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2018/9/30

機械設備常用材料介紹:不鏽鋼(不銹鋼,Stainless Steel)

不鏽鋼這個材料在生活中就經常會碰到,
尤其是在杯子、廚具、鐵窗門、衛浴用品中都經常會碰到使用不鏽鋼的材料,
在台灣這些產品最常用到的不鏽鋼就是 SUS304,
因為顏色比一般鋼材的顏色白、亮,常常又簡稱為白鐵;
SUS 304的主要成份是鐵(72%~)、鉻(18%)、鎳(8%),
因此又常常被稱為 18-8 系列的不鏽鋼,
其中的18-8 指得就是鉻跟鎳佔的合金成份比例。

台灣因為鐵窗、小吃攤販料理台、餐車跟鍋碗瓢盆、保溫杯都很喜歡用 SUS304,
人均使用量據說全球稱冠,
我覺得這是好事,
因為不鏽鋼表面不需要上漆,
材料又可以 100% 回收再利用,
可以說是非常環保的材料。

要注意的是 SUS 304 其實在抵抗含氯離子的侵蝕作用上並不好,
在國外有許多技術資料有特別提到這一點,
所以一些在靠近海邊的工廠、建築物在使用上要非常小心注意,
幾年前台塑集團在麥寮廠區發生許多泄漏事故,起因都是管路腐蝕所造成,
我猜可能是跟選錯 SUS304 使用有關?
當時在廠區管件使用材料規格如果沒注意到,
又想要省錢使用SUS 304可能就會因此鑄下大錯。

有一次拜訪一家桃園作船用五金、Pump的廠商,
他們就很厲害,知道在海上用的要用SUS316,
SUS316 抵抗氯離子、酸的腐蝕能力比 SUS304高很多,
但是SUS 316在國外海洋應用領域中據說僅算是入門級的不銹鋼。

在鋼鐵業,所謂的不鏽鋼其實有很多種,
根據鐵的組織*1可以分成奧氏田鐵系(Austentic)、肥粒鐵系(Ferritic)、麻田散鐵系(Martensintic),
前面提到最常用的SUS 304,屬於 SUS 3 系列,
是 Austenitic Stainless Steels (奧氏田鐵系)的不鏽鋼,
特性是耐腐蝕、低磁性、高韌性,
近幾年有些保溫瓶、鍋具廠商開始使用耐蝕性更加的 SUS316來製作食用容器,
坦白說其實有點多此一舉,
如果要拿來煮的食物、喝的飲料連 SUS 304都頂不住會腐蝕的話,能吃嗎?
其他常用的還有 SUS303(圓棒)、SUS310(耐高溫腐蝕)等等。

因為SUS 304用量最多、最大,也最容易取得,所以先看 SUS 304,
SUS 304 料的型式很多,塊材、棒材、管材、板材都有,
由於消費性產品用很多,所以 SUS 304材料以板材型式用量最多,
如下表,冷軋鋼板有 60%,加上熱軋板就佔了 70%:
圖片來源:outokumpu, Handbook of Stainless Steel
根據最終加工的型式,SUS 304 板材常用的以下四種:
SUS 304 No.1:熱軋後酸洗,表面粗躁
SUS 304 2B:No.1 再調質軋延,表面光滑霧面
SUS 304 HL:2B 再以 #150~#200 砂布單向拋光,留下髮絲紋,零件設計上要註記髮絲紋直向的方向。
SUS 304 BA:拋光滾輪冷軋,表面光滑反光,有分單面跟雙面,單面比較便宜,零件設計上要註記亮面方向。

SUS 304相對一般鐵、鋼、鋁材料來說有很強的應變硬化特性,
再加上低磁性,一般加工機常用的磁性座吸不住,必需用夾具或改真空吸著方式固定,
在加工上比較困難,
加工精度也會比較差,
又不能作熱處理,
降伏、抗拉強度也比一般鋼材差,
所幸台灣這幾年因為用量大,
一般加工廠對不鏽鋼加工也逐漸熟悉,
加工的問題其實並不大。
至於SUS 316,除非是要求更高的抗腐蝕(酸、海水)、低磁性需求,
而且以熱軋板的價格來說,SUS 316比SUS 304貴五成左右,參考:連結
一般沒有特別需要是不會特別去用SUS 316,
SUS 316用最多的應該是在半導體、藥、食品廠的管路、閥件。

如果要銲接,最好使用SUS 304L或SUS 316L,
含碳量比較低,比較不會在銲接過程中因為碳析出造成銲道龜裂。


另外在設備上常用的是SUS 400系列,屬於麻田散鐵系,
有磁性、抗腐蝕特性比SUS304差,
但是可以作熱處理、硬度高、加工精度較SUS304高,
例如 SUS 431用在滑軌上、SUS 440用滾珠軸承上等等,
所以有很多號稱不鏽鋼材質的直線滑軌、軸承其實是使用SUS 4系列材質不鏽鋼,不是SUS 304。
但是也有少數要求耐腐蝕環境下的軌道或軸承會使用 3 系列的不鏽鋼製作,
例如 THK的 LM-HR系列:

其他還有很多因應不同用途開發的不鏽鋼鋼材,
多到我不知道要如何寫下去,
主要還是介紹設備上比較常用到的SUS 304為主;
對更多有關不鏽鋼資料有興趣的朋友可以參考參考資料連結的介紹。

其他相關介紹:
機械設備上的常用材料
工程塑膠
鋁合金
鑄鐵
軸承鋼

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