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不銹鋼知識

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一、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

二、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名稱或商標命名。

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)

三、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。

1、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

2、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。

3、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。

四、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)。

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。

五、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,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。

例如工業中應用廣泛的,也是起碼的不銹鋼——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。

硅是形成鐵素體的元素,在一般不銹鋼中為常存雜質元素。

鈷作為合金元素在鋼中應用不多,這是因為鈷的價格高及其在其它方面(如高速鋼、硬質合金、鈷基耐熱合金、磁鋼或硬磁合金等)有著更重要的用途。在一般不銹鋼中加鈷作合金元素的也不多,常用不銹鋼如9Crl7MoVCo鋼(含1.2-1.8%鈷)加鈷,目的并不在于提高耐腐蝕性能而在于提高硬度,因為這種不銹鋼的主要用途是制造切片機械刃具、剪刀及手術刀片等。

硼:高鉻鐵素體不銹鋼Crl7Mo2Ti鋼中加0.005%硼,可使在沸騰的65%醋酸中的耐腐蝕性能提高。加微量的硼(0.0006~0.0007%)可使奧氏體不銹鋼的熱態塑性改善。少量的硼由于形成低熔點共晶體,使奧氏體鋼焊接時產生熱裂紋的傾向增大,但含有較多的硼(0.5~0.6%)時,反而可防止熱裂紋的產生。因為當含有0.5~0.6%的硼時,形成奧氏體-硼化物兩相組織,使焊縫的熔點降低。熔池的凝固溫度低于半溶化區時,母材在冷卻時產生的張應力,由處于液態.固態的焊縫金屬承受,此時是不致引起裂縫的,即使在近縫區形成了裂紋,也可以為處于液態-固態的熔池金屬所填充。含硼的鉻鎳奧氏體不銹鋼在原子能工業中有著特殊的用途。

磷:在一般不銹鋼中都是雜質元素,但其在奧氏體不銹鋼中的危害性不像在一般鋼中那樣顯著,故含量可允許高一些,如有的資料提出可達0.06%,以利于冶煉控制。個別的含錳的奧氏體鋼的含磷量可達0.06%(如2Crl3NiMn9鋼)以至0.08%(如Cr14Mnl4Ni鋼)。利用磷對鋼的強化作用,也有加磷作為時效硬化不銹鋼的合金元素,PH17-10P鋼(含0.25%磷)乃PH-HNM鋼(含0.30磷)等。

硫和硒:在一般不銹鋼中也是常有雜質元素。但向不銹鋼中加0.2~0.4%的硫,可提高不銹鋼的切削性能,硒也具有同樣的作用。硫和硒提高不銹鋼的切削性能,是因為它們降低不銹鋼的韌性,例如一般18-8鉻鎳不銹鋼的沖擊值可達30公斤/厘米2。含0.31%硫的18-8鋼(0.084%C、18.15%Cr、9.25%Ni)的沖擊值為1.8公斤/平方厘米;含0。22%硒的18-8鋼(0.094%C、18.4%Cr、9%Ni)的沖擊值為3.24公斤/平方厘米。硫與硒均降低不銹鋼的耐腐蝕性能,所以實際應用它們作為不銹鋼的合金化元素的很少。

稀土元素:稀土元素應用于不銹鋼,目前主要在于改善工藝性能方面。如向Crl7Ti鋼和Cr17Mo2Ti鋼中加少量的稀土元素,可以消除鋼錠中因氫氣引起的氣泡和減少鋼坯中的裂紋。奧氏體和奧氏體-鐵素體不銹鋼中加0.02~0.5%的稀土元素(鈰鑭合金),可顯著改善鍛造性能。曾有一種含19.5%鉻、23%鎳以及鉬銅錳的奧氏體鋼,由于熱加工工藝性能在過去只能生產鑄件,加稀土元素后則可軋制成各種型材。

2、按金相組織對不銹鋼的分類及各類不銹鋼的一般特點

按化學成分(主要是含鉻量)及用途,不銹鋼分為不銹與耐酸兩大類。工業上還按自高溫(900-1100度)加熱空氣冷卻后鋼的基體組織的類型對不銹鋼進行分類,這是基于我們上面所討論的碳及合金元素對不銹鋼組織影響的特點決定的。

