导读
不锈钢为何不锈？(本文第2部分)
定制不锈钢零件，材料牌号怎么选？(本文第5部分)
能用磁铁鉴别不锈钢真伪吗？(本文第4部分)
304不锈钢是食品级不锈钢吗？(本文第6部分）
304和304L, 316和316L一字之差差在哪？(第5部分）
什么是医用级不锈钢？(本文第7部分）
本文分7部分，正文字数 3018 ，阅读时长约8分钟，各部分相对独立，可根据导读按需直接跳跃阅读。
图1 本文结构
一、不锈钢的起源
和许多重大的科学发现一样，不锈钢的诞生也充满了偶然性。
第一次世界大战前夕，受当时材料及炼钢技术的限制，英国士兵使用的步枪枪膛很容易磨损，使用一段时间后就要运回后方整修。为了研发新型耐磨合金钢，英国科学家Harry Brearley受聘于彼时的布朗菲斯实验室，着手新型钢材的研制。
图2 英国科学家Harry Brearley
科研探索的过程是重复、枯燥和艰辛的。从1912年开始，Brearley不断尝试将各种元素按不同比例进行混合熔炼，然后一一测试它们的耐磨性能，但是结果都不理想。时间一长，实验室的角落就被各种废弃钢材堆满了，只能放在户外。
几个月后的一天，当实验室人员在清理这些户外废弃品时，在一堆锈迹斑斑的材料中发现几块闪闪发光的钢材。经历几个月的日晒雨淋还能不生锈，这让Brearley兴奋异常，因为在那个年代耐磨只是一个应用性难题，而解决耐蚀则是一个革命性的课题！
他立即根据实验记录本找到这个样品的成分，是一种含铬12.8%及含碳0.24%的合金，经过后续研究，这种合金材料可以经受盐、酸和碱的侵蚀，不锈钢就这样偶然的诞生了。1915年，Brearley的发明成果在美国取得专利，隔年又获得英国专利，不锈钢材料迅速风靡全世界，Brearley也被誉为不锈钢之父。
二、不锈钢为何不锈？
不锈钢优异的抗腐蚀性能，主要 因为铬 。当铬和空气或水接触后会在表面形成一层致密的三氧化二铬，这层氧化膜非常的薄，所以不会影响表面的金属光泽。
氧化膜形成后就不会跟水和空气继续反应，这就是不锈钢不锈的缘由。若表层遭到磨损破坏，周围的水和氧气会再次让氧化膜迅速生成，从而让不锈钢具备强大的自我“不锈修复力”。
图3 奥氏体不锈钢显微结构
但是，不锈钢的不锈 并不是绝对的 ，以奥氏体不锈钢为例，如果将材料加热到450℃到900℃高温，结构就会发生变化，会沿晶体边缘形成碳化铬，导致在晶体边沿无法形成氧化铬保护层，从而降低抗腐蚀性能，这种腐蚀称为“晶间腐蚀”。为了避免晶间腐蚀，需高温焊接的零件通常会选用含碳量更低的304L和316L (L指更低碳含量)不锈钢制作。
三、不锈钢5大种类
根据我国国家标准，铬含量大于10.5%且含碳量小于1.2%的合金钢才能被认定为不锈钢。在不锈钢中通过添加不同的合金元素来实现增强或改良不锈钢材料性能的目的，其中镍是决定不锈钢是否有磁性的关键元素。
图4 常用来添加至不锈钢的合金元素及其作用
不锈钢按材料的金相组织结构，可将全球已开发且在应用的不锈钢分成5个大类，分别是奥氏体、铁素体、马氏体、双相不锈钢及沉淀硬化不锈钢。其中，奥氏体不锈钢占全部不锈钢总产量的75%~80%，是目前使用量最大也是用途最广泛的不锈钢材料。
如果增加磁性维度，则可将不锈钢类别再细分成如下导图所示。
图5 不锈钢类别
奥氏体不锈钢含铬量在16~25%之间，镍含量在7%~20%之间，基体以面心立方晶体结构的奥氏体组织为主， 无磁性 。有良好的耐蚀性和机械加工性能。
铁素体不锈钢 基体以体心立方晶体结构的铁素体组织为主，有磁性，一般不能通过热处理硬化，耐氯化物腐蚀性能优良，但对晶界腐蚀敏感，低温时延展性较差。
马氏体不锈钢 基体为马氏体组织，有磁性，通过热处理可以调整其力学性能。含碳量较高，有较高的强度、硬度和耐磨性。
双相不锈钢 基体兼有奥氏体和铁素体两相组织，有磁性。双相不锈钢强度大约是常规奥氏体不锈钢或铁素体不锈钢强度的2倍，适用于薄壁且有强度要求的零件。
沉淀硬化不锈钢 基体为奥氏体或马氏体组织，通过沉淀硬化的不锈钢。固溶后为马氏体或半奥氏体组织。有很高的强度，耐腐蚀能力优于马氏体不锈钢。
四、能用磁铁鉴别不锈钢真伪吗？
从图5可以看出，不锈钢5个类别中只有奥氏体全系不锈钢及沉淀硬化660牌号无磁性外，其余类别均带有磁性。所以，用磁铁能否被不锈钢吸住是无法鉴别出不锈钢真伪的。
图6 用磁铁无法鉴别不锈钢的真伪
那么能否用磁性来判断奥氏体不锈钢呢？
答案也是否定的。因为即便是奥氏体，当材料经冷加工，其组织结构可能会向马氏体转化，加工变形量越大，马氏体转换也越多，而马氏体是有磁性的。以奥氏体304不锈钢内六角螺栓为例，由于螺栓头部的加工变形量最大，未作退磁处理前的螺栓头部就会呈现一定的磁性。
图7 304不锈钢内六角螺栓
