不銹鋼 知識介紹大全 |
| 編輯：大連華利廢品回收利用有限公司 時間：2013/06/24 字號:大 中 小 |
| 摘要：不銹鋼 知識介紹大全 |
| 不銹鋼定義 在空氣中或化學腐蝕介質中能夠抵抗腐蝕的一種高合金鋼，不銹鋼是具有美觀的表面和耐腐蝕性能好，不必經過鍍色等表面處理，而發揮不銹鋼所固有的表面性能,使用于多方面的鋼鐵的一種，通常稱為不銹鋼。代表性能的有13鉻鋼，18-鉻鎳鋼等高合金鋼。 從金相學角度分析，因為不銹鋼含有鉻而使表面形成很薄的鉻膜，這個膜隔離開與鋼內侵入的氧氣起耐腐蝕的作用。 為了保持不銹鋼所固有的耐腐蝕性，鋼必須含有12%以上的鉻。 不銹鋼種類： 不銹鋼可以按用途、化學成分及金相組織來大體分類。 以奧氏體系類的鋼由18%鉻-8%鎳為基本組成，各元素的加入量變化的不同，而開發各種用途的鋼種。 以化學成分分類： ①． CR系列：鐵素體系列、馬氏體系列 ②． CR-NI系列：奧氏體系列，異常系列，析出硬化系列。 以金相組織的分類： ①． 奧氏體不銹鋼 ②． 鐵素體不銹鋼 ③． 馬氏體不銹鋼 ④． 雙相不銹鋼 ⑤． 沉淀硬化不銹鋼 不銹鋼的標識方法 鋼的編號和表示方法 ①用國際化學元素符號和本國的符號來表示化學成份，用阿拉伯字母來表示成份含量： 如：中國、俄國 12CrNi3A ②用固定位數數字來表示鋼類系列或數字；如：美國、日本、300系、400系、200系； ③用拉丁字母和順序組成序號，只表示用途。 我國的編號規則 ①采用元素符號 ②用途、漢語拼音，平爐鋼：P、 沸騰鋼：F、 鎮靜鋼：B、甲類鋼：A、T8：特8、 GCr15：滾珠 ◆合結鋼、彈簧鋼，如：20CrMnTi 60SiMn、（用萬分之幾表示C含量） ◆不銹鋼、合金工具鋼（用千分之幾表示C含量），如：1Cr18Ni9 千分之一（即 0.1%C）,不銹 C≤0.08% 如0Cr18Ni9,超低碳C≤0.03% 如0Cr17Ni13Mo 國際不銹鋼標示方法 美國鋼鐵學會是用三位數字來標示各種標準級的可鍛不銹鋼的。其中： ①奧氏體型不銹鋼用200和300系列的數字標示， ②鐵素體和馬氏體型不銹鋼用400系列的數字表示。例如，某些較普通的奧氏體不銹鋼 是以201、 304、 316以及310為標記， ③鐵素體不銹鋼是以430和446為標記，馬氏體不銹鋼 是以410、420以及440C為標 記，雙相（奧氏體－鐵素體）， ④不銹鋼、沉淀硬化不銹鋼以及含鐵量低于50%的高合金通常是采用專利名稱或商標命名。 4)．標準的分類和分級 4-1分級： ①國家標準GB ②行業標準YB ③地方標準 ④企業標準Q/CB 4-2 分類： ①產品標準 ②包裝標準 ③方法標準 ④基礎標準 4-3 標準水平（分三級）： Y級：國際先進水平 I級：國際一般水平 H級：國內先進水平 4-4國標 GB1220-84 不銹棒材（I級） GB4241-84 不銹焊接盤園（H級） GB4356-84 不銹焊接盤園（I級） GB1270-80 不銹管材（I級） GB12771-91 不銹焊管（Y級） GB3280-84 不銹冷板（I級） GB4237-84 不銹熱板（I級） GB4239-91 不銹冷帶（I級） 不銹鋼專業名詞 通俗地說，不銹鋼就是不容易生銹的鋼，實際上一部分不銹鋼，既有不銹性，又有耐酸性（耐蝕性）。不銹鋼的不銹性和耐蝕性是由于其表面上富鉻氧化膜（鈍化膜）的形成。這種不銹性和耐蝕性是相對的。試驗表明，鋼在大氣、水等弱介質中和硝酸等氧化性介質中，其耐蝕性隨鋼中鉻含水量的增加而提高，當鉻含量達到一定的百分比時，鋼的耐蝕性發生突變，即從易生銹到不易生銹，從不耐蝕到耐腐蝕。不銹鋼的分類方法很多。