铬、镍、钼：元素如何决定钢号
12Х18Н10Т——成分直接写在名称里：0.12%的碳、18%的铬、10%的镍、钛。使钢成为不锈钢的是铬：它在表面生成一层氧化物钝化膜。
镍维持奥氏体组织并决定韧性，钼增强对氯化物的耐受性，钛固定碳并保护焊缝。理解这些作用，就能解释为什么外观相同的钢号在表现上却有差异。
不锈钢由什么组成：12Х18Н10Т 的成分
任何不锈钢的基础都是铁。使铁成为不锈钢的是铬，其含量必须足以形成稳定的钝化膜；具体阈值由该钢号的标准规定。在此基础上，成分按任务组合：有些元素提高耐受性，有些决定组织，还有些决定工艺性。
| 钢号 | ГОСТ 标记 | 代号含义 |
|---|---|---|
| AISI 304 | 08Х18Н10 | 0.08% C、18% Cr、10% Ni |
| AISI 304L | 03Х18Н11 | 0.03% C、18% Cr、11% Ni |
| AISI 316 | 10Х17Н13М2 | 0.10% C、17% Cr、13% Ni、2% Mo |
| AISI 316L | 03Х17Н14М2 | 0.03% C、17% Cr、14% Ni、2% Mo |
| AISI 321 | 12Х18Н10Т | 0.12% C、18% Cr、10% Ni、Ti |
| AISI 430 | 12Х17 | 0.12% C、17% Cr、不含 Ni |
| AISI 201 | 12Х15Г9НД | 0.12% C、15% Cr、9% Mn、Ni、Cu |
| AISI 310S | 20Х23Н18 | 0.20% C、23% Cr、18% Ni |
而重量公式对所有钢号都一样：体积乘以不锈钢密度——约 7.9 g/cm³。成分差异对质量的影响很小，因此计算板材或管材重量时无需注明钢号。
钢的类别不是由单一元素决定的，而是由它们的平衡决定的。奥氏体钢号中镍的比例足够，铁素体钢号完全不用镍，马氏体钢号通过淬火获得强度。同样的铬在不同镍含量下得到不同材料，其磁性、塑性和焊接性各不相同。
| 元素 | 起什么作用 | 体现在哪里 |
|---|---|---|
| 铬 | 钝化膜、抗氧化性 | 基础耐腐蚀性 |
| 镍 | 奥氏体组织、韧性 | 塑性、退火后的无磁性 |
| 钼 | 耐氯化物 | 点蚀、海水、化学品 |
| 钛 | 固定碳 | 焊缝、晶间腐蚀 |
| 锰 | 部分替代镍 | 经济型钢号、强度 |
| 铜 | 附加合金化 | 特定腐蚀介质 |
| 碳 | 强度，但对焊缝也是风险 | 越低越有利于焊接 |
铬
铬是不锈钢的主要元素。在空气中它生成一层薄薄的氧化物，把金属与环境隔开。这层膜致密、与基体结合牢固，在空气中受损后还能自行恢复。
由此得出两个实际结论。第一：只要膜完好，金属就不生锈。第二：一旦膜被机械或化学方式破坏，且不具备恢复条件，腐蚀就开始了。正因如此，不锈钢会在沉积物下、缝隙中以及氧气到不了的死水中生锈。
铬不仅决定耐腐蚀性，也决定抗氧化性。铬越多，钢能保持氧化皮完整的温度就越高。因此有了用于炉窑和高温部件的高铬钢号。
重要说明：钢号中的铬含量并非唯一因素。表面状态、是否有焊缝和污染物、温度以及介质成分都有影响。
钝化膜可以强化。焊接、机械加工或污染之后，对金属进行钝化：清除表面的铁和氧化皮，让膜在空气中恢复。这不是涂层，而是让表面回到正常状态。如果不这样做，焊缝上就会留下保护被破坏的区域。
