不鏽鋼
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鋼、鐵、以及其他鐵合金 |
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鐵碳合金中的相與顯微組織 |
鋼(按成分分類) |
鋼(按應用分類) |
其他含鐵材料 |
鍛鐵(熟鐵、工業純鐵,含碳量≤0.04%) |
不鏽鋼[1](英語:Stainless steel,rustless steel),也稱為不鏽耐酸鋼、水銅鐵,台語也稱為白鐵仔(臺灣話:pe̍h-thih-á);在冶金學中,是指在大氣和酸、鹼、鹽等腐蝕性介質中,呈現鈍態、耐蝕、不生鏽,含高鉻(常12%~30%)的合金鋼,通常另含有鎳、鉬、釩、錳、鎢等元素;而決定不鏽鋼防鏽能力,最重要的金屬元素就是鉻。國際上以重量計算定義,不鏽鋼是最低鉻含量為10.5wt%,最高碳含量為1.2 wt%的合金鋼[2],或鉻含量超過10%的「鐵合金」[3]。此名稱源於它不像普通鋼那樣容易腐蝕生鏽[4]。
如果合金鋼含鉻或其他元素比例很低,則只能在表面形成氧化膜保護而仍會氧化,具有像銅或鋁的防蝕特色,這種鋼材就並非不鏽鋼,而是耐候鋼。鉻與低碳含量相配合,可顯示出明顯的耐腐蝕性和耐熱性,還可以加入鎳、鉬、釩、鈦、鈮、錳、鎢、鋁、銅、氮、硫、磷和硒,使其表面會產生防鏽的氧化膜,以提高對特殊環境的耐腐蝕性和抗氧化性,並賦予特殊性能,從而保護鋼材本身受到外界環境中的空氣(尤指氧氣)、水、某些酸、鹼的氧化腐蝕。
大多數不鏽鋼先在電爐或氧氣頂吹轉爐(轉爐)中熔化,然後在另一煉鋼爐中精煉,主要為了降低碳含量。在氬-氧脫碳法中,將氧和氬的氣體混合物噴入鋼水中。改變氧和氬的比例,通過將碳氧化為一氧化碳而不使昂貴的鉻氧化和損失,來將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較便宜的原料,如高碳的鉻鐵。
歷史
1913年哈利·布雷爾利發明了一種麻田散不鏽鋼並隨後使其工業化[5]。1924年eeket研製了一種含鉻量更高的不鏽鋼,相當於鐵素體不鏽耐酸鋼。
1931年,巴德公司製造出世界首架不鏽鋼飛機。
分類
晶體結構
不鏽鋼按照晶體結構分為五大類:奧斯田不鏽鋼(A1,A2,A3,A4,A5)、鐵素體不鏽鋼(F1)、麻田散不鏽鋼(C1,C4,C3)、雙相不鏽鋼和沉澱硬化型不鏽鋼。[6]
- 奧斯田不鏽鋼(英語:austenitic stainless steel)含有16%-26%鉻和35%以下的鎳,通常具有最高的耐腐蝕性,不能通過熱處理進行強化,並且無磁性;最常見的類型是18/8,或稱304級,即含有18%鉻和8%鎳;典型的用途包括飛機工業、乳製品和食品加工工業。奧斯田不鏽鋼(A*-50較軟/A*-70 適合冷加工/ A*-80具有高強度)
- 鐵素體不鏽鋼(英語:ferritic stainless steel)含有10.5%-27%鉻,而不含鎳,由於碳含量低(0.2%以下),不能通過熱處理進行強化,僅用於防腐蝕要求不高的場合,如建築和汽車裝潢方面。肥粒鐵不鏽鋼(F1-45較軟/F1-60適合冷加工)
- 麻田散不鏽鋼(英語:martensitic stainless steel)通常含有11.5%-18%鉻和1.2%以下的碳,有時也含鎳,可通過熱處理進行強化,具有中等的耐腐蝕性,用於刀具、外科用具、扳手和渦輪機。
- 雙相不鏽鋼(英語:duplex stainless steel)混合了奧斯田和肥粒鐵不鏽鋼的微觀晶體結構,其理想比例為50:50,即使商用產品會採用40:60的比例。通過比奧斯田不鏽鋼含比例更高的鉻(19-32%)和鉬(最高5%)以及更低比例的鎳來劃分。雙相不鏽鋼具有大約兩倍於奧斯田不鏽鋼的降伏強度。相比於304和316不鏽鋼,其混合型的晶體結構產生了對於氯化物腐蝕的更佳的防腐蝕性。石油和天然氣工業是最大的使用者。
- 沉澱硬化型不鏽鋼(英語:precipitation hardening grade stainless steel)基體為奧斯田或麻田散組織,並能通過沉澱硬化(又稱時效硬化)處理使其硬(強)化的不鏽鋼。
抗蝕性
不鏽鋼按其抗蝕性分:不鏽鋼(在空氣中能抵抗腐蝕)和不鏽耐酸鋼(在某些化學介質中能抵抗腐蝕)。
化學成分
按化學成分可分為高鉻不鏽鋼(如4Cr13、Cr17、Cr28、Cr17Ti 等)、鉻鎳不鏽鋼(如0Cr18Ni9Ti、Cr18Ni12Mo2Ti)、鉻錳氮不鏽鋼(如Cr17Mn13Mo2N)。