按室溫下的組織結構分類，有馬氏體型、奧氏體型、鐵素體和雙相不銹鋼；按主要化學成分分類，基本上可分為鉻不銹鋼和鉻鎳不銹鋼兩大系統；按用途分則有耐硝酸不銹鋼、耐硫酸不銹鋼、耐海水不銹鋼等等，按耐蝕類型分可分為耐點蝕不銹鋼、耐應力腐蝕不銹鋼、耐晶間腐蝕不銹鋼等；按功能特點分類又可分為無磁不銹鋼、易切削不銹鋼、低溫不銹鋼、高強度不銹鋼等等。由于不銹鋼材具有優異的耐蝕性、成型性、相容性以及在很寬溫度范圍內的強韌性等系列特點，所以在重工業、輕工業、生活用品行業以及建筑裝飾等行業中獲取得廣泛的應用。 奧氏體不銹鋼：在常溫下具有奧氏體組織的不銹鋼。鋼中含Cr約18%、Ni 8%~10%、C約0.1%時，具有穩定的奧氏體組織。奧氏體鉻鎳不銹鋼包括著名的18Cr-8Ni鋼和在此基礎上增加Cr、Ni含量并加入Mo、Cu、Si、Nb、Ti等元素發展起來的高Cr-Ni系列鋼。奧氏體不銹鋼無磁性而且具有高韌性和塑性，但強度較低，不可能通過相變使之強化，僅能通過冷加工進行強化。如加入S，Ca，Se，Te等元素，則具有良好的易切削性。此類鋼除耐氧化性酸介質腐蝕外，如果含有Mo、Cu等元素還能耐硫酸、磷酸以及甲酸、醋酸、尿素等的腐蝕。此類鋼中的含碳量若低于0.03%或含Ti、Ni，就可顯著提高其耐晶間腐蝕性能。高硅的奧氏體不銹鋼濃硝酸肯有良好的耐蝕性。由于奧氏體不銹鋼具有全面的和良好的綜合性能，在各行各業中獲得了廣泛的應用。 鐵素體不銹鋼：在使用狀態下以鐵素體組織為主的不銹鋼。含鉻量在11%~30%，具有體心立方晶體結構。這類鋼一般不含鎳，有時還含有少量的Mo、Ti、Nb等到元素，這類鋼具導熱系數大，膨脹系數小、抗氧化性好、抗應力腐蝕優良等特點，多用于制造耐大氣、水蒸氣、水及氧化性酸腐蝕的零部件。這類鋼存在塑性差、焊后塑性和耐蝕性明顯降低等缺點，因而限制了它的應用。爐外精煉技術（AOD或VOD）的應用可使碳、氮等間隙元素大大降低，因此使這類鋼獲得廣泛應用。 奧氏體--鐵素體雙相不銹鋼：是奧氏體和鐵素體組織各約占一半的不銹鋼。在含C較低的情況下，Cr含量在18%~28%，Ni含量在3%~10%。有些鋼還含有Mo、Cu、Si、Nb、Ti，N等合金元素。該類鋼兼有奧氏體和鐵素體不銹鋼的特點，與鐵素體相比，塑性、韌性更高，無室溫脆性，耐晶間腐蝕性能和焊接性能均顯著提高，同時還保持有鐵素體不銹鋼的475℃脆性以及導熱系數高，具有超塑性等特點。與奧氏體不銹鋼相比，強度高且耐晶間腐蝕和耐氯化物應力腐蝕有明顯提高。雙相不銹鋼具有優良的耐孔蝕性能，也是一種節鎳不銹鋼。 馬氏體不銹鋼：通過熱處理可以調整其力學性能的不銹鋼，通俗地說，是一類可硬化的不銹鋼。典型牌號為Cr13型，如2Cr13 ,3Cr13 ,4Cr13等。粹火后硬度較高，不同回火溫度具有不同強韌性組合，主要用于蒸汽輪機葉片、餐具、外科手術器械。根據化學成分的差異，馬氏體不銹鋼可分為馬氏體鉻鋼和馬氏體鉻鎳鋼兩類。根據組織和強化機理的不同，還可分為馬氏體不銹鋼、馬氏體和半奧氏體（或半馬氏體）沉淀硬化不銹鋼以及馬氏體時效不銹鋼等。 不銹鋼的物理化學機械特性 不銹鋼的物理性能主要用以下幾方面來表示： ①．熱膨脹系數：因溫度變化而引起物質量度元素的變化。膨脹系數是膨脹－溫度曲線的斜率，瞬時膨脹系數是特定溫度下的斜率，兩個指定的溫度之間的平均斜率是平均熱膨脹系數。膨脹系數可以用體積或者是長度表示，通常是用長度表示。 ②．密度：物質的密度是該物質單位體積的質量，單位是kg/m3或1b/in3。 ③．彈性模量：當施加力于單位長度棱住的兩端能引起物體在長度上的單位變化時，單位面積上所需的力稱為彈性模量。單位為1b/in3或N/m3。 ④．