金属材料学第5章不锈钢

⑸ 沉淀硬化不锈钢05Cr17Ni4Cu4Nb
合金元素对组织的影响
铁素体形成元素占优势：F 奥氏体形成元素占优势：A 奥氏体形成元素不足以使马 氏体转变 Ms点降至室温以下：
M
铬当量[Cr]＝
图5-4不锈钢的组织图
Cr+1.5Mo+2.0Si+1.5Ti+1.75Nb+5.5Al+5V+0.75W
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三、 提高不锈钢耐蚀性途径
（1）形成稳定保护膜，→Cr、Al、Si有效。 （2）↑固溶体电极电位或形成稳定钝化区 →Cr、Ni、Si：Ni贵而紧缺，Si易使钢脆化， Cr是理想的。 （3）获得单相组织 →Ni、Mn →单相奥氏 体组织。 （4）机械保护措施或复盖层，如电镀、发 兰、涂漆等方法。
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5、磨损腐蚀（corrosion wear）
在腐蚀介质中同时有磨损，腐 蚀和磨损相互促进、
相互加速的现象称为磨损腐蚀。
应 力 腐 蚀 裂 纹 图5.3应力腐蚀
一、对不锈钢性能要求及影响其耐蚀性因素
性 能 要 求
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（1）不锈钢具有较高的耐蚀性
（2）不锈钢应具有一定的力学性能。很多 构件是在腐蚀介质下承受一定的载荷
N：稳定A组织，↑强度，又能保持好的塑韧 性，↑耐腐蚀性能，特别是耐局部腐蚀
三类：控氮型（0.05~0.10%） 中氮型（0.10~0.40%） 高氮型（>0.40%）
3、其它元素的影响
Ni是奥氏体形成元素，能适当提高固溶体电 极电位；能形成单相奥氏体 ；
锰可部分代Ni，但不单独加入 ；
钛和铌能形成稳定K，固定C，使Cr固溶于基 体，从而防止晶界腐蚀 ;
• 5.1.2不锈钢的组织与分类
⑴ M不锈钢： 12Crl3~40Crl3等Crl3型 14Crl7Ni2、95Cr18等
不
⑵ F不锈钢：如06Cr17Ti ，12Cr25Ti，
锈
008Cr27Mo等
钢 分 类
⑶ A不锈钢：具有单相A组织，如 06Cr18Ni9、12Crl8Mn8Ni5N等
⑷ A-F复相不锈钢：如12Cr21Ni5Ti
（3）不锈钢应有良好的工艺性能。管材、 板材、型材等要经过加工变形制成构件，如 容器、管道、锅炉等。因此不锈钢的工艺性 也很重要，主要有焊接性、冷变形性等。
• 二、腐蚀介质对钢耐蚀性的影响
金属的 耐蚀性
与介质的种类、浓度、 温度和压力等环境条件有 密切的关系
必须根据工作介质的特点来正确 选择使用不锈耐蚀钢钢种。
5.2影响不锈钢组织和性能的因素
（GB1220—1992） 一、合金元素对Fe电极电位的影响
Tammann定律
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将较稳定的A组元 加入到较活泼的B组 元固溶体中，当A组 元含量达n/8原子比 时，固溶体电极电位 突然升高，耐蚀性也 有一急剧变化。也称 为二元合金固溶体电 位的n / 8定律
中的Cr量不少于11.7％，实际不锈钢中含Cr量不低于
13％。
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二、 合金元素对不锈钢基体组织的影响
• 不锈钢的基体组织是获得所需力学性能和 良好耐蚀性的保证，使钢在室温下得到单相组 织（A，F），就可以减少微电池的数量，提 高耐蚀性。
• 合金元素影响： • 1) 一类是扩大奥氏体形成元素：C，N，
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5.1概述 5.1.1金属腐蚀类型
• 1、均匀腐蚀（general attack） • 腐蚀均匀地在材料的表面产生，损坏大量的 • 材料。容易发现，危害性不是很大。 • 2、点腐蚀（point corrosion） • 由于应力等原因使腐蚀集中在材料表面不大 • 的区域，向深处发展，最后甚至能穿透金属。
镍当量[Ni]＝Ni＋Co+0.5Mn+30C+30N+0.3Cu
铬当量和镍当量的综合作用结果决定不锈 钢的组织 →组织状态图。
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本章内容
5.1 概述 5.2 影响不锈钢组织和性能的因素
5.3 铁素体不锈钢 5.4 马氏体不锈钢 5.5 奥氏体不锈钢 5.6 双相不锈钢
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第5章不锈钢stainless steel
5.1 概述14 5.2 影响不锈钢组织和性能的因素 5.3 铁素体不锈钢ferrittic stainless steels 5.4 马氏体不锈钢matensitic stainless steels 5.5 奥氏体不锈钢austenitic stainless steels 5.6 双相不锈钢dual-phase stainless steels
钼能↑不锈钢钝化能力，扩大钝化介质范围
本章内容
图 5-1各种腐蚀类型
点蚀腐蚀
3、晶界腐蚀（intergranular corrosion） 晶界腐蚀是指腐蚀过程是沿着晶界进行的，
其危害性最大。
图5.2晶间腐蚀
4、应力腐蚀（stress corrosion）
钢在拉应力状态下能发生应力 腐蚀破坏的现象。 没有什么预兆，所以其危害性也 是比较大的。
图5-5Cr对Fe-Cr合金电极电位影响 不锈钢的组织图 rCr—铬与铁的摩尔比
不锈钢中的Cr含量
•
12.5%摩尔比＝12.5×52/(12.5×52+87.5×55.8）
•
＝ 11.7％重量比
•
……
＝23.7％重量比
•
……
＝35.9％重量比
•
因此，11.7％是不锈钢Cr的最低含量，但由于钢
中有C的缘故，一部分碳与Cr形成碳化物，为使固溶体
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1、在大气、水、水蒸气等弱腐蚀介质。 → >13％Cr
2、氧化性介质，如硝酸。易形成钝化的氧化 膜，>17％Cr， Cr越高越好；
3、非氧化性酸，如稀硫酸。在>17％Cr基础 + Mo、Cu；
4、强有机酸，在Cr-Mn型不锈钢基础上，加 入Mo、Cu；
5、含有Cl-离子的介质，如海水，Cl-很小，有 很大腐蚀性。加入Ti、Nb
Mn，Ni ,Cu等 • 2) 一类是F形成元素：Cr，Si，Ti，Nb，
Mo等
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1、铬元素的作用
Cr是决定钢 耐蚀性的主 要元素
↑固溶体电极电位 表面形成致密氧化膜
Cr ↑耐蚀性的作用符合n / 8定律
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2、碳和氮的作用
C：C↑，强度↑，↓冷变形性、焊接性、耐 蚀性；综合因素 →碳量应尽可能地低