介质会改变对铬的要求。在淡水和普通大气中基础钢号就够用，在氯化物介质中需要留有余量，而在高温气体中抗氧化性更重要。同一成分在不同条件下表现如同不同材料，因此钢号要针对具体工况选择，而不是“笼统地”选。
也有反面。高铬提高抗氧化性，但与大量碳结合会使钢易于脆化，并使焊接复杂化。因此要整体评估钢号，而不是只看名称里的一个数字。
镍
镍稳定奥氏体组织。正是它使 304 和 316 具有塑性、韧性，并在退火后呈弱磁性。奥氏体易于弯曲、拉伸和焊接，因此不锈钢轧材的主要部分是奥氏体钢号。
第二个结论是低温下的表现。奥氏体钢号在冷却时仍保持韧性，而铁素体钢号则变得更脆。对低温部件来说这一点至关重要。
第三是经济性。镍很贵，其比例决定钢号的价格。由此出现了经济型方案：在 201 中用锰替代了部分镍，而在 430 中根本没有镍。详见AISI 201和AISI 430的解析。
镍不能对抗氯化物。这一部分由钼负责，因此 304 与 316 的差别不在镍，而在钼。
如果镍不足，组织就会转向铁素体或马氏体。铁素体始终有磁性，马氏体也是，而奥氏体只在变形之后才有磁性。因此磁性成分有关，但不能单凭它确定钢号。
奥氏体并非在任何条件下都稳定。强烈变形后部分组织转变为马氏体，金属开始带磁性。镍和锰抑制这种转变，因此 304 和 316 的余量高于经济型钢号。
钼和钛
钼提高钝化膜在氯化物介质中的耐受性。它提高了氯离子击穿钝化膜、引发点蚀的阈值。因此 316 用于海水、盐卤、泳池和含氯化学品，而 304 在这些环境中撑不住。钢号的比较见文章AISI 304 或 316。
钛解决另一个问题。加热时钢中的碳与铬结合，以碳化物的形式沿晶界析出。晶界附近铬被贫化，焊缝开始腐蚀。钛比铬更早固定碳，晶间腐蚀就不会发展。因此 321 和 12Х18Н10Т 用于焊后无法退火的焊接结构。
低碳与钛的目标相同：在 304L 和 316L 中碳很少，碳化物根本无从生成。这是保护焊缝的第二种办法。
碳本身并不使钢成为不锈钢，但常常决定焊缝的表现。碳越低，晶间腐蚀风险越小，因此用于焊接时选用带 L 指数或成分中含稳定化元素的钢号。
锰和铜是辅助元素。锰部分替代镍并增加强度，但给不了同样的耐受性。铜被加入特定钢号以应对特定介质。
奥氏体钢号中的氮与钼协同作用：它也提高抗点蚀能力并使金属强化。某些钢号中的铌与钛作用相同——固定碳并保护焊缝免受晶间腐蚀。
如何读懂牌号标记
ГОСТ 钢号从左往右读。开头的数字是碳含量的百分之几（以 0.01%为单位）。接着是元素字母，字母后的数字是其在成分中的百分比。字母顺序无关紧要，重要的是它们的组合。
| 标记 | 元素 | 作用 |
|---|---|---|
| Х | 铬 | 钝化膜、抗氧化性 |
| Н | 镍 | 奥氏体组织、韧性 |
| М | 钼 | 耐氯化物 |
| Т | 钛 | 保护焊缝免受晶间腐蚀 |
| Г | 锰 | 镍的替代品、强度 |
| Д | 铜 | 针对介质的合金化 |
| Б | 铌 | 稳定化，作用类似钛 |
| С | 硅 | 特殊性能 |
| Ф | 钒 | 特殊性能 |
解读示例：
- 12Х18Н10Т——0.12%的碳、18%的铬、10%的镍、钛。相当于 AISI 321.
- 08Х18Н10——0.08%的碳、18%的铬、10%的镍。相当于 AISI 304.
- 03Х17Н14М2——0.03%的碳、17%的铬、14%的镍、2%的钼。相当于 AISI 316L.
- 12Х17——0.12%的碳、17%的铬、不含镍。相当于 AISI 430.