另外，奥氏体分2XX系和3XX系不锈钢。2XX系含锰量在5%~15%左右，摄入过量的锰会对神经系统造成损伤，所以2XX一般不能用来制作餐具及保温杯类产品，但因其成本低廉，个别商家以次充好用201替代304不锈钢，由于两者皆无磁性，所以也同样无法利用磁性对它们进行甄别。
五、定制不锈钢零件，材料牌号如何选？
奥氏体不锈钢是目前产量最大和用途最广泛的不锈钢材料，科研用零件大都以奥氏体材料为主。
奥氏体第一代不锈钢 就是最常见的304不锈钢，因其铬和镍含量分别在18%和8%左右，所以也被称为18/8不锈钢，其它奥氏体牌号都是在18/8的基础之上发展起来的。
奥氏体分为 铬-锰2XX系 和 铬-镍3XX系 不锈钢。其中，2XX系是在二战期间才发展起来。作为重要战略物资，金属 镍 在当时供应严重不足且价格昂贵，生产3XX不锈钢需要大量的镍，为应对这一问题，美国首先使用 锰替代镍 ，开发出低镍含量的2XX系不锈钢作为战时应急补充，并沿用至今。
图8是奥氏体不锈钢两大系列常用牌号的主要成分及耐蚀性能。
304不锈钢 在大气和空气中的耐蚀性优于201。
316不锈钢 较304新添了钼，镍含量也提升至10%左右，俗称18/10不锈钢，具有更优异的耐腐蚀和耐温性能，也更适用于海洋、医疗机械和高温蒸馏等设备中；“L”是英文Low的缩写，表示低碳，更低的碳含量会增强不锈钢耐晶界腐蚀的性能。
图8 奥氏体2XX系列和3XX系不锈钢
由于各国法定标准不同，不锈钢在不同国家及国际标准化组织(ISO)间的牌号名称也不同。例如，304就是按美国ASTM标准生产的牌号名称。虽然各标准定义会有一些差异，但总体来说表示的是同一种不锈钢材料，各标准的牌号名称对照表如图9.
图9 不同国家间常用奥氏体不锈钢牌号对照表
奥氏体不锈钢常用牌号力学性能见图10。
图10 常用奥氏体不锈钢牌号力学性能
综上，定制不锈钢零件，应先明确需求，根据实验环境和工况条件，对比耐腐性能、力学性能、化学成分及经济等维度的具体参数指标后综合评估后得出，最合适的才是最优选择。
六、什么是食品级不锈钢？
食品级不锈钢是指符合我国国家强制标准 GB 4806.9-2016 (《食品安全国家标准|食品接触用金属材料及制品》)的不锈钢。首先，GB 4806对食具容器及食品生产经营工具和设备主体部分用不锈钢 材料 有 选用范围 的界定：
图11 食品级不锈钢强制标准GB 4806.9-2016-材料使用范围
同时对选用材料的 重金属析出 的 理化指标 有强制要求：
图12 食品级不锈钢强制标准GB 4806.9-2016-重金属析出理化指标
所以， 304 不锈钢 “不等于” 食品级不锈钢。304不锈钢的工业用途很广泛，多数都不符合食品级不锈钢标准。食品级不锈钢可以通俗的解释为既需要满足普通不锈钢的范畴，还需符合GB 4806.9-2016的强制规定，两者是且的关系：
问： 不锈钢产品内壁有“ 食品级304不锈钢 ”标识钢印，一定就是食品级不锈钢？
答：不是！
图13 不锈钢水壶底部标识钢印
首先，这类钢印既 不具备国家法定效率 也 不是 某个权威机构出具的 鉴定标志 ，而大多是企业出于营销推广目的而自行加印上去的。另外，304是美国牌号，不应也不会出现在我国的产品标识体系上。
问： 不锈钢表面用纸擦拭，纸变黑，能用吗？
答： 不可以！
纸张发黑可能是不锈钢表面有抛光蜡或抛光蜡和金属粉末混合物的残留，抛光蜡是一种 有毒物质 ，难溶于与水。合格的不锈钢制品会将抛光蜡清理干净后才出厂，抛光蜡残留产品可以认定是厂家品控问题，通常为劣次产品，这类产品常以赠品出现。遇到此类产品， 不可接触入口食物 或直接扔掉。
七、什么是医用级不锈钢？
同食品级不锈钢类似，医用级不锈钢是指符合国家强制标准GB 4234.1-2017 (《外壳植入物|金属材料》)的不锈钢材料。
医用级不锈钢由于需要植入体内，所以除需要严格控制金属离子的析出外，还需要 更优异的耐点蚀及耐晶间腐蚀性能 及防止植入器件失效断裂的安全性能，所以对材料成分有更加严格的要求。为了提升耐晶间腐蚀性能，强制规定碳含量小于等于0.03%，铬和镍含量均高于甚至达到普通不锈钢的上限要求。
图14 我国医用级不锈钢强制标准GB4234.1-2017-成分标准
医用级不锈钢对材料成分有严格的界定。除此之外，对材料在完全退火状态下的显微组织、晶粒度及非金属夹杂物含量也做出了明确规定。
图15 我国医用级不锈钢强制标准GB4234.1-2017-显微组织
符合国标GB 4234.1-2017的奥氏体316L和317L是较为常用的医用级不锈钢。医用不锈钢被广泛用来制作成各种人工关节和骨折内固定器械，比如加压钢板、鹅头骨螺钉、脊椎钉、骨牵引钢丝、人工椎体等。
图16 医用级不锈钢应用
随着我国食品及医疗器械行业的蓬勃发展，每年用于食品及医疗行业的不锈钢材料需求都在迅速增长，新的更安全更严格不锈钢标准的修订必将是我国不锈钢材料研究与发展的重要组成部分。