不锈钢的起源与应用：从一战到现代工业的广泛需求

来源 |工程客座编辑|化学加

介绍

不锈钢可以说是工程领域中一种非常特殊的材料。之所以特殊，主要是因为不锈钢涉及的应用领域广泛，需求量大，比如水务行业、建筑结构行业、环保行业、工业设施等。今天我们就来说说过去和现在不锈钢的寿命。

不锈钢的由来

不锈钢的发明和使用可以追溯到第一次世界大战。英国科学家亨利·布里尔利受英国政府军兵工厂委托，研究武器的改进。当时士兵使用的步枪枪膛非常容易磨损，布雷尔利想发明一种不易磨损的合金钢。

布雷尔利发明的不锈钢于1916年获得英国专利并开始批量生产。从此，在垃圾堆里意外发现的不锈钢开始风靡全球。亨利·布里尔利也被称为“不锈钢之父”。

一战期间，英国在战场上的枪支总是因为枪管磨损无法使用而被运回后方。军工生产部门命令研制高强度耐磨合金钢的布雷尔利专门解决炮膛磨损问题。布雷尔利和他的助手们收集了国内外生产的各种类型的钢材，以及不同性能的各种合金钢，在不同性能的各种机器上进行性能实验，然后选择更适合的钢材来制造枪支。

有一天，他们用一种含有大量铬的国产合金钢进行了实验。经过耐磨测试，他们发现这种合金不耐磨，说明它不能用来制造枪。于是，他们把实验结果记录下来，扔到了角落里。事物。几个月后的一天，一名助手兴奋地拿着一块闪闪发亮的钢材来到布雷尔利面前，说道：“先生，这是我在打扫仓库时发现的莫拉先生送来的合金钢，你想尝试一下吗？”看看它有什么特效？ “好吧！”布雷尔利看着光亮的钢铁高兴地说。

实验结果证明，它是一块不怕酸、碱、盐的不锈钢。这种不锈钢是1912年德国毛拉发明的。不过毛拉并不知道这种不锈钢有什么用处。

布雷尔利心里想：“这种不耐磨却又耐腐蚀的钢材不能用来制造枪，能用来制造餐具吗？”他继续制作不锈钢水果刀、叉子、勺子和水果盘。以及折叠刀等

如今，不锈钢的应用领域越来越广，需求量也越来越大。那么我们来谈谈不锈钢。

首先我们来说一下不锈钢的分类

不锈钢按主要化学成分分为铬不锈钢、铬镍不锈钢和铬锰氮不锈钢。

1、铬系（400系列）：钢中除铁外主要合金元素为铬，即铬系不锈钢，相当于美国AISI 400系列，故又称400系列不锈钢。代表钢号SUS430、SUS49L、SUS439

2、铬镍系或铬镍钼系（300系列）：钢中除铁外，主要合金元素为铬、镍、钼，即铬镍系或铬镍钼系列不锈钢，相当于美国AISI 300系列。因此，也称为300系列不锈钢，代表钢号SUS304和SUS316L。

我们来关注一下304不锈钢吧！ 304不锈钢是一种通用型不锈钢材料，其防锈性能比200系列不锈钢材料更强。在耐高温方面也比较好，一般使用温度限制在650℃以下。 304不锈钢具有优良的不锈钢耐腐蚀性能和良好的耐晶间腐蚀性能。对于氧化性酸，实验发现304不锈钢在沸点以下、浓度≤65%的硝酸中具有较强的耐腐蚀性。对碱溶液和大多数有机酸和无机酸也具有良好的耐腐蚀性。

