不銹鋼是由什麼材料製成的

不銹鋼 是一個專門的 合金 主要由鐵組成，含有至少10.5%的鉻，賦予其獨特的特性 耐腐蝕性 屬性。

不同於一般 鋼鐵, 它包含特定元素，形成一層被動保護層，即使在惡劣環境下也能防止生鏽和腐蝕。

The composition of 不銹鋼 根據其預期應用的不同而有顯著差異，不同等級含有不同量的鉻、鎳、鉬以及其他元素。

了解其組成有助於解釋它在建築、汽車、醫療和食品加工等各行業的多功能性。

不銹鋼的基本組成

了解不鏽鋼的基本組成對於理解其特性至關重要。不鏽鋼是一種合金，結合了多種元素，以達到其抗腐蝕性和耐用性的特點。

基本要素

不銹鋼的主要成分是 鐵, 作為基本金屬。加入的 chromium 是什麼將普通鋼轉變為不銹鋼，通過在其表面形成一層保護性氧化層。其他元素如 碳 也存在並在決定材料的性質方面扮演重要角色，包括其硬度和可焊性。

不同等級的不鏽鋼可能包含額外的元素，如鎳、鉬和氮，每個元素都影響最終材料的特性。這些元素的存在使不鏽鋼能夠根據特定應用進行定制，範圍從廚房用具到工業設備。

「不銹鋼」分類的最低要求

要被歸類為「不銹鋼」，鋼合金的含量必須至少達到10.5% chromium. 這種鉻含量對形成保護材料免於腐蝕的鈍化層至關重要。大多數商用級不銹鋼的鉻含量介於16%到18%之間，進一步提升其抗腐蝕能力。

在製造過程中，對不銹鋼的成分進行嚴格控制，以確保最終產品符合其預期用途的規格。這種對成分的控制使不銹鋼成為在各行各業中具有多功能性和可靠性的材料。

鉻的關鍵作用

不銹鋼中的鉻負責形成一層自我修復的保護層，防止它受到 腐蝕. 這一層，稱為鈍化層，對於不鏽鋼在各種環境中的耐久性和壽命至關重要。

Chrome 如何打造防腐蝕能力

鉻是不銹鋼的決定性元素，形成自我修復的鉻氧化層，賦予鋼材其 耐腐蝕性 通過一個稱為鈍化的過程。當鋼中的鉻暴露於氧氣時，它會形成 鉻氧化物 (Cr₂O₃) 在台灣 表面, 創造一個厚度小於50埃的無形保護屏障。

這個被動層阻止氧氣到達底層的鋼材，有效地阻止了 腐蝕 通常在普通碳鋼中會發生的過程。這層被動層的效果會隨著鉻含量的增加而提升，這也是為什麼高性能不銹鋼常含有18-30%鉻的原因。

被動層形成過程

The process 形成被動層是自動且持續的，只要有氧氣存在，這使得不銹鋼在大多數環境中具有自我保護能力。如果 the 表面 不銹鋼表面刮傷或損壞時，鋼中的鉻會立即與氧氣反應，進行“修復”被動層，恢復其功能 耐腐蝕性.

鉻氧化層也非常附著於鋼表面，不像鐵鏽（氧化鐵）會剝落，暴露出新的金屬進一步腐蝕。了解鉻的作用有助於解釋為何不銹鋼在不同環境中表現不同——在某些條件下，例如高氯環境，鈍化層可能會受到破壞。

不銹鋼的成分：主要合金元素

除了其基本成分外，不銹鋼還可以進一步與能提升其特性的元素合金化，以適應特定的應用。合金的特性，例如光澤度和抗腐蝕性，在許多應用中都非常有用。這些額外的元素在為不同用途定制材料方面扮演著關鍵角色。

鎳及其貢獻

鎳是一個關鍵的 合金元素 在許多不銹鋼等級中，尤其是奧氏體類型。它增強了成形性、焊接性和非磁性特性，同時改善了在非氧化性酸中的耐腐蝕性。通常在像304這樣的常見等級中加入8-10%TP3T，在專用等級中則高達25%TP3T，鎳穩定了奧氏體晶體結構，賦予這些鋼合金優異的延展性和韌性。

鉬以增強耐腐蝕性

鉬顯著提升不銹鋼在氯化物環境（如海水）中的點蝕和縫隙腐蝕抗蝕能力。這使得它在海洋和化學處理應用中變得必不可少。加入鉬是選擇適用於這些嚴苛環境的不銹鋼等級的關鍵因素。