電阻率：在單位長度立方體材料的兩對面之間測量的電阻，單位用Ω?m，μΩ?cm或（已廢的）Ω/(circular mil.ft)來表示。 ⑤．磁導率：無量綱系數，表示物質易被磁化的程度，是磁感應強度與磁場強度之比。 ⑥．熔化溫度范圍：確定合金開始凝固和凝固完了的溫度。 ⑦．比熱： 單位質量的物質溫度改變1度所需要的熱量。在英制和CGs制中二者比熱的數值相同，因為熱量的單位（Biu或cal)取決于單位質量的水升高1度聽需的熱量。國際單位制中比熱的數值與英制或CGS制是不同的，因為能量的單位（J）是按不同的定義定的。比熱的單位是Btu(1b?0F)及J/（kg ?k）。 ⑧．熱導率：物質導熱的速率的量度。在單位截面積物質上建立單位長度上的1度的溫度梯度時，那么熱導率定義為單位時間傳導的熱量，熱導率的單位為 Btu/(h?ft?0F)或w/(m ?K)。 ⑨．熱擴散率：是確定物質內部溫度前遷速率的一種性能，是熱導率對比熱和密度乘積的比值，熱擴散率單位以Btu/(h?ft?0F)或w/(m?k)表示。 不銹鋼的性能與組織 目前已知的化學元素有100多種，在工業中常用的鋼鐵材料中可以遇到的化學元素約二十多種。對于人們在與腐蝕現象作長期斗爭的實踐而形成的不銹鋼這一特殊鋼系列來說，最常用的元素有十幾種，除了組成鋼的基本元素鐵以外，對不銹鋼的性能與組織影響最大的元素是：碳、鉻、鎳、錳、硅、鉬、鈦、鈮、鈦、錳、氮、銅、鈷等。這些元素中除碳、硅、氮以外，都是化學元素周期表中位于過渡族的元素。 實際上工業上應用的不銹鋼都是同時存在幾種以至十幾種元素的，當幾種元素共存于不銹鋼這一個統一體中時，它們的影響要比單獨存在時復雜得多，因為在這種情況下不僅要考慮各元素自身的作用，而且要注意它們互相之間的影響，因此不銹鋼的組織決定于各種元素影響的總和。 1)．各種元素對不銹鋼的性能和組織的影響和作用 1-1.鉻在不銹鋼中的決定作用：決定不銹鋼性屬的元素只有一種，這就是鉻，每種不銹鋼都含有一定數量的鉻。迄今為止，還沒有不含鉻的不銹鋼。鉻之所以成為決定不銹鋼性能的主要元素，根本的原因是向鋼中添加鉻作為合金元素以后，促使其內部的矛盾運動向有利于抵抗腐蝕破壞的方面發展。這種變化可以從以下方面得到說明： ①鉻使鐵基固溶體的電極電位提高 ②鉻吸收鐵的電子使鐵鈍化 鈍化是由于陽極反應被阻止而引起金屬與合金耐腐蝕性能被提高的現象。構成金屬與合金鈍化的理論很多，主要有薄膜論、吸附論及電子排列論。 1-2. 碳在不銹鋼中的兩重性 碳是工業用鋼的主要元素之一，鋼的性能與組織在很大程度上決定于碳在鋼中的含量及其分布的形式，在不銹鋼中碳的影響尤為顯著。碳在不銹鋼中對組織的影響主要表現在兩方面，一方面碳是穩定奧氏體的元素，并且作用的程度很大（約為鎳的30倍），另一方面由于碳和鉻的親和力很大，與鉻形成—系列復雜的碳化物。所以，從強度與耐腐燭性能兩方面來看，碳在不銹鋼中的作用是互相矛盾的。 認識了這一影響的規律，我們就可以從不同的使用要求出發，選擇不同含碳量的不銹鋼。 例如工業中應用最廣泛的，也是最起碼的不銹鋼——0Crl3~4Cr13這五個鋼號的標準含鉻量規定為12~14％，就是把碳要與鉻形成碳化鉻的因素考慮進去以后才決定的，目的即在于使碳與鉻結合成碳化鉻以后，固溶體中的含鉻量不致低于11.7％這一最低限度的含鉻量。 就這五個鋼號來說由于含碳量不同，強度與耐腐蝕性能也是有區別的，0Cr13~2Crl3鋼的耐腐蝕性較好但強度低于3Crl3和4Cr13鋼，多用于制造結構零件，后兩個鋼號由于含碳較高而可獲得高的強度多用于制造彈簧、刀具等要求高強度及耐磨的零件。