304不锈钢的优点：

（1）环保卫生：杜绝红水、蓝绿水、水隐患问题。无异味，无有害物质沉淀，保持水质纯净。它不含铅，对人体健康无害。

(2)耐磨性：表面美观、洁净光亮、耐用无划痕，永不生锈、断裂。 3、耐低温：厨房、卫生间的不锈钢水管、水龙头角阀永远不会破裂。

(3)优良的热膨胀性能和保温性能：不锈钢管热胀冷缩缓慢，保温性能好。

（4）权威认证：不锈钢金属元素析出量低于世界卫生组织和欧洲饮用水法规规定标准值的5%。

3、铬锰氮系列：钢中除铁外，主要合金元素为铬、锰、氮，相当于美国AISI200系列。因此，也称为200系列不锈钢。

不锈钢根据轧制后产品形状的不同，一般分为板材、长材和型材。

1. 板材：板材不锈钢

2、长材（棒材、线材）：具有一定长度的圆棒状、线状不锈钢制品

3、型材：其他形状不锈钢

不锈钢常按其组织状态分为：马氏体钢、铁素体钢、奥氏体钢等。

1、铁素体不锈钢：含铬12%～30%。其耐蚀性、韧性和焊接性随铬含量的增加而提高，其耐氯化物应力腐蚀性能优于其他类型的不锈钢。属于这一类的有Crl7、Cr17Mo2Ti、Cr25、Cr25Mo3Ti、Cr28等。铁素体不锈钢由于铬含量较高，具有比较好的耐蚀性和抗氧化性，但机械性能和工艺性能较差。多用于应力较小的耐酸结构和作为抗氧化钢。该类钢能抵抗大气、硝酸和盐水溶液的腐蚀，并具有良好的高温抗氧化性和较小的热膨胀系数。用于硝酸和食品厂设备，也可用于制造在高温下工作的零件，如燃气轮机零件。 。

2、奥氏体不锈钢：含铬18%以上，还含镍8%左右及少量钼、钛、氮等元素。综合性能良好，能耐多种介质的腐蚀。奥氏体不锈钢常用牌号有1Cr18Ni9、0Cr19Ni9等。0Cr19Ni9钢的wC<0.08%，钢号标记为“0”。这类钢含有大量的Ni和Cr，使钢在室温下呈奥氏体状态。此类钢具有良好的塑性、韧性、焊接性和耐蚀性，在氧化性和还原性介质中均具有良好的耐蚀性。用于制造耐酸设备，如耐腐蚀容器和设备衬里、输送管道以及硝酸设备零件等。奥氏体不锈钢一般采用固溶处理，即将钢加热到1050~1150℃ ℃，然后水冷以获得单相奥氏体组织。

3、奥氏体-铁素体双相不锈钢：具有奥氏体和铁素体不锈钢的优点，并具有超塑性。不锈钢分别具有大约一半的奥氏体和铁素体结构。低C含量情况下，Cr含量为18%~28%，Ni含量为3%~10%。有些钢还含有Mo、Cu、Si、Nb、Ti、N等合金元素。这类钢兼有奥氏体不锈钢和铁素体不锈钢的特点。与铁素体相比，具有更高的塑性和韧性，无室温脆性，显着提高耐晶间腐蚀性能和焊接性能，同时保持铁含量。实心不锈钢在475℃时脆化，具有高导热性，并具有超塑性等特性。与奥氏体不锈钢相比，强度高，抗晶间腐蚀和氯化物应力腐蚀能力显着提高。双相不锈钢具有优良的耐点蚀性能，也是一种节镍不锈钢。

4、马氏体不锈钢：强度高，但塑性和焊接性较差。马氏体不锈钢常用牌号有1Cr13、3Cr13等，因其含碳量高，具有较高的强度、硬度和耐磨性，但耐腐蚀性稍差。它们用于对机械性能和耐腐蚀性有较高要求的应用。一些具有一般要求的零件，如弹簧、涡轮叶片、液压机阀门等，该钢经调质处理后使用。

不锈钢的应用领域

从不锈钢应用行业分析，汽车行业是目前不锈钢应用增长最快的领域。近十年来，日本汽车用不锈钢用量从平均10公斤增加到30公斤，美国更是超过40公斤。不锈钢还广泛应用于公交车、地铁、高铁车辆等公共交通车辆上。中国家电行业是不锈钢应用的潜在大市场。此外，水务行业、建筑结构行业、环保行业、工业设施等对不锈钢的需求也将逐年增加。具体来说：

