認(rèn)識(shí)不銹鋼教材

認(rèn)識(shí)不銹鋼

冶金03石峰目錄不銹鋼的簡(jiǎn)單介紹不同元素對(duì)不銹鋼性能的影響幾種典型的不銹鋼123

1.1

歷史起源第一次世界大戰(zhàn)時(shí)，英國(guó)在戰(zhàn)場(chǎng)上的槍支，總是因槍膛磨損不堪而運(yùn)回后方。軍工生產(chǎn)部門命令研制高強(qiáng)度耐磨合金鋼的布雷爾利，專門研究解決槍膛的磨損問題。一天，他們實(shí)驗(yàn)了一種含大量鉻的國(guó)產(chǎn)合金鋼，經(jīng)耐磨實(shí)驗(yàn)后，查明這種合金并不耐磨，說明這不能制造槍支，于是，他們記錄下實(shí)驗(yàn)結(jié)果，往墻角一扔了事。幾個(gè)月后的一天，一位助手拿著一塊锃光瓦亮的鋼材興沖沖跑來問布雷爾利是否實(shí)驗(yàn)一下，看它到底有什么特殊作用！實(shí)驗(yàn)結(jié)果證明：它是一塊不怕酸、堿、鹽的不銹鋼。布雷爾利發(fā)明的不銹鋼于1916年取得英國(guó)專利權(quán)并開始大量生產(chǎn)，至此，從垃圾堆中偶然發(fā)現(xiàn)的不銹鋼便風(fēng)靡全球，亨利·布雷爾利也被譽(yù)為“不銹鋼之父”。從性質(zhì)上：不銹鋼（StainlessSteel）是不銹耐酸鋼的簡(jiǎn)稱，耐空氣、蒸汽、水等弱腐蝕介質(zhì)或具有不銹性的鋼種稱為不銹鋼；而將耐化學(xué)腐蝕介質(zhì)（酸、堿、鹽等化學(xué)浸蝕）腐蝕的鋼種稱為耐酸鋼，其統(tǒng)稱為不銹鋼。從化學(xué)成分上：不銹鋼是含鉻量大于11.65%（質(zhì)量分?jǐn)?shù)）的具有不銹性和耐酸性的鐵基合金的統(tǒng)稱。

1.2

定義

1.3為何鉻能決定不銹鋼的耐腐蝕性能？金屬腐蝕可分為化學(xué)腐蝕和電化學(xué)腐蝕兩種。在高溫下金屬直接與空氣中的氧反應(yīng)，生成氧化物，是一種化學(xué)腐蝕。在常溫下這種腐蝕進(jìn)行得很緩慢，金屬的腐蝕主要是電化學(xué)腐蝕。一種金屬耐電化學(xué)腐蝕的能力，決定于本身的電極電位。電極電位越負(fù)，越易失去電子，發(fā)生離子化。電極電位越正，越不易失去電子，不易離子化。鉻提高鋼耐腐蝕性能的第一個(gè)原因是鉻使鐵-鉻合金鋼的電極電位提高。當(dāng)鉻含量達(dá)到1/8、2/8、3/8……原子比時(shí)，鐵-鉻合金鋼的電極電位呈跳躍式的提高，這種變化規(guī)律叫n/8定律。

1.3為何鉻能決定不銹鋼的耐腐蝕性能？當(dāng)鐵-鉻固溶體中鉻的原子含量達(dá)到12.5%（1/8）第一個(gè)突變值時(shí)，基體在FeSO4溶液中的電極電位由-0.56V跳增至+0.2V，通常把12.5%的原子含量作為不銹鋼的最低含鉻量，換算成重量百分比則為：12.5%×（鉻原子量/鐵原子量）=12.5%×52/55.8=11.65%含鉻低于11.65%的鋼，一般不叫不銹鋼。鉻提高鋼的耐蝕性能的第二個(gè)原因是：鐵-鉻合金鋼在氧化性介質(zhì)中極易形成一層致密的鈍化膜（FeO.Cr2O3），這層鈍化膜穩(wěn)定、完整，與基體金屬結(jié)合牢固，將基體與介質(zhì)完全隔開，從而有效地防止鋼進(jìn)一步氧化或腐蝕。但在還原性介質(zhì)中，這層膜有破裂的傾向。

1.4主要分類⑴奧氏體鋼；⑵鐵素體鋼；⑶馬氏體鋼，包括馬氏體一碳化物鋼；⑷奧氏體—鐵素體雙相鋼(5)沉淀硬化鋼。通常按金相組織將不銹鋼分為：1.4.1奧氏體不銹鋼含鉻大于18%，還含有8%左右的鎳及少量鉬、鈦、氮等元素。綜合性能好，可耐多種介質(zhì)腐蝕。奧氏體不銹鋼的常用牌號(hào)有1Cr18Ni9、0Cr19Ni9等。0Cr19Ni9鋼的Wc<0.08%，鋼號(hào)中標(biāo)記為“0”。這類鋼中含有大量的Ni和Cr，使鋼在室溫下呈奧氏體狀態(tài)。這類鋼具有良好的塑性、韌性、焊接性、耐蝕性能和無磁或弱磁性，在氧化性和還原性介質(zhì)中耐蝕性均較好，用來制作耐酸設(shè)備。1.4.2鐵素體不銹鋼含鉻15%～30%。其耐蝕性、韌性和可焊性隨含鉻量的增加而提高，耐氯化物應(yīng)力腐蝕性能優(yōu)于其他種類不銹鋼，屬于這一類的有Crl7、Cr17Mo2Ti、Cr25，Cr25Mo3Ti、Cr28等。鐵素體不銹鋼因?yàn)楹t量高，耐腐蝕性能與抗氧化性能均比較好，但機(jī)械性能與工藝性能較差，多用于受力不大的耐酸結(jié)構(gòu)及作抗氧化鋼使用。1.4.3

