不锈钢：什么是不锈钢及其组成
不锈钢是以铁为基体的合金，其中铬含量不低于 10.5%。铬在空气中形成一层薄氧化膜，将金属与氧气和水分隔开。
只要钢中还有铬的储备，这层膜在磨损、划伤后就会重新恢复。这也解释了为什么 AISI 304 在某些环境中会生锈，而在另一些环境中却能使用几十年。
以下包括定义、成分与组织、钢的类别，以及对一个常见问题的分析：既然这种钢被称为不锈钢，为什么 AISI 304 还会生锈。
定义
不锈钢不是一种单独的金属，也不是“特殊的铁”，而是一类合金钢。它们以铁为基体，使其不锈的是铬。口语中的“不锈钢”与技术上的“耐蚀钢”含义相同。
将钢材归为不锈钢的关键特征：
- 铬——按质量计不低于 10.5%；
- 碳含量通常较低，尤其是需要焊接的钢号；
- 防腐蚀依靠钝化膜，而不是涂层。
耐蚀钢的钢号与化学成分由 ГОСТ 5632 规定；对于板材、管材和型材，尺寸与公差另有单独的标准。标准编号说明的是该标准所规定的内容，而不是某一批次的质量。验收时看的是批次的质量证书，而不是规格书中的材料名称。
规格书中不锈钢的标注本身就是个陷阱。同一行里可能出现 AISI 304、08Х18Н10，或者干脆只写“不锈钢”。这是命名相近材料的不同方式，而混乱始于默认认为一种写法可以等价替换成另一种。从形式上看成分相近，但批次要靠化验来确认，而不是靠名称中数字的吻合。因此在委托单中，钢号要按供应商质量证书上的写法填写。
并非所有不锈钢在受热时表现都一样。耐蚀钢号能承受化学介质，抗氧化（耐热）钢号则能承受高温和氧化皮。像 310S 这样的钢号兼具两种性能，但这已属于特殊解决方案，而不是大批量钢材。
同样重要的是不锈钢不是什么。它不是涂层。锌层、油漆或电镀层位于表面，只有涂层完好时才起作用。而不锈钢的防护内建于材料本身，因此切口、打磨和划伤对它来说不是致命问题，而是正常工作状况。正因如此，餐具、换热器和潮湿场所用的紧固件都用不锈钢制造。
另一个需要区分的是铝。铝同样会形成自己的氧化膜，按日常理解也不会生锈，但它是另一种金属：更轻、更软，导热性不同，焊接工艺也不同。在不锈钢与铝或镀锌钢接触的部位，要关注电偶腐蚀并加装绝缘垫片。
对采购而言，由此得出一个简单的结论：先确定使用环境，再选钢号，最后才确定规格尺寸和表面。同样的一根 304 和 316L 管子外观相同，但在氯化物环境中的表现不同。
| 材料 | 基体 | 防护方式 | 磁性 | 可焊性 |
|---|---|---|---|---|
| 不锈钢 | 铁和铬 | 整体形成钝化膜 | 奥氏体弱磁性，铁素体和马氏体强磁性 | 工艺正确时良好 |
| 铝 | 铝 | 自身的氧化膜 | 无 | 需要专用工艺并保护焊缝 |
| 镀锌钢 | 碳钢 | 表面的锌层 | 有 | 锌会烧损，需要通风 |
| 碳钢 | 铁和碳 | 油漆或其他涂层 | 有 | 良好 |
成分与组织
不锈钢的成分是铁加上合金元素，每种元素各司其职。铬负责钝化膜，也就是“不生锈”这一性能本身。镍使钢形成奥氏体组织并增加韧性。钼提高耐氯化物能力。钛和铌能固定碳，使其在焊接后不会沿晶界析出。锰在经济型钢号中部分替代镍，而碳能提高强度，但会降低可焊性和耐晶间腐蚀性能。
| 元素 | 作用 | 效果体现 |
|---|---|---|
| 铬 | 钝化膜 | 整体耐蚀性 |
| 镍 | 奥氏体组织、韧性 | 塑性、拉伸成形、低温工作性能 |
| 钼 | 耐氯化物能力 | 盐水、海洋环境、化工介质 |
| 钛、铌 | 固定碳 | 不进行热处理的焊接结构 |
| 锰 | 部分替代镍 | 200 系经济型钢号 |
| 碳 | 强度 | 越低可焊性越好 |
