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甚麼是不鏽鋼


不鏽鋼,在台灣俗稱【白鐵】,因為表面有著吸引人的白色光澤,且不易生鏽,所以廣受消費大眾喜歡。在日常生活中我們也處處可見,例如:杯碗瓢盆、水塔、機械零件、飾品材質、航太材料、醫療用材到3C產業【通訊、電腦與消費性電子產品】等。

 

 

但不鏽鋼(不銹鋼)到底是什麼?

 

 

一般人常會從字面上來,以為不鏽鋼是【一種不鏽的鋼】,但這是一種錯誤的觀念,其主要理由有三:
 

 

 

﹝一﹞不鏽鋼並不是一個鋼種名稱,不鏽鋼的種類很多,目前大約有一百八十餘種,這還不包括許多不鏽鋼廠自行開發的特殊不鏽鋼鋼種。不同的不鏽鋼,它的抗腐蝕性、機械強度、延展性、磁性及加工性等,都可能有相當大的差異。

 

 

﹝二﹞所有的不鏽鋼中,並沒有任何一種可以應付所有的腐蝕環境而【不鏽】的;然而,在一般大氣環境下,大部分不鏽鋼是比碳鋼更不易生鏽的。

 

 

﹝三﹞鋼【steel】的基本定義是:鐵基材料可以利用熱處理來變化其性能者。然而,僅有極少數的不鏽鋼鋼種,可以藉由熱處理來改變其強度與材質結構。

 

 

不鏽的原理

 

 

不鏽鋼之所以不易生鏽,是因其含有鉻,在鋼表面上形成一層緻密的氧化鉻保護膜,厚度約10~50A ﹝1A=10-8cm﹞。這薄薄的一層,卻扮演著金鐘罩鐵布衫的功能,在一般的大氣或有水的環境下,它可以防止腐蝕性的氣體或液體向內侵蝕,進而保護內部的材質不受侵害;更神奇的是,如果這層保護層受到外界以機械式﹝如刮傷﹞或化學式的損傷,在一般大氣下或有氧的環境下就有自行修補的能力,以保護內部不被繼續腐蝕。

 

 

不鏽鋼的成分與種類:

 

 

不鏽鋼是由鐵、鉻、碳及眾多不同元素所組成的合金,鐵是主要成分元素,鉻是第一主要的合金元素。一般而言,鉻含量至少要占11%才能稱為不鏽鋼,因為如果鉻含量不足,則不鏽鋼外表將無法形成那層緻密的氧化鉻保護膜,而失去防鏽﹝腐蝕﹞的功能。若鉻的含量足夠,在常溫大氣中,是不會生鏽的。

 

 

市場上可見的標準型不鏽鋼就有180餘種,一般依其金相組織可以分為五大類:

 

 

﹝一﹞奧斯田系不鏽鋼(Austenitic )

 

3字系開頭之不鏽鋼。平時最常看到的304不鏽鋼即為此類,其標準成分是18%鉻加8%鎳,即一般所稱的18-8不鏽鋼。此類不鏽鋼的特性為無磁性、無法藉由熱處理方法來改變其金相組織結構、加工性佳,又因含合金元素--鎳,所以抗蝕性優於只含鉻﹝不含鎳﹞的另兩類不鏽鋼。

 

 

300系不鏽鋼主要的用途有:一般民生用途如廚房餐具、建材、醫療衛生器材、食品加工用材、交通工具、化工設備及管件、機械設備及零件。在一般人的心目中,所謂的不鏽鋼就是指300系不鏽鋼等﹝尤其是指304不鏽鋼﹞。

 

 

﹝二﹞麻田散系不鏽鋼

 

 

這類不鏽鋼的代表性鋼種為410,其化學成分含13%鉻、0.15%以下的碳及少量的其他元素合金。原料價格較便宜,具有磁性、可經由熱處理硬化、增加強度。但因不含鎳,其抗腐蝕性劣於一般的304不鏽鋼,故只能用於輕度腐蝕環境。一般用途有軸承、醫療用具及刀具等。

 

 

﹝三﹞肥粒系不鏽鋼

 

 

 

這類不鏽鋼的代表性鋼種為430,其標準化學成份為16~18%鉻,含碳量低。此類不鏽鋼具有磁性,若我們所看見的不鏽鋼板片可被磁鐵吸附住,很有可能便屬於此類不鏽鋼。因不含鎳而價格較廉,典型用途有廚房用具、織網及飾品等。

 

 

﹝四﹞析出硬化型不鏽鋼

 

 

美國鋼鐵協會AISI編號為600系不鏽鋼。這類不鏽鋼除了含鉻與鎳之外,還含有析出硬化的元素如銅、鋁與鈦,使材料硬化、強度升高。這類不鏽鋼的典型用途為:閥件、馬達軸心、石化設備及高爾夫球頭等。

 

 

﹝五﹞雙相不鏽鋼

 

 

這類不鏽鋼的典型鋼種為2205,即22%鉻和5%鎳。這類鋼種的特性是:強度佳﹝遠優於304﹞耐蝕性亦佳,因此常用於石化業管線、壓力容器及心軸等。

 

 

不鏽鋼的優點

 

 

﹝一﹞耐蝕性佳

 

 

﹝二﹞美觀

 

 

﹝三﹞衛生:不鏽鋼表面可以杜絕細菌的滋生,對於食品加工、貯存而言,可將食物腐敗或污染【甚至中毒】的機率降至最低。不鏽鋼易於清洗且不易附著的特性,使得不鏽鋼特別適用於醫院、廚房、食品加工儲存等設備

 

 

﹝四﹞耐久性:以美國紐約市的克萊斯勒摩天大樓為例,建立於1930年,其外表採用了302不鏽鋼,經歷七十個年頭,仍完好如新。

 

 

﹝五﹞耐高溫及耐火性

 

 

﹝六﹞良好的加工性

 

 

﹝七﹞良好的機械性質:1995年日本阪神大地震中,在大阪所有的建築物幾乎都倒塌了,然而有一以不鏽鋼建構的二層房屋,毫髮無傷地屹立不搖。
﹝八﹞綠色產品:不鏽鋼產品是100%可以再回收利用,即使是使用到使用壽命終結,仍有剩餘價值。

 

 

不鏽鋼的生命週期成本

 

 

不鏽鋼製品的材料成本約為碳鋼的五至十倍,因此許多的消費者仍會捨優取廉。但是如果我們用長時間的角度來看不鏽鋼的價值,則就不會嫌貴了。這就是所謂的【生命週期成本】﹝life cycle costing﹞ 。