碳含量及其影響

碳 內容 不銹鋼需要謹慎控制。雖然它可以提高強度和硬度，但過量的碳在焊接或高溫暴露期間可能導致鉻碳化物形成，通過一個稱為敏化的過程降低耐腐蝕性。像AOD（氬氧去碳化）這樣的現代製造工藝可以精確控制碳含量，生產出低碳等級，即使在焊接後也能保持耐腐蝕性。

其他合金元素

其他重要 合金元素 包含錳，能提升熱加工性；矽，能改善抗氧化能力；氮，能增加強度和抗點蝕能力；以及鈦或鉭，能穩定碳以防止敏化。這些元素的特定組合和比例，造就具有針對特定應用而定制性能的不銹鋼等級。

不銹鋼五大家族

不銹鋼合金大致分為五個族群，每個族群都具有不同的優點與限制。這個分類主要是基於合金的晶體結構以及它們所經過的熱處理工藝。

奧氏不銹鋼

奧氏體不銹鋼，屬於300系列，是最廣泛使用的類型，含有16-26%的鉻和6-22% 的鎳。其特點是具有優異的耐腐蝕性、非磁性特性，甚至在低溫下也具有優越的成形性。300系列奧氏體等級，如304和316，佔不銹鋼產量的超過70%，常用於食品加工設備、廚房電器和建築應用。

鐵素體不銹鋼

鐵素體不銹鋼，分類於400系列，含有10.5-27%的鉻，鎳含量較少。這種成分使其具有磁性，且比奧氏體等級更經濟實惠，同時具有良好的耐腐蝕性。它特別抗應力腐蝕裂紋，適用於各種應用。

馬氏體不銹鋼

馬氏體不銹鋼等級含有11.5-18%的鉻，並具有較高的碳含量（0.1-1.2%）。這使得它們可以通過熱處理來硬化，以達到高強度和耐磨性。它們非常適合用於餐具、外科手術器械和渦輪葉片等應用。

雙相不銹鋼

雙相不銹鋼在奧氏體與鐵素體微觀結構中大致比例相等。這種組合提供比奧氏體等級更高的強度，以及比鐵素體類型更佳的耐腐蝕性，尤其在氯化物環境中。它被用於需要高強度和耐腐蝕的應用中。

沉淀硬化不銹鋼

沉淀硬化不銹鋼等級可以通過特殊的熱處理工藝來增強，該工藝在金屬結構中形成微觀的沉澱物。這使得其具有卓越的強度，同時保持良好的耐腐蝕性。這些等級被用於需要高強度和抗腐蝕的應用中。

以下表格總結了五個不鏽鋼族群的主要特性：

不銹鋼的製造方式

不銹鋼的生產涉及一系列複雜的工序，將原材料轉化為多功能且耐用的產品。這個過程始於在電弧爐（EAF）中熔化廢金屬和添加劑，在高功率電極的加熱下，經過數小時將金屬加熱成熔融混合物。

由於不銹鋼是100%可回收的，許多不銹鋼訂單包含高達60%的回收鋼，幫助控制成本並減少環境影響。

融化過程

不銹鋼的製造過程始於在電弧爐（EAF）中熔化原材料，溫度超過 2,500°F（1,370°C）。在此過程中，化學成分的精確控制至關重要，製造商根據所生產的特定等級，仔細加入鉻、鎳、鉬及其他合金元素。

碳含量降低方法

在鑄造熔融不銹鋼之前，校準和降低碳含量至適當水平是必不可少的。這主要通過氬氧去碳（AOD）或真空氧去碳（VOD）方法來實現。 AOD 過程涉及將氬氣-氧氣混合氣體注入熔融鋼中, 而 VOD 使用帶有氧氣注入的真空室——兩種方法都能精確控制碳含量。

• AOD 在降低碳含量的同時，幾乎不損失其他重要元素。
• VOD 進一步通過排出腔室中的排放氣體來降低碳含量。

成型與鑄造

在達到理想的成型後，熔融鋼經過成型工藝，被鑄造成各種主要形狀，如鋼坯、鋼錠或鋼坯。這些主要形狀接著進行 在攝氏1,150-1,260°C（華氏2,100-2,300°F）之間進行熱軋 以降低厚度並改善晶粒結構。

後處理流程

最終的精加工程序包括酸洗（酸處理以去除表面氧化層）、鈍化（增強鉻氧化層），以及機械精加工如研磨、拋光或刷紋，以達到所需的表面外觀。在整個製造過程中，品質控制測試確保不銹鋼符合規定的化學成分、機械性能和表面處理要求。

