不锈钢及其应用

不锈钢及其应用

不锈钢具有较好的强度、较高的耐磨性、优越的防腐性能及不易生锈等优良的特性，因此广泛应用于各个行业。但由于不锈钢材料具有韧性大、热强度高、导热系数低、加工硬化严重、散热困难等诸多特性,如不能正确认识不锈钢材料,在经过铣削、退火、正火、淬火、冲裁、成型及焊接等加工过程时，不但加工困难，而且在加工表面将会产生很多缺陷，如焊接后的焊缝、铁锈、黄斑、划痕、毛刺、热回火等。这些缺陷不仅不美观而且会降低其力学性能及化学性能,损伤了不锈钢制品的价值，因此在运用中应掌握相应知识。

1、不锈钢的定义

不锈钢（Stainless Steel）指耐空气、蒸汽、水等弱腐蚀介质和酸、碱、盐等化学浸蚀性介质腐蚀的钢，又称不锈耐酸钢。实际应用中，常将耐弱腐蚀介质腐蚀的钢称为不锈钢，而将耐化学介质腐蚀的钢称为耐酸钢。由于两者在化学成分上的差异，前者不一定耐化学介质腐蚀，而后者则一般均具有不锈性。不锈钢的耐蚀性取决于钢中所含的合金元素。所有的不锈钢都具有一种共同的特性，即WCr均在10．5％以上。

2、不锈钢耐腐蚀机理

在铬的添加量达到10．5％（质量）时，钢的耐大气腐蚀性能显著增加，原因是用铬对钢进行合金化处理时，铬把表面氧化物的类型改变成了类似于纯铬金属上形成的表面氧化物。这种富铬氧化物紧密粘附在表面，防止进一步地氧化。这种氧化层极薄，透过它可以看到

钢表面的自然光泽，使不锈钢具有独特的表面。而且如果损坏了表层，所暴露出的钢表面会和大气反应进行自我修理，重新形成这种氧化物"钝化膜"，继续起保护作用。但铬含量更高时，尽管仍可提高耐腐蚀性，但不明显。

3、不锈钢分类及介绍

不锈钢按基体显微组织通常分为：铁素体不锈钢、奥氏体不锈钢、奥氏体- 铁素体双相不锈钢、马氏体不锈钢和沉淀硬化不锈钢。

3.1铁素体不锈钢。

3.1.1铁素体注①不锈钢是指含有大于12 %铬在α铁中的间隙固溶体，具有体心立方晶体结构。通常其含铬量12％～30％，含碳量大多数低于0. 12 %，还会添加铁素体的形成元素如Al 、Mo 等，有时还含有少量Ti、Nb等到稳定元素，一般不含镍。常温下它具有强烈的磁性,不能用淬火方法使之硬化。随含铬量的增加其耐蚀性而提高、而韧性和可焊性变差，耐氯化物应力腐蚀性能优于其他种类不锈钢。这类钢具导热系数大，膨胀系数小、抗氧化性好、抗应力腐蚀优良等特点，多用于制造耐大气、水蒸气、水及氧化性酸注②腐蚀的零部件。这类钢存在塑性差、焊后塑性和耐蚀性明显降低等缺点，因而限制了它的应用。

3.1.2铁素体不锈钢可分为普通类和高纯类;按铬含量又可分为低铬类和高铬类。

普通铁素体不锈钢

(1)12 %～14 %Cr低铬型钢只有在碳含量很低的情况

下,才属于铁素体型不锈钢,如00Cr12 、0Cr13 等。

有的还加有少量铁素体形成元素Al 的钢,如

0Cr13Al 等。低铬铁素体不锈钢综合性能良好,但耐

蚀性不如高铬类。

(2)16 %～18 %Cr中铬型钢只有在碳含量较低时(一般

碳不大于0. 12 %) ,才属于铁素体型不锈钢,例如

0Cr17Ti 、1Cr17Mo 等钢。当铬低碳高时,会有一

定数量的珠光体如1Cr17 钢。碳含量更高时,如

7Cr17 等钢,已属于马氏型不锈钢。总之,Cr17 型不

锈钢是否属于铁素体型,主要取决于含碳量和是否

添加铁素体形成元素。

(3)25 %～30 %Cr高铬型钢因含铬量很高,均为铁素

体组织。在铁素体不锈钢中是耐蚀性能和抗高温氧

化性能最好的一类。但因铬含量高,普通铁素体型不

锈钢的多种脆性等缺点更加突出和严重。

高纯高铬铁素体不锈钢

为了改善普通高铬铁素体不锈钢的耐非氧化性介质和耐点蚀、缝隙腐蚀等性能,并延缓晶界腐蚀。通常需添加1 %～4 %的Mo ,并严格控制间隙元素C + N的总量，以得到高纯高铬铁素体不锈钢。在C + N 总含量极低时,经焊接或高温固溶淬火后,可以消除晶间腐蚀敏感性。生产方法有大型真空感应炉冶炼和炉外精炼