各標準不鏽鋼號對照表 | ||||
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EN-DIN標準鋼號 | EN-標準鋼牌號 | ASTM/AISI鋼牌號 | UNS編號 | GB-中國國標牌號 |
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 |
應用
目前,市場上的不鏽鋼品種超過230種,常使的也有近50種,其中約80%是奧斯田不鏽鋼(18鉻-8鎳)的衍生物,20%是由13鉻鋼演變而成。
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用不鏽鋼製造的管道和配件
健康問題
由於各種類型的不鏽鋼有不同的特性,在長期貼近人體使用,可能對人體產生有害的影響。不鏽鋼協會聯盟委託瑞典皇家工學院對1.4003、1.4016、1.4597(+Cu)、1.4404、1.4301、1.4162等七種不鏽鋼測試,結果顯示金屬釋放量均未超,可以用於食品接觸材料。[8]
2014年5月8日,台灣專家凌永健強調,不鏽鋼湯匙用久後有鏽、刮痕、凹凸不平則莫用,因為有溶出有害物的疑慮。消基會也補充說,雖然錳是人體必須的微量礦物質之一,但若吸收過量,會影響神經系統,引發記憶障礙,甚至是柏金遜症;部份鎳化合物已被認定是人體致癌物[9]。
執行標準
在中國,不鏽鋼管執行的標準有:GB1220-84、GB4241-84、GB4356-84、GB1270-80、GB12771-91等等。
相關
參考來源
- 文獻
- 陳怡儒、楊和慶、到手香、紀宗廷、林欣瑜、柯昭儀、雲琇卿、吳怡亭、盂美雲、林煜庭、鄭諺彌、陳亭瑋、陳昭明、葉宗桓、林宏儒、蘇怡帆. 《圖解日用品安全全書》. 臺灣: 易博士出版社(城邦文化). 2011-05-17 [2011]. ISBN 978-986-120-761-2 (中文).`
- 引用
- ^ 陳怡儒 2011,第304-305頁
- ^ 存档副本. [2022-01-14]. (原始內容存檔於2022-01-14).
- ^ 存档副本. [2022-01-14]. (原始內容存檔於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]. (原始內容存檔於2021-12-15).
- ^ A non-rusting steel. New York Times. 31 January 1915.
- ^ ISSF. 不锈钢介绍 (PDF). (原始內容 (PDF)存檔於2011).
- ^ What is Stainless Steel?. [2006-12-26]. (原始內容存檔於2006-09-24).
- ^ 使用不锈钢进行食物的安全制备 (PDF). worldstainless. 2019 [2023-11-30]. (原始內容存檔 (PDF)於2024-02-23).
- ^ 楊淑閔; 裴禛(攝). 不鏽鋼餐具刮鏽 恐溶出有害物. 臺北: 中央通訊社. 2014-05-08 [2014-05-08]. (原始內容存檔於2018-08-27).
外部連結
- (英文)Articles About Stainless Steel by International Stainless Steel Forum
- (英文)What is stainless steel (頁面存檔備份,存於互聯網檔案館) by BSSA
- (英文)Euro Inox(multilingual portal)
- (英文)Comprehensive Information About Stainless Steel (頁面存檔備份,存於互聯網檔案館) by The Stainless Steel Information Center
- (英文)Comprehensive Information About Metallurgy of Stainless Steel (頁面存檔備份,存於互聯網檔案館) by Cambridge University
- (英文)Life Cycle Costing of Stainless Steel
- 鐵素體不鏽鋼解決方案 (頁面存檔備份,存於互聯網檔案館)
- 新200 系列」鋼種
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