通過仔細控制製造過程的每個階段，生產商可以打造符合各行各業需求的高品質不銹鋼產品。

使不銹鋼獨特的特性

不銹鋼與其他材料的不同之處在於其獨特的一系列特性，能滿足多樣化的工業需求。這些特性使其成為各種應用的理想選擇，從建築、汽車到醫療和食品加工。

耐腐蝕性能

不鏽鋼的特性在於其抗腐蝕性，這歸功於其被動的鉻氧化層。這層保護層能抵抗各種環境因素，包括大氣暴露、水、酸、鹼以及鹽水溶液。不同等級的不鏽鋼提供不同程度的抗腐蝕能力，從基本的大氣保護到對於強烈化學品的卓越抗蝕性。

機械強度與耐久性

不鏽鋼的機械強度在不同等級之間有所差異。奧氏體類型，例如304，提供中等強度，經冷加工後可加倍。沉淀硬化等級的強度可超過250,000 psi。耐腐蝕性與機械性能的結合，帶來卓越的耐用性，導致使用壽命常常比其他材料長數十年。

耐溫性

不銹鋼在廣泛的溫度範圍內都能保持其結構完整性，從低溫（-320°F/-196°C）到高溫高達2000°F（1093°C）。這一特性使其適用於液化天然氣儲存、噴氣引擎零件以及其他極端環境。

美觀與衛生品質

不銹鋼的表面特性可以通過各種拋光工藝進行調整，以達到不同的外觀，同時保持耐腐蝕性。其非多孔的表面防止細菌積聚，並能承受嚴格的清潔程序，成為食品加工、醫療設施和製藥生產中衛生應用的首選材料。

這些特性獨特的組合使不銹鋼在各行各業中成為一種多功能且可靠的材料，儘管其初期成本較標準碳鋼高，但仍廣泛使用。

分類系統與等級

了解不銹鋼的各種分類系統對工程師和採購人員來說是至關重要的，以確保在特定應用中選擇正確的等級。

已經為不銹鋼制定了幾個分類系統。在台灣，主要使用的系統是 SAE 鋼號分級系統。

SAE 與 AISI 編號系統

SAE 編號系統以「型號」後接三位數字，有時還附加字母後綴來標示不鏽鋼。例如，300 系列代表奧氏體不鏽鋼 不銹鋼等級 含有鉻和鎳。

• Type 304（18% 鉻，8% 鎳）是全球最廣泛使用的不銹鋼類型。
• Type 316 不銹鋼添加了 2-3TP3T 鉬，提升對氯化物和酸性環境的抗蝕能力。

常見等級及其組成

400系列涵蓋鐵素體和馬氏體不銹鋼等級。常見的特殊等級包括904L、2205雙相鋼和17-4 PH。

標準等級的低碳變體，例如 304L 或 316L，含碳量最高為 0.03%，以防止在焊接過程中產生敏化。

歐洲標準使用EN分類系統，等級以數字標示，如1.4301（相當於AISI 304）和1.4401（相當於AISI 316）。

跨行業應用

不銹鋼的多樣應用凸顯了其在現代基礎建設中的重要性。其多功能性已導致廣泛 使用 穿越眾多 產業, 每個行業都利用不同不銹鋼等級的特定特性，以達到最佳性能。

建築與施工用途

不銹鋼用於 建築 外牆、屋頂和結構支撐，特別是在腐蝕性環境中。其耐久性和美觀性使其成為標誌性建築和現代建築的理想選擇 建築 設計。

食品與醫療應用

食品和飲料行業依賴不鏽鋼作為加工設備和儲存罐，因為其非多孔表面能防止細菌滋生。醫療和製藥行業則使用不鏽鋼製作外科手術器械和植入物，在這些領域中，清潔度和生物相容性至關重要。

汽車與運輸

汽車行業在排氣系統和結構零件中採用了不銹鋼，受益於其耐腐蝕性和高強度重量比。這提升了車輛的耐用性和安全性。

工業與化學處理

高性能不銹鋼等級在化學處理和海洋產業中至關重要，用於處理極端條件下的腐蝕性物質。它們的耐腐蝕性和能夠承受嚴苛環境的能力使它們成為理想選擇 materials 為這些 應用程式.

結論：不銹鋼的未來

不銹鋼的未來光明，持續的研究與開發為新應用鋪路。 製造技術的進步 正使不銹鋼微觀結構的控制更加精確，從而產生具有更佳性能特性的產品。

在可再生能源、水質淨化和綠色建築等新興應用中，正為專用不銹鋼等級創造新的市場。輕量化雙相不銹鋼的開發提供了改進的 耐腐蝕性 降低鎳含量，為大型建設與基礎設施工程提供成本穩定性。

隨著全球對乾淨水源、可持續能源和高效運輸的需求增加， 不銹鋼 將扮演越來越重要的角色。了解不同不銹鋼等級的組成和特性，對於在任何專案中做出平衡性能需求與經濟考量的明智決策至關重要。