不銹钢的性质与用途316与316L

各类不銹钢的性质与用途
不銹钢是铁与铬的合金，本文介绍各类不銹钢的性质与用途。

关於不銹钢之性质及用途，一般人大概都会有某种程度的瞭解。

例如在一般之大气中，不銹钢是不易生銹的。

以不銹钢為材料製成的餐具及装饰品也非常美观。

当然由於科技的进展，不銹钢的种类也跟著增多，其用途也更广泛，它的各种优良性质也被人们握著而发挥了它们的功能。

总之，不銹钢就像其他的合金材料一样，在工业上已担任著重要的任务。

基本上，不銹钢是铁与铬的合金。

除了铬元素外，还因含有镍、碳、鉬、鈦、鈳、硒等而成為不同类的不銹钢。

大体上，冶金工业界将不銹钢分為四类：即马氏体不銹钢、铁素体不銹钢、奥氏体不銹钢和沉淀硬化式不銹钢。

其中以第一及第三类用途较广。

一早期发展
较早时期，一定有人在无意中製得过此种铁铬合金之不銹钢，但不晓得它有优良的防蚀不銹性能。

科学文献的记载里指出，约在1820年时法国人在研製一系列合金时，曾发觉到铁铬合金之防蚀性较一般之铁或钢铁為强，但当时并没有想到此种合金会有商业上的用途。

从1820年至1900年间，有关不銹钢进展的记载非常少。

主要原因是那段时期製造铬元素的方法仍不高明，利用碳来还原铬矿所製得的元素铬，含碳太多。

以含碳过量之铬製出的铁铬合金，其防蚀不銹性就差。

另外一个原因是当时从事合金研究的人，总是以合金在硫酸中的抗蚀能力来衡量其抗蚀性之优劣。

在强酸下，含碳量多的铁铬合金当然不具有良好的抗蚀性。

1892年用铝来还原铬矿的方法成功后，所製得的铬已不再含有高碳份了，於是不銹钢之发展有了突破。

在1910年至1915年间有三种不同品质的不銹钢问世，这是第一代不銹钢，其成分如下所述（為了表达及叙述方便，有关不銹钢之分类，暂以美国钢铁学会採用的数字记号命名法分类）。