镍是仅次于铬的第二重要元素。它扩大奥氏体区，使组织在常温下保持稳定。正因如此，奥氏体钢号塑性好、易弯曲和焊接，退火后几乎不响应磁铁。200 系经济型钢号用锰替代部分镍：这能降低成本，但不会提高耐蚀性。
不锈钢中的碳不仅关系到强度。在危险温度区间加热时，碳会与铬结合，沿晶界形成碳化物。晶界因此贫铬，晶间腐蚀就从那里开始。由此有两种应对工艺：把碳含量降到百分之零点零几的水平，如 304L 和 316L；或者加入钛和铌，让它们先于铬夺取碳。
钢的组织取决于哪些元素占主导以及钢经过了怎样的处理。奥氏体钢号退火后弱磁性，而经冷变形后被磁铁吸引明显增强。铁素体和马氏体钢号始终有磁性。因此，用磁铁检验并不能说明质量：它只能表明组织类型和零件的加工历史。
不锈钢的密度约为 7.9 克/立方厘米，与碳钢接近。零件质量按体积乘以密度计算，因此从碳钢改用不锈钢几乎不改变结构的重量。差别在于性能表现，而不是质量。
钢的类别
在贸易和技术文件中通行三套牌号体系。美国 AISI 给出系列编号，欧洲 EN 给出如 1.4301 这样的编号，俄罗斯 ГОСТ 则把成分直接编码在名称中。AISI 钢号本身不说明成分，因此采购时要对照对应关系表，验收时则以批次化验为准。
| 体系 | 示例 | 说明内容 |
|---|---|---|
| AISI | 201, 304, 316L, 430 | 系列编号和成分组别 |
| EN | 1.4372, 1.4301, 1.4404 | 按欧洲标准规定的完整成分 |
| ГОСТ | 12Х18Н10Т, 03Х17Н14М2 | 成分编码在钢号本身之中 |
ГОСТ 钢号的解读很简单：12Х18Н10Т 读作 0.12% 碳、18% 铬、10% 镍，并含钛。字母 Т 表示钛，М 表示钼，Н 表示镍，Д 表示铜，Г 表示锰，Б 表示铌。因此 12Х18Н10Т 与 AISI 321 接近，03Х17Н14М2 则接近 AISI 316L.
AISI 系列的逻辑很简单。200 系为经济型，用锰替代部分镍。300 系为奥氏体，最为常用：304 用于一般条件，含钼的 316 用于氯化物和酸，含钛的 321 用于较高温度。400 系为铁素体和马氏体：430 用于装饰和日用，410 和 420 用于刀具和紧固件。
选材时，值得记住的不是编号，而是使用环境。干燥、无氯化物且无食品要求——201 和 430 就够了。水、食品、潮湿场所——304。盐水、海洋大气、化工介质、使用活性氯清洗——316L。这样钢号就不再抽象，而是由使用条件决定的结果。
按组织和使用用途，钢号分为四组。
| 组别 | 示例 | 性能 | 典型应用 |
|---|---|---|---|
| 奥氏体 | 304, 316L, 321, 201 | 塑性好、弱磁性、可焊接 | 管材、板材、餐具、设备 |
| 铁素体 | 430 | 有磁性、更便宜、可焊性较差 | 装饰、家电、饰面 |
| 马氏体 | 410, 420 | 有磁性、可淬火硬化 | 刀具、紧固件、工具 |
| 双相钢 | 2205 | 强度高、耐氯化物 | 化工、海洋环境、设备 |
此外还有能承受高温的抗氧化（耐热）钢号，以及用于强腐蚀化工介质的 904L 等超级奥氏体钢号。交易所目录中交易四种常用钢号——AISI 201、304、316L 和 430，这一组合足以应对大多数任务：从装饰到食品设备。
各标准划分了职责范围：ГОСТ 5632 规定钢号和成分，ГОСТ 5582 和 7350 规定板材，ГОСТ 9941 和 9940 规定管材，ГОСТ 2590 和 2591 规定圆钢。在委托单中注明具体标准，可以在发货前就消除关于公差的争议。