另外说说与镀铬的混淆。镀铬钢是带薄镀层的普通钢。划痕会划穿镀层，下面的基体随即生锈。不锈钢整体都经过铬合金化，因此划痕不会露出未受保护的金属。这是两种不同的材料，表现也不同。
不借助实验室无法确定成分。磁铁无法区分钢号，304、201 和 430 的外观一致，火花和颜色也不能给出可靠答案。可靠来源是该批次的质量证书，有疑问时则做光谱分析。
美国与欧洲体系的逻辑不同。AISI 和 EN 不把成分编码进名称：AISI 304 或 1.4301 只是编号，背后是一套特定的要求。要弄清编号背后究竟是什么，需要对照表或质量证书。因此采购时不仅要注意钢号名称，还要看批次文件中成分的确认。
ГОСТ 钢号中还会出现其他字母：А——氮，Е——硒，Ю——铝，Ц——锆。在不锈钢号中很少见，但读质量证书时，理解代号并不限于基础字母组合是有益的。
实践中，选择固定在文件里。规格书中注明钢号，质量证书中注明成分。如果委托单上只写“不锈钢”，供应商有权送来仓库里现有的那个钢号。
一个实际例子。如果部件要焊接并在潮湿环境中工作，就不能只看铬，还要看碳：08Х18Н10 在焊缝中的表现不如 03Х18Н11 或 12Х18Н10Т。同样的基础成分，碳和稳定化元素不同，使用寿命就不同。
处理成分时的常见错误
- 用磁铁判断钢号。 奥氏体变形后带磁性，铁素体则始终有磁性。这个测试回答不了成分问题。
- 把镀铬钢与不锈钢混为一谈。 镀层只能保护到第一道划痕，合金化则在整个厚度上都起作用。
- 认为镍越多越好。 钢号要按介质选择。干燥房间里多余的镍除了价格之外毫无意义。
- 焊接时忽视碳。 未经热处理的焊接结构中，304 不如 304L，因为碳会沿晶界析出。
- 相信抛光会改变成分。 表面会影响寿命，但不会把一种钢号变成另一种。
- 把不同钢号混放在一处且不做标记。 批次混淆会导致错误金属进入关键部件。
- 订购“不锈钢”而不注明钢号。 规格书中必须写明具体标记，否则供货将是随机的。
常见问题
12Х18Н10Т 的化学成分是什么
0.12%的碳、18%的铬、10%的镍和钛。这是 AISI 321 的俄罗斯对应钢号。批次的确切成分写在质量证书中，因为公差由该钢号的标准规定。
AISI 304 的成分是什么
约 18%的铬和 8–10%的镍，其余为铁和少量添加物。俄罗斯对应钢号为 08Х18Н10。日常中这个钢号按铬镍比例被称为 18/10。
AISI 316 与 304 的成分有何区别
在于钼。316 的成分中有 2–3%的钼，而 304 完全没有。316 中的镍略多一些。正是钼带来耐氯化物性能，因此在海洋、盐卤和化工环境中会更换钢号。
镀铬钢与不锈钢有何区别
镀铬钢是带薄镀层的钢：划痕会露出基体，基体就会生锈。不锈钢在整个厚度上都含铬合金化，因此表面损伤不会露出未受保护的金属。
不锈钢中的镍起什么作用
起奥氏体组织的作用。因为镍，钢号在退火后变得有塑性、韧性和弱磁性。镍很贵，因此其比例决定价格，也促成了经济型钢号的出现。
钼在成分中起什么作用
提高钝化膜在氯化物介质中的耐受性。钼提高点蚀阈值，因此 316 能用在 304 很快发生点蚀的地方。
能否不借助实验室确定钢的成分
可靠地确定——不能。磁铁、火花和颜色都给不出答案，而各钢号外观一致。请看批次质量证书，有疑问时订购光谱分析。
12Х18Н10Т 钢号中的字母是什么意思
Х——铬，Н——镍，Т——钛。数字表示元素的百分比比例，而第一个数字是碳含量的百分之几（以 0.01%为单位）。详细的对应表见不锈钢钢号解析。
提交注明所需成分的委托单
钢号的成分在撮合后不再讨论，因此请提前注明。在目录中选择头寸，并在委托单中写明钢号、规格和表面——进入交易的正是这批金属。
- 不锈钢金属轧材目录
- AISI 304 或 316 — 钼在何处起决定作用
- AISI 430 — 不含镍的铁素体钢号