（AOD或VOD）等。炉外精炼辅以加入稳定化元素(如钛、铌等)，可适当放宽控制含量。一般有高纯级C + N ≤0. 01 %～0.

015 %、超低级C + N =0.015%-0. 03 % 和低级C + N =

0.035 %～0.045 % 3种高铬铁素体不锈钢。高纯高铬铁素体不锈钢在一定程度上能克服普通铁素体不锈钢的某些缺点和不足，使之得到更广泛应用。

3.1.3普通铁素体不锈钢存在的主要问题

⑴脆性转变温度和缺口敏感性；⑵475℃脆性注③和δ相脆性注④；⑶高温脆性⑷晶间腐蚀敏感性。一般通过相应的后热处理工序及控制好化学成分可以解决上述问题。

3.1.4铁素体不锈钢的耐蚀性能

铁素体不锈钢对晶间腐蚀的敏感性较高,但在氯化物介质中具有良好的抗应力腐蚀开裂性能,比铬镍奥氏体不锈钢优越得多,在含微量氯离子和氧的热水和高温水的介质中以及在苛性钠的溶液中,也表现出优异的抗应力腐蚀开裂性能。铁素体不锈钢对硝酸等氧化性介质有良好的耐蚀性能,与同等铬含量的镍铬奥氏体不锈钢相当,随着铬含量的增加,其耐蚀性能也增加。但对还原性介质,铁素体不锈钢的耐蚀性则不如铬镍奥氏体不锈钢。以上是铁素体不锈钢耐蚀性能的一般特点,但各类铁素体不锈钢的耐蚀性能及其应用又有不同。

在日本和美国等国家铁素体不锈钢用400系列的数字表示。如430和446等。

3.2奥氏体不锈钢。在常温下具有奥氏体组织的不锈钢，具有面心立方晶体结构，是铬、镍等元素在γ-Fe 中形成的间隙固溶体。其成分特点是含有较高的铬( ≥18 %) 、镍(8 %～25 %) 及其它提高耐蚀性的元素(如钼、铜、硅、铌、钛等) 。为了使铬镍钢保持完全奥氏体组织,钢中的镍含量应不少于下列经验公式的数值

Ni(%) =1. 1 (Cr+Mo+1.5Si+1.5Nb)-0.5Mn-30C-8.2

奥氏体不锈钢按其组成可分为Cr-Ni系奥氏体不锈钢和Cr-Mn-N 系( 含Cr-Mn-Ni-N)奥氏体不锈钢。

Cr-Ni系奥氏体不锈钢按Cr 、Ni的含量又可分为三组:即18 -8型:如304不锈钢;18-12型:如316不锈钢;20-25型:如Sandvi k 2RK65 ,AL26X ,904L 等。0Cr18Ni9即是经典的18-8型奥氏体不锈钢，钢中含Cr约18%、Ni 8%-10%、C约0.1%，具有稳定的奥氏体组织。如在此基础上增加Cr、Ni含量并加入Mo、Cu、Si、Nb、Ti等元素就可成为高Cr-Ni系列钢。

镍铬奥氏体中的镍,用锰和氮部分或全部取代之,即组成Cr-M n-N （Cr-Mn-Ni-N）系奥氏体不锈钢。

奥氏体不锈钢主要特点是在室温下无磁性且具有高韧性和塑性，钢的屈强比低（一般认为材料的屈强比小于0.8 则其折弯性能良好）, 焊接性能良好,易于冶炼及铸锻热成形。但强度较低（相对其它不锈钢），且不能通过相变使之强化，仅能通过冷加工进行强化。总之奥氏体类不锈钢不但有良好的耐蚀性,而且还有良好的力学性能和工艺性能,从而在机械设备上获得了广泛的应用。如