车辆/汽车工业：这是目前增长最快的不锈钢应用领域。采用高强度不锈钢制作车身结构，可以大大减轻车辆的重量，增强车身结构的强度。车辆面板和装饰件采用不锈钢可以降低维护成本。此外，不锈钢因其耐氯离子腐蚀和耐热性也被用于汽车排气系统。现在，日本、美国、瑞典等国家已广泛使用不锈钢车辆。日本从20世纪80年代开始推广，目前其不锈钢列车车辆已达到60%。汽车工业是不锈钢应用的发展重点。

水工业：水在储存和运输过程中的污染问题日益引起人们的关注。大量实践证明，不锈钢是水制备、储存、输送、净化、再生、海水淡化等水工业的最佳材料。其优点是：耐腐蚀、抗震、节水、卫生（不生锈和铜绿）、重量轻（减少1/3）、维护少、寿命长（可使用40年）、生命周期成本低（ LCC），是一种可回收再利用的绿色环保材料。据介绍，目前日本东京地区的不锈钢管道已达76%，管道泄漏率由原来的14.7%下降到目前的7.5%。日本大阪发生大地震后，不锈钢储水箱完好无损。最近，日本开发出波纹管接头，使不锈钢水管道的建设成本降低20%，总成本降低3%，维护成本降低3/4。

建筑业：是最早使用不锈钢的领域之一。在建筑装饰方面，目前不锈钢主要用于高层建筑的外墙、内外柱的涂装，以及扶手、地板、电梯壁板、门、窗户和幕墙。经过表面处理、着色、涂层处理的不锈钢板，解决了触摸后容易出现指纹的问题，进一步扩大了不锈钢的应用范围。日本开发了多种不锈钢屋面材料，如高、中铬铁氧体和各种耐腐蚀性能较好的电镀板。瑞典开发的超洁净拉丝表面不锈钢板和法国Ugine开发的UGITOP面板为建筑行业提供了新的选择。

家电行业：在家电行业中，不锈钢多用于自动洗衣机内桶、热水器内胆、微波炉内外壳、冰箱内衬等，多采用铁素体不锈钢。西欧家用电器不锈钢比例较大，而亚洲普遍使用不锈钢较少，除日本接近欧洲水平外。 1999年，日本家电行业铁素体和马氏体不锈钢的消费量达到28%，奥氏体不锈钢占12%。我国生产的微波炉、冰箱、空调、电视机等已经是世界上有竞争力的出口产品。国内家电行业是不锈钢应用的潜在大市场。预计未来5-10年，我国家电行业不锈钢需求量将达到10万吨-15万吨。

环保行业：工业废气、垃圾、污水处理装置需采用不锈钢材质。在烟气脱硫过程中，为了抵抗二氧化硫、氯离子、铁离子的腐蚀，吸收塔、冷却器、泵、阀门、烟道等需要采用双相不锈钢和高级奥氏体不锈钢。垃圾焚烧炉、废水处理等设施需要采用高性能不锈钢材料。

工业设施：发达国家工业设施中不锈钢的使用比例一般可达15%-20%。目前国内应用比例还很小。一方面是由于进口成套工业设备和不锈钢材料未纳入统计。另一方面是因为尚未采用国产材料。化工、石化、化纤、造纸、食品、医药、能源（核电、火电、燃料电池）等领域都需要不锈钢。此外，现有进口设备已进入检修期。随着国内不锈钢产品质量的提高和特级产品的开发，未来不锈钢在国内工业设施中的应用将逐年增加。

不锈钢应用场景

铺路

水景

雕塑

其他

不锈钢的发明和人类历史上的大多数发明一样，都是在不经意间发明的。随着时间的推移，人类也更好地利用了它，促进了它的发展。顺便说一句，那些不锈钢雕塑很漂亮！

（参考资料：百度百科、山水中国网及互联网。）

更多精彩阅读，点击标题下方“化学”进行关注，点击下方“进入公众号”，使用手机左下角小键盘输入：

回复a15并查看《化学张伟光教授：舌尖上的手性鱼》

回复ac-58并查看“【学术动态】兰州大学化学70华诞庆典隆重举行，中国化学界众多名人齐聚兰州”

回复ac-55查看《兰华大学化学建校70周年，40位杰出青年学者，2万名校友，百万网友提前送上祝福！》 》

回复b04查看《化学学生如何选择防晒霜？》 》