒尺寸和非金属夹杂物含量做出了明确规定。

图15 我国医用级不锈钢强制性标准GB4234.1-2017-显微组织

奥氏体316L和317L符合国家标准GB 4234.1-2017，是较常用的医用级不锈钢。医用不锈钢广泛用于制造各种人工关节和骨折内固定装置，如加压接骨板、鹅颅骨螺钉、脊椎钉、骨牵引丝、人工椎骨等。

图16 医用级不锈钢应用

随着我国食品和医疗器械行业的蓬勃发展，食品和医疗行业所用不锈钢材料的需求量每年都在快速增长。新的、更安全、更严格的不锈钢标准的修订，必将成为我国不锈钢材料研发的重要组成部分。部分。