工業上應用的不銹鋼按金相組織可分為三大類:鐵素體不銹鋼,馬氏體不銹鋼,奧氏體不銹鋼??梢园堰@三類不銹鋼的特點歸納(如下表),但需要說明的是馬氏體不銹鋼并不是都不可焊接,只是受某些條件的限制,如焊前應預熱焊后應作高溫回火等,而使焊接工藝比較復雜。實際生產中一些馬氏體不銹鋼如1Cr13,2Cr13以及2Cr13與45鋼焊接還是比較多的。

不銹鋼的分類、主要成分及性能比較

分類 大概成分 (%) 淬火性 耐蝕性 加工性 可焊接性 磁性

C Cr Ni

鐵素體系 0.35以下 16-27 - 無 佳 尚佳 尚可有

馬氏體系 1.20以下 11-15 - 自硬性 可 可 不可有

奧氏體系 0.25以下 16以上 7以上 無 優 優 優無

以上分類僅是按鋼的基體組織分的,由于鋼中穩定奧氏體及形成鐵素體的元素的作用不能互相平衡,以及由于大量的鉻使平衡圖S點左移,工業中應用的不銹鋼的組織除了上面講的三種基本類型以外,還有馬氏體—鐵素體,奧氏體-鐵素體,奧氏體-馬氏體等過渡型的復相不銹鋼,以及具有馬氏體-碳化物組織的不銹鋼。

2-1.鐵素體鋼

含鉻大于14%的低碳鉻不銹鋼,含鉻大干27%的任何含碳量的鉻不銹鋼,以及在上述成分基礎上再添加有鉬、鈦、鈮、硅、鋁、、鎢、釩等元素的不銹鋼,化學成分中形成鐵素體的元素占絕對優勢,基體組織為鐵素。這類鋼在淬火(固溶)狀態下的組織為鐵素體,退火及時效狀態的組織中則可見到少量碳化物及金屬間化合物。

屬于這一類的有Crl7、Cr17Mo2Ti、Cr25,Cr25Mo3Ti、Cr28等。鐵素體不銹鋼因為含鉻量高,耐腐蝕性能與抗氧化性能均比較好,但機械性能與工藝性能較差,多用于受力不大的耐酸結構及作抗氧化鋼使用。

2-2.鐵素休-馬氏體鋼

這類鋼在高溫時為y+a(或δ)兩相狀態,快冷時發生y-M轉變,鐵素體仍被保留,常溫組織為馬氏體和鐵素體,由于成分及加熱溫度的不同,組織中的鐵素體量可在百分之幾至幾十的范圍內變化。0Crl3鋼,lCrl3鋼,鉻偏上限而碳偏下限的2Cr13鋼,Cr17Ni2鋼,Cr17wn4鋼,以及在ICrl3鋼基礎上發展起來的許多改型12%鉻熱強鋼(這類鋼也叫做耐熱不銹鋼)中的許多鋼號,如Cr11MoV,Cr12WMoV,Crl2W4MoV,18Crl2WMoVNb等均屬干這一類。

鐵素體—馬氏體鋼可以部分地接受淬火強化,故可獲得較高的機械性能。但它們的機械性能與工藝性能在很大程度上受組織中鐵素體的含量及分布形態的影響。這類鋼按成分中的含鉻量分屬12~14%與15~18%兩個系列。前者具有抵抗大氣及弱腐蝕性介質的能力,并且具有良好的減震性及較小的線膨脹系數;后者的耐腐蝕性能與相同含鉻量的鐵素體耐酸鋼相當,但在一定程度上也保留著高鉻鐵素體鋼的某些缺點。

2-3.馬氏體鋼

這類鋼在正常淬火溫度下處在y相區,但它們的y相僅在高溫時穩定,M點一般在3OO℃左右,故冷卻時轉變為馬氏體。

這類鋼包括2Cr13,2Cr13Ni2,3Cr13以及部分改型12%鉻熱強鋼,如13Cr14NiWVBA,Cr11Ni2MoWVB鋼等。馬氏體不銹鋼的機械性能、耐腐蝕性能、工藝性能與物理性能,均和含鉻12~14%的鐵素體-馬氏體不銹鋼相近。由于組織中沒有游離的鐵素體,機械性能比上述鋼要高,但熱處理時的過熱敏感性較低。

2-4.馬氏體—碳化物鋼

Fe-C合金的并析點的含碳為0.83%,在不銹鋼中由于鉻使S點左移,含12%鉻和大于0.4%碳的鋼(圖11-3),以及含18%鉻和大于0.3%碳的鋼(圖卜)3)均屬于過共析鋼。這類鋼在正常淬火溫度加熱,次生碳化物不能完全溶于奧氏體,因此淬火后的組織為馬氏體和碳化物組成。