又如為了克服18－8鉻鎳不銹鋼的晶間腐蝕，可以將鋼的含碳量降至0.03％以下，或者加入比鉻和碳親和力更大的元素（鈦或鈮），使之不形成碳化鉻，再如當高硬度與耐磨性成為主要要求時，我們可以在增加鋼的含碳量的同時適當地提高含鉻量，做到既滿足硬度與耐磨性的要求，又兼顧—定的耐腐蝕功能，工業上用作軸承、量具與刃具有不銹鋼9Cr18和9Cr17MoVCo鋼，含碳量雖高達0.85~0.95％，由于它們的含鉻量也相應地提高了，所以仍保證了耐腐蝕的要求。 總的來講，目前工業中獲得應用的不銹鋼的含碳量都是比較低的，大多數不銹鋼的含碳量在0.1~0.4％之間，耐酸鋼則以含碳0.1~0.2％的居多。含碳量大于0.4％的不銹鋼僅占鋼號總數的一小部分，這是因為在大多數使用條件下，不銹鋼總是以耐腐蝕為主要目的。此外，較低的含碳量也是出于某些工藝上的要求，如易于焊接及冷變形等。 1-3. 鎳在不銹鋼中的作用是在與鉻配合后才發揮出來的 鎳是優良的耐腐蝕材料，也是合金鋼的重要合金化元素。鎳在鋼中是形成奧氏體的元素，但低碳鎳鋼要獲得純奧氏體組織，含鎳量要達到24％；而只有含鎳27％時才使鋼在某些介質中的耐腐蝕性能顯著改變。所以鎳不能單獨構成不銹鋼。但是鎳與鉻同時存在于不銹鋼中時，含鎳的不銹鋼卻具有許多可貴的性能。 基于上面的情況可知，鎳作為合金元素在不銹鋼中的作用，在于它使高鉻鋼的組織發生變化，從而使不銹鋼的耐腐蝕性能及工藝性能獲得某些改善。 1-4. 錳和氮可以代替鉻鎳不銹鋼中鎳 鉻鎳奧氏體鋼的優點雖然很多，但近幾十年來由于鎳基耐熱合金與含鎳20％以下的熱強鋼的大量發展與應用，以及化學工業日益發展對不銹鋼的需要量越來越大，而鎳的礦藏量較少且又集中分布在少數地區，因此在世界范圍內出現了鎳在供和需方面的矛盾。所以在不銹鋼與許多其他合金領域（如大型鑄鍛件用鋼、工具鋼、熱強鋼等）中，特別是鎳 的資源比較缺乏的國家，廣泛地開展了節鎳和以其他元素代鎳的科學研究與生產實踐，在這方面研究和應用比較多的是以錳和氮來代替不銹鋼與耐熱鋼中的鎳。 錳對于奧氏體的作用與鎳相似。但說得確切一些，錳的作用不在于形成奧氏體，而是在于它降低鋼的臨界淬火速度，在冷卻時增加奧氏體的穩定性，抑制奧氏體的分解，使高溫下形成的奧氏體得以保持到常溫。在提高鋼的耐腐蝕性能方面，錳的作用不大，如鋼中的 含錳量從0到10．4%變化，也不使鋼在空氣與酸中的耐腐蝕性能發生明顯的改變。這是因為錳對提高鐵基固溶體的電極電位的作用不大，形成的氧化膜的防護作用也很低，所以工業上雖有以錳合金化的奧氏體鋼（如40Mn18Cr4,50Mn18Cr4WN、ZGMn13鋼等），但它們不能作為不銹鋼使用。 錳在鋼中穩定奧氏體的作用約為鎳的二分之一，即2％的氮在鋼中的作用也是穩定奧氏體，并且作用的程度比鎳還要大。例如，欲使含18％鉻的鋼在常溫下獲得奧氏體組織，以錳和氮代鎳的低鎳不銹鋼與元鎳的鉻錳氮不誘鋼，目前已在工業中獲得應用，有的已成功地代替了經典的18-8鉻鎳不銹鋼。 1-5.不銹鋼中加鈦或鈮是為了防止晶間腐蝕。 1-6.鉬和銅可以提高某些不銹鋼的耐腐蝕性能。 1-7.其他元素對不銹鋼的性能和組織的影響 以上主要的九種元素對不銹鋼的性能和組織的影響，除這些元素對不銹鋼性能與組織影響較大的元素以外，不銹鋼中還含有一些其他的元素。有的是和一般鋼一樣為常存雜質元素，如硅、硫、磷等．也有的是為了某些特定的目的而加入的，如鈷、硼、硒、稀土元素等。從不銹鋼的耐腐蝕性能這一主要性質來說，這些元素相對于已討論的九種元素，都是非主要方面的，雖然如此，但也不能完全忽略，因為它們對不銹鋼的性能與組織同樣也發生影響。 |
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