馬氏體不銹鋼馬氏體不銹鋼是一種可硬化不銹鋼，它的強(qiáng)度高，但塑性和可焊性較差。馬氏體不銹鋼的常用牌號(hào)有1Cr13、3Cr13等，因含碳較高，故具有較高的強(qiáng)度、硬度和耐磨性，但耐蝕性稍差，用于力學(xué)性能要求較高、耐蝕性能要求一般的一些零件上，如彈簧、汽輪機(jī)葉片、水壓機(jī)閥等。1.4.4奧氏體—鐵素體雙相不銹鋼兼有奧氏體和鐵素體不銹鋼的優(yōu)點(diǎn)，并具有超塑性。目前廣泛使用的雙相不銹鋼的奧氏體和鐵素體組織各約占一半。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（鈮）、Ti，N等合金元素。這類鋼與鐵素體相比，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(shí)還保持有鐵素體不銹鋼的475℃脆性以及導(dǎo)熱系數(shù)高，具有超塑性等特點(diǎn)。與奧氏體不銹鋼相比，強(qiáng)度高且耐晶間腐蝕和耐氯化物應(yīng)力腐蝕有明顯提高。雙相不銹鋼具有優(yōu)良的耐孔蝕性能，也是一種節(jié)鎳不銹鋼。1.4.5沉淀硬化不銹鋼基體為奧氏體或馬氏體組織，其能通過沉淀硬化（又稱時(shí)效硬化）處理使其硬（強(qiáng)）化的不銹鋼。沉淀硬化鋼常用牌號(hào)有0Cr17Ni7Al和0Cr17Ni4Cu4Nb。0Cr17Ni7Al多用作飛機(jī)外殼、結(jié)構(gòu)件、噴氣發(fā)動(dòng)機(jī)零件、彈簧、天線、緊固件、儀表零件等。0Cr17Ni4Cu4Nb用于有一定耐蝕要求的高強(qiáng)度容器、高強(qiáng)度螺栓和噴氣發(fā)動(dòng)機(jī)零件等。

2.不同元素對(duì)不銹鋼性能的影響

2.1鉻的影響鉻是奧氏體不銹鋼中最主要的合金元素，奧氏體不銹鋼的不銹性和耐蝕性的獲得主要是鉻促進(jìn)了鋼的鈍化并使鋼保持穩(wěn)定鈍態(tài)的結(jié)果。鉻是強(qiáng)碳化物形成元素，鉻提高鋼的耐氧化性介質(zhì)和酸性氯化物介質(zhì)的性能；在鎳以及鉬和銅復(fù)合作用下，鉻提高鋼耐一些還原性介質(zhì)，有機(jī)酸，尿素和堿介質(zhì)的性能。鉻還提高鋼耐局部腐蝕，比如晶間腐蝕，點(diǎn)腐蝕，縫隙腐蝕以及某此條件下應(yīng)力腐蝕的性能。

2.2碳的影響碳的雙重作用碳是不銹鋼中僅次于鉻的第二號(hào)常用元素，不銹鋼的組織和性能在很大程度上取決于碳含量及其分布狀態(tài)。碳是穩(wěn)定奧氏體元素，它對(duì)奧氏體的穩(wěn)定作用很強(qiáng)烈，約為鎳的30倍。碳能顯著提高不銹鋼的強(qiáng)度，從2Cr13、3Cr13、4Cr13到9Cr18，鋼的強(qiáng)度隨碳含量增加逐級(jí)提高。在奧氏體鋼中碳也是最有效的固溶強(qiáng)化元素。但是不銹鋼中的碳能鉻結(jié)合，生成碳化物，固溶體中的鉻含量必然要減少，鋼的耐腐蝕性能就要降低。2.3鎳的影響鎳是強(qiáng)烈穩(wěn)定奧氏體且擴(kuò)大奧氏體相區(qū)的元素。奧氏體不銹鋼中，隨著鎳含量的增加，殘余的鐵素體可完全消除，并顯著降低σ相形成的傾向。但是鎳含量的增加會(huì)降低碳在奧氏體不銹鋼中的溶解度，從而使碳化物析出傾向增強(qiáng)。3幾種典型不銹鋼304型，是廣泛使用的材料。在建筑中能經(jīng)受一般的銹蝕，可抵抗食品加工介質(zhì)浸蝕（但含有濃酸和氯化物成分的高溫狀態(tài)可能出現(xiàn)腐蝕），能抵抗有機(jī)化合物、染料和廣泛的各種各樣的無機(jī)化合物。304L型（低碳），耐硝酸性好，并耐用中等溫度和濃度的硫酸，廣泛地用作液態(tài)氣體貯罐。316型比304型含有稍多的鎳，并含有2%─3%的鉬，耐蝕性比304型好，特別是在傾向于引起點(diǎn)腐蝕的氯化物介質(zhì)中。316型已發(fā)展用作亞硫酸鹽紙漿機(jī)，因?yàn)樗陀昧蛩峄衔?。而且，它的用途已擴(kuò)大到在加工工業(yè)中處理很多化學(xué)制品。3

幾種典型不銹鋼317型含有3%—4%的鉬（