現(xiàn)在已經(jīng)很少能見到真正的純鐵了，我們概念中的鐵實際上都是鐵基合金。真正的純鐵柔韌性特別好，這種材料顯然是不能作為建筑材料為設(shè)備提供強(qiáng)度的。但是偏偏非常幸運的是，在早期人類是無法煉出純鐵的，古人煉出的鐵或多或少都含有雜質(zhì)，主要是碳含量大概在2%-4%之間。而碳的加入反而讓鐵有了一定的強(qiáng)度，可以作為工具與設(shè)備材料，我們煉出了一個不純的東西，可是偏偏它就有用，可謂是歪打正著。之所以煉出的鐵中含碳，那是因為煉鐵的過程實際上是用木炭還原鐵的氧化物，木炭本身就作為還原劑，因此不可避免的殘留在鐵中。

鐵基合金含碳量對材料性質(zhì)的影響可謂是非常復(fù)雜，涉及到非常多的晶體與固體材料的知識，在這里我們把這個問題簡化簡化再簡化，單純以含碳量對鐵基合金來做個分類。

自然狀態(tài)下，我們煉出來的鐵，其含碳量在2%-4%左右。一般來說，含碳量高的鐵硬度大，但韌性也差，表現(xiàn)出來的特點就是易脆。由于材料脆性比較大，因此機(jī)加工性能特別差，比如說給鑄鐵板鉆孔，一不小心就能把整塊板都鉆裂了。因此，要把這種材料加工成我們想要的形狀，最可行的辦法就是倒模。把鐵融化以后變成鐵水，然后倒進(jìn)制定形狀的模具里成型。這種加工方法叫做鑄造加工，因此我們一般吧含碳2%-4%的鐵稱為鑄鐵。

鑄鐵實際上在生活中非常少見，好像我們比較熟悉的就是大鐵鍋了，其他的我們認(rèn)為是鐵的東西實際上都是鋼。但是在化工生產(chǎn)中，鑄鐵還是比較常見的，主要是用來制造各種各樣的閥門和管件。

鑄鐵的耐腐蝕性能尚可，至少比碳鋼好一點，之所以如此是因為鑄鐵本身純度不高，還含有一些其他元素，最終提高了它的耐腐蝕性能。此外鑄鐵家族里還有一個耐腐蝕性妖孽級別的存在，那就是高硅鑄鐵，這種鑄鐵里面含硅可以到10%以上，據(jù)說在顯微鏡下觀察可以發(fā)現(xiàn)材料表面覆蓋著一層二氧化硅。該材料耐腐蝕性能幾乎和玻璃一樣，百毒不侵。

或是因為巧合，或是因為有意為之，人們發(fā)現(xiàn)，對鐵進(jìn)行反復(fù)鍛造后，鐵的韌性和強(qiáng)度都能得到明顯增強(qiáng)，一種新的鐵基合金——鋼被制造了出來。

鋼材這里指碳鋼，一般要求碳含量在0.02%-2%之間，低于鑄鐵。根據(jù)含碳量不同可以分為低碳鋼，中碳鋼和高碳鋼。一般來說碳含量越高剛才越硬，碳含量越低鋼材的韌性越好。鋼材可以說是人類發(fā)現(xiàn)的最完美的材料，首先是鋼材非常便宜，因為鐵本身在地殼內(nèi)豐度就很高，不同與銅，銀，金等稀有金屬，鐵礦還是相當(dāng)常見的。此外就是鋼材的力學(xué)系能太好了，強(qiáng)度與鋼度完美平衡，恰到好處，而且關(guān)鍵是可以調(diào)節(jié)，只要變動含碳量，就能得到不同力學(xué)性能的產(chǎn)品。在化工生產(chǎn)中碳鋼的應(yīng)用是非常廣泛的，既可以做管道，也可以做設(shè)備主體，還可以用來做鋼結(jié)構(gòu)，用于支撐設(shè)備，簡直就是萬金油一般的存在。

碳鋼的腐蝕比鑄鐵嚴(yán)重很多，上面這張圖你看到的罐子都刷了漆，一方面是為了好看一方面也是防腐作用。碳鋼直接暴露在空氣中會產(chǎn)生嚴(yán)重的腐蝕，主要是由空氣，水分共同作用導(dǎo)致的。實際上碳鋼在干燥條件下的腐蝕并不嚴(yán)重，在中性與堿性條件下如果隔絕空氣也可以有效阻止腐蝕。例如在純堿工業(yè)里由于物料是堿性的且不接觸空氣，大部分設(shè)備都可以用碳鋼。

鑒于碳鋼的耐腐蝕性問題，人們又開始孜孜不倦地尋找新型材料了，在一個非常巧合的情況下，一種可以耐受腐蝕的鐵基合金——不銹鋼誕生了。碳鋼的腐蝕是非常嚴(yán)重的，與很多物料都會起反應(yīng)，因此必須要想方設(shè)法提升碳鋼的耐腐蝕能力才能讓它應(yīng)用于更廣泛的領(lǐng)域。經(jīng)過一系列的改進(jìn)，具有良好耐腐蝕能力的不銹鋼終于粉墨登場。