AISI 420型不銹钢：含14％铬，0.35％碳，其餘為铁。

AISI 410型不銹钢：含12％铬，0.15％碳，其餘為铁。

AISI 302型不銹钢：含18％铬，9％镍，2％锰，其餘為铁。

这三种不銹钢分由英人、美人、德人在不同的地点不同的时间製出。

420型不銹钢乃英人布氏
（Harry Brearly）於寻找较好的材料製造枪身时偶然发现。

410型不銹钢乃美人唐氏（Dantsizen）研製白热灯材料时所发现。

410型的首次商业用途是做过涡轮叶片的材料。

302型不銹钢是两德人（Maurer 与Strauss）於研究铁镍合金时，加入铬而製得。

二不銹钢之进展
自从第一代不銹钢问世后，工业上的使用也日渐增多。

人们发觉材料之性质，除了应具良好之防蚀性外，同时也需防高温氧化，并具有良好之切削性及易於焊接等等性质。

因此各种新品质不銹钢就陆续研製成功。

如今市面上已有五、六十种不同品质的不銹钢，全世界全年消耗不銹钢之吨量也急剧上升。

总括而言，这六十年来，不銹钢因有下列几点技术上的重大突破而得以茁壮发展。

（一）利用硅来还原铬矿，进而製得含碳更低之铁铬合金。

（二）电解法提炼镍成功，於是降低了奥氏体不銹钢的成本。

（三）一个製硝酸的化学工厂其建厂之设备採用了二百吨的430型不銹钢，於是更多的化学工厂开始考虑以不銹钢来取代他类材料。

（四）1932年热轧带钢成功。

（五）1934年不銹钢薄板研製成功。

（六）真空电熔不銹钢研製成功。

除了上面所提的六点外，当然还有许多技术上的改进，使钢铁公司得以铸造各种钢锭，利用热轧或冷轧技术製成各种形状之条材、板材、线材，因而扩大了不銹钢的使用性。

三不銹钢為什麼具防蚀性
谈到不銹钢之防蚀性，这就和铁铬合金之含铬量有密切关係。

铁铬合金其含铬量愈多，在一般大气中之防蚀性就愈好。

如含铬量低於11％，就失去防銹效果。

理论上之解释是，含铬之不銹钢在表面上生了一层氧化铬薄膜，此薄膜可以阻止不銹钢继续氧化。

不銹钢的成分中如增加镍的含量，也可增强它对酸的防蚀性。

如增加鉬之含量亦有增加防蚀性的效果。

现今工业上使用的不銹钢至少含12％之铬，最高可达30％。

四四大类不銹钢简介
（一）马氏不銹钢
共同点是以铬為主要合金元素。

不含镍，具磁性，经热处理后可得高硬度与高强度。

其主要显微金相结构為马氏体。

最早发展成功的是420型不銹钢，此钢只有在硬化下才具防蚀性能，如经「退火处理」而软化，所含的碳就与铬结合而成金属间化合物的碳化铬（Cr23C6）。

也就是说，一份重之碳须与十六份重之铬相结合，此种不銹钢通常含0.35％之碳。

是以5.6％之铬就用於形成Cr23C6，剩下来的8.4％铬远低於11％最低含铬要求。

所以软化下的420型不銹钢其防蚀性就差些。

经过硬化后的420型不銹钢不含碳化铬的金属间化合物，就保有良好的防蚀性。

為了改善420型，经过下面所提的几种处理方式，就產生了近二十种不同性质之马氏体不銹钢。

1.减少含碳量至0.1％，改进了防蚀性。

2.加硫或硒，改进切削性。

3.同时增加铬与碳量，以改进强度与防蚀性。

4.加铝以改进焊接性。

（二）铁素体不銹钢
共同点是其主要合金元素也是铬，具磁性，但不能用热处理来硬化。

显微金相结构总含有铁素体。

最早发展成功的是430型不銹钢，用於装饰或装潢方面有多种用途。

由於430型之切削性不太好，因此可增加含硫量以改进切削性。

也可增加铬量改进防蚀性，或增加鈦量改进焊接性。

（三）奥氏体不銹钢
共同点是以铬与镍為其主要合金元素，非磁性，不能用热处理法来硬化，其显微金相结构為奥氏体。

最早发展成功的是302型不銹钢。

此钢如热至摄氏480～900度间时，可析出碳化铬於晶粒界而起粒间腐蚀。

又受热至摄氏625～870度间时，亦可能引起脆化。

因此使用此不銹钢时，应儘量避免使之处於上述温度之内。

市面上约有三十种此类不銹钢。

下面所提的几种处理方式可提高奥氏体不銹钢的性质。

1.降低含碳量，改进防蚀性。

2.增加含硫及硒，改进切削性。

3.增加鈦、鈳、鉭，形成碳化鈦、碳化鈳或碳化鉭，进而防止碳化铬出现於晶粒间，可提高防蚀性。

4.增加铜，可增进加工硬化性。

5.增加鉬，可增进高温强度。

（四）沉淀硬化式不銹钢
共同点是需要利用沉淀硬化之热处理技术来增强此类不銹钢之强度，其显微金相结构可能為奥氏体或马氏体。

最早发现成功的是17-4 PH型不銹钢。

此钢所含之4％铜於热处理时析出而增大其硬度。

如增加鉬可改进其韧性。

此类不銹钢之发展乃近二十五年来的事。

由於它们常具有奥氏体与马氏体两类的优点，因此应用范围愈来愈广，飞机的结构及其零件也常採用此类型的不銹钢為材料。

316和316L不锈钢
316和317不锈钢（317不锈钢的性能见后）是含钼不锈钢种。

317不锈钢中的钼含量略高明于316不锈钢.由于钢中钼，该钢种总的性能优于310和304不锈钢，高温条件下，当硫酸的浓度低于15％和高于85％时，316不锈钢具有广泛的用途。

316不锈钢还具有良好的而氯化物侵蚀的性能，所以通常用于海洋环境。

316L不锈钢的最大碳含量0.03,可用于焊接后不能进行退火和需要最大耐腐蚀性的用途中。

耐腐蚀性：耐腐蚀性能优于304不锈钢，在浆和造纸的生产过程中具有良好的耐腐蚀的性能。

而且316不锈钢还耐海洋和侵蚀性工业大气的侵蚀。

316和317不锈钢（317不锈钢的性能见后）是含钼不锈钢种。

317不锈钢中的钼含量略高明于316不锈钢.由于钢中钼，该钢种总的性能优于310和304不锈钢，高温条件下，当硫酸的浓度低于15％和高于85％时，316不锈钢具有广泛的用途。

316不锈钢还具有良好的而氯化物侵蚀的性能，所以通常用于海洋环境。

热处理：在1850-2050度的温度范围内进行退火，然后迅速退火，然后迅速冷却。

316不锈钢不能过热处理进行硬化。

焊接：316不锈钢具有良好的焊接性能。

可采用所有标准的焊接方法进行焊接。

焊接时可根据用途，分别采用316Cb、316L或309Cb不锈钢填料棒或焊条进行焊接。

为获得最佳的耐腐蚀性能，316不锈钢钢的焊接断面需要进行焊后退火处理。

如果使用316L不锈钢，不需要进行焊后退火处理。

典型用途：纸浆和造纸用设备热交换器、染色设备、胶片冲洗设备、管道、沿海区域建筑物外部用材料。