是什么使它不锈——以及 AISI 304 为什么会生锈
使钢不锈的是铬氧化物钝化膜。它在空气中自行形成，厚度仅为微米的几分之一，只要附近有氧气，就能瞬间修复新产生的划痕。只要膜完好，膜下的金属就不会与水、空气发生作用。一旦膜不再自我修复，腐蚀便开始了——这时人们就会问，不锈钢为什么生锈了。
AISI 304 是否生锈，问题不在于钢号，而在于环境。在普通水中、空气中以及中性溶液里，304 可以保持几十年。锈斑出现在特定条件下：
- 氯化物——海水、盐水、除冰剂、含活性氯的家用化学品；
- 积水、氧气不足，钝化膜无法恢复；
- 用同一工具切割或打磨后，表面被普通钢颗粒污染；
- 焊缝未清理、未酸洗，残留氧化皮和贫铬层；
- 在危险温度区间长时间加热，使碳沿晶界与铬结合。
腐蚀速度还取决于附近是否有更活泼的金属。不锈钢与碳钢或铝搭配时充当阴极，电位较负的金属会更快被破坏。在接触不可避免的部位，要加装垫片、对连接处涂漆，或把不同金属分置于不同部件中。
表面状态的影响不亚于钢号。磨光和抛光表面不易滞留水分和污物，而焊接后的氧化皮恰恰相反，会形成滞流区和贫铬层。焊接后要对焊缝进行清理和酸洗，以恢复钝化膜。
针对这类环境，应选用含钼的 316L，而不是试图用增加厚度来“强化”304。304 上出现锈斑，说明环境比预想的更具侵蚀性，或者工艺被违反。关于原因和解决方法的更多内容，见不锈钢为什么会生锈。
磁铁检验在这里帮不上忙。奥氏体 304 退火后几乎不显磁性，而经弯曲或拉拔后磁性明显增强，但仍是同一钢号。铁素体 430 始终有磁性，在装饰用途中同样可靠。磁铁反映的是组织，而不是耐蚀性。
常见问题
AISI 304 会生锈吗
在一般条件下不会生锈：饮用水、空气、中性介质。锈斑出现在氯化物环境中、积水时、被普通钢污染后，或焊缝清理不良时。这类条件需要 316L，而不是 304。
不锈钢为什么会生锈
通常有三个原因：含氯化物的侵蚀性环境、焊接或切割后工艺不当，以及与碳钢接触而未做绝缘。先找出根源，再更换钢号、表面或使用条件。
不锈钢由什么组成
由铁和合金元素组成。主要元素是铬，不低于 10.5%。接下来根据用途加入镍、钼、钛、锰，以及碳——碳含量尽量保持较低。
不锈钢属于哪种金属
它是钢，即以铁为基体的合金。在行业分类中，钢属于黑色金属，尽管铬、镍和钼本身是有色金属。详见文章不锈钢是黑色金属还是有色金属。
不锈钢的熔点是多少
具体数值取决于钢号：合金元素会使熔化区间相对于纯铁发生移动。某一具体钢号的数值取自手册或批次质保书。焊接时更重要的不是熔点，而是结晶区间和热裂纹倾向。
不锈钢与铝有什么区别
基体和性能不同。不锈钢更重、更强，用常规方法更容易焊接，受热时能保持形状。铝更轻、更软，但需要专用的焊接工艺和焊缝保护。两者在无绝缘的情况下相互接触时，都会更快腐蚀。
不锈钢与镀锌钢有什么区别
镀锌钢是带锌层的碳钢。只要锌层完好就受到保护，但切口和划伤会暴露基体。不锈钢整体都受到保护，因此在潮湿环境中无需涂层即可使用。不过在干燥条件足够的情况下，镀锌钢更便宜。
不锈钢可以用半自动焊机焊接吗
可以，但不能用普通焊丝，也不能用二氧化碳。需要使用不锈钢焊丝和合适的气体保护，通常是氩基混合气。对于薄板和重要焊缝，更常采用氩弧焊。
接下来怎么做
如果已经弄清成分和钢的类别，下一步就是按使用环境选择钢号并提交委托单。GCX 交易所交易 AISI 201、304、316L 和 430 钢号的不锈钢钢材：圆管和异型管、板材、圆钢、角钢。委托单中需注明钢号、规格尺寸、表面和交货周，进入交易的正是您所选择的那种金属。