腐蝕有嚴(yán)重和輕微之分，在一些場合下，我們明明知道介質(zhì)對材料存在腐蝕，但是出于經(jīng)濟(jì)性方面的考慮，只要腐蝕被控制在可以接受的范圍內(nèi)我們還是可以使用這些材料的。有過化工容器設(shè)計經(jīng)驗的人都聽說過所謂腐蝕余量這個概念，那就是我們在設(shè)計容器的時候，有意識地把容器的壁面做厚一點。這樣即使有腐蝕存在，因為腐蝕容器變薄，但是剩余部分的厚度仍然能夠保證容器的強(qiáng)度。這種情況在化工設(shè)計中非常常見，在設(shè)計標(biāo)準(zhǔn)中也是允許的，比如說壓力容器標(biāo)準(zhǔn)GB150中就規(guī)定，如果介質(zhì)對容器腐蝕輕微，那么腐蝕余量1mm，也就是說在你通過強(qiáng)度計算算出容器厚度后，額外加上這1mm保證設(shè)備腐蝕以后也能正常運行。同樣這個標(biāo)準(zhǔn)還規(guī)定，在介質(zhì)對容器腐蝕較強(qiáng)的情況下腐蝕余量取2mm。

如何判斷介質(zhì)對容器的腐蝕是強(qiáng)還是弱呢？想當(dāng)年我還是學(xué)生的時候，定腐蝕余量的時候全憑直覺，腦袋一拍就把腐蝕余量定下來了。多年過去后，現(xiàn)在的我已經(jīng)是老司機(jī)了，終于知道了腐蝕能力的定量判斷方法——那就是所謂的腐蝕實驗。而有了這些定量的方法才使我們通過實驗數(shù)據(jù)來定量判斷腐蝕強(qiáng)弱，篩選相關(guān)材料成為了可能。

為什么含鉻的鋼鐵能夠抵抗腐蝕呢，現(xiàn)在的研究認(rèn)為，鉻能在不銹鋼表面生成一層含有鉻氧化物的保護(hù)膜，這層膜薄且致密，可以有效地抵抗腐蝕。不銹鋼的出現(xiàn)對于鐵基材料來說是一場革命，之前說過碳鋼作為材料在物理性能方面是非常優(yōu)越的，但是耐腐蝕性不足，不銹鋼出現(xiàn)以后大大地擴(kuò)展了鋼材的使用范圍。

現(xiàn)在不銹鋼已經(jīng)發(fā)展出了成百上千種牌號，根據(jù)不銹鋼內(nèi)部結(jié)構(gòu)的分類可以將其分為馬氏體不銹鋼，奧氏體不銹鋼，鐵素體不銹鋼，雙相鋼等等。

化工生產(chǎn)中常用的不銹鋼牌號：

304不銹鋼，最常見的鋼種，一般被用來做各種容器，保溫杯，食品工業(yè)中用來做設(shè)備，是目前民用比較高檔的鋼種，屬于奧氏體不銹鋼。巧的是，某手機(jī)品牌還用這種鋼來提升逼格。實際上304不銹鋼非常普遍的，我們一般自己做設(shè)備都用它，價格不貴，也就18000/噸。

201不銹鋼，一種便宜的不銹鋼，主要是因為我們國家缺鎳，而201鋼在不銹鋼中主要用錳取代鎳，因此價格便宜。民用上主要是用來做一些低端不銹鋼制品。201鋼的價格只有304不銹鋼的70%左右。

316L不銹鋼，304鋼的加強(qiáng)版，由于添加了鉬，耐腐蝕性能較304鋼有明顯提高。

2205不銹鋼，也叫2205雙相鋼，2205雙相鋼在化工中應(yīng)用也很廣泛，主要是因為對抗氯離子腐蝕的能力比較好。氯離子可以說是不銹鋼的噩夢，因為氯離子存在的情況下會對不銹鋼產(chǎn)生晶間腐蝕，因此在化工廠中輸送含氯的物質(zhì)，比如說鹽水，有人寧可用碳鋼也不用不銹鋼，但是2205鋼在這方面的耐腐蝕性能是非常優(yōu)異的。

310S不銹鋼，這也是不銹鋼中的極品，主要用于高溫環(huán)境，正常不銹鋼使用溫度不宜超過600度，否則內(nèi)部結(jié)構(gòu)可能出現(xiàn)改變，強(qiáng)度難以保證，310S在超過600度的情況下，耐腐蝕能力與強(qiáng)度均能維持在較高水平，因此常用于帶一定腐蝕的高溫環(huán)境比如說各種化工用爐，當(dāng)然310S的價格非常感人，據(jù)說做同樣那耐壓能力的設(shè)備，成本超過鈦材。

以上的不銹鋼牌號都是所謂的美標(biāo)牌號，我們在生產(chǎn)中普遍使用美標(biāo)牌號，之所以不用國標(biāo)牌號是因為國標(biāo)牌號實在是晦澀難懂，記不住。比如說304不銹鋼，其對應(yīng)的國標(biāo)牌號為0Cr18Ni9，這個記性差的人還真記不住。總體來說，美標(biāo)牌號就好象是名字一樣朗朗上口，而國標(biāo)牌號就好象是身份證號碼一樣難以記憶。但是國標(biāo)牌號有個優(yōu)點，就是你一看牌號就知道不銹鋼的組成了。

最后說說鍍鋅鋼，也就是我們所說的白鐵皮。主要是在鋼表面鍍一層鋅，由于鋅金屬活動性差，因此可以有一定耐腐蝕目的。在十幾年前大家用的自來水管就是這種材料，今天在少數(shù)一些地方依舊存在?，F(xiàn)在已經(jīng)逐漸被pp管淘汰了，因為鋅本身也是一種重金屬，對人類有害的。而且鋅的耐腐蝕性實際上相當(dāng)一般。

來源：YEBOSS的化工知識大雜燴  作者：法式滾筒YEboss

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