屬于這一類的不銹鋼牌號不多,卻是一些含碳比較高的不銹鋼,如4Crl3、9Cr18、9Crl8MoV 、9Crl7MoVCo鋼等,含碳量偏上限的3Crl3鋼在較低的溫度下淬火,也可能出現這樣的組織。由于含碳量高,上述9Cr18等三個鋼號中雖含有較多的鉻,但其耐腐蝕性能僅與含12~14%鍺的不銹鋼相當。這類鋼的主要用途是要求高硬及耐磨的零件,如切削工具、軸承、彈簧及醫療器械等。

2-5.奧氏體鋼

這類鋼含有較多擴大y區和穩定奧氏體的元素,在高溫時為均為y相,冷卻時由于Ms點在室溫以下,所以在常溫下具有奧氏體組織。 18-8, 18-12、25-20、20-25Mo等鉻鎳不銹鋼,以錳代替部分鎳并加氮的低鎳不銹鋼如Cr18Mnl0Ni5,Cr13Ni4Mn9,Cr17Ni4Mn9N,Cr14Ni3Mnl4Ti鋼等均屬于這一類。

奧氏體不銹鋼具有前已述及的許多優點,雖然機械性能也比較低,和鐵素體不銹鋼—樣不能熱處理強化,但可以通過冷加工變形的方法,利用加工硬化作用提高它們的強度。 這類鋼的缺點是對晶間腐蝕及應力腐蝕比較敏感,需通過適當地合金添加劑及工藝措施消除。

2-6.奧氏體-鐵素體鋼

這類鋼因擴大y區和穩定奧氏體元素的作用程度,不足以使鋼在常溫或很高的溫度下具有純奧氏體組織,因此為奧氏體-鐵素體復相狀態,其鐵素體量也因成分及加熱溫度不同而可在較大的范圍內變化。

屬于這一類的不銹鋼很多,如低碳的18-8鉻鎳鋼,加鈦、鈮、鉬的18-8鉻鎳鋼,特別是在鑄鋼的組織中均可見到鐵素體,此外含鉻大于14~15%而碳低于0.2%的鉻錳不銹鋼(如Cr17Mnll),以及目前研究的和已獲得應用的大多數鉻錳氮不銹鋼等。與純奧氏體不銹鋼比較,這類鋼的優點很多,如屈服強度較高,抗晶間腐蝕的能力較高,應力腐蝕的敏感性低,焊接時產生熱裂紋的傾向小,鑄造流動性好等等。缺點是壓力加工性能較差,點腐蝕傾向較大,易產生c相脆性,在強磁場作用下表現出弱磁性等。所有這些優點和缺點均來源于組織中的鐵素體。

2-7.奧氏缽-馬氏體鋼

這類鋼的Ms點低于室溫,固溶處理以后為奧氏體組織,易于成形和焊接。通??捎脙煞N工藝方法使之發生馬氏體轉變。一是固溶處理以后經700~800度加熱,奧氏體因析出碳化鉻而轉變為介穩定狀態,Ms點升高至室溫以上,冷卻時轉變為馬氏體;二是固溶處理以后直接冷卻至Ms與Mf點之間,使奧氏體轉變為馬氏體。后一方法可獲得較高的耐腐蝕性能,但固溶處理以后至深冷的間隔時間不宜過久,否則會因奧氏體的陳化穩定作用而使深冷的強化效應降低。經上述處理以后鋼再經400~500度時效,使析出金屬間化合物進—步強化。這類鋼的典型鋼號有17Cr一7Ni一A1、15Cr-9Ni-A1,17Cr—5Ni-Mo、15Cr-8Ni-Mo一A1等等。這類鋼也稱為奧氏體-馬氏體時效不銹鋼,并因為實際上這些鋼的組織中除奧氏體和馬氏體以外,還存在不同數量的鐵素體,故也稱為半奧氏體沉淀硬化不銹鋼。

這類鋼是50年代后期發展和應用的新型不銹鋼,它們總的特點是強度高(C可達100一150)及熱強性好,但由于含鉻量較低并在熱處理時有碳化鉻析出,因此耐腐蝕性能比標準的奧氏體不銹鋼要低一些。也可以說這類鋼的高強度是在犧牲一部分耐腐蝕性能與其他性能(如非磁性)的情況下獲得的,目前這類鋼主要用于航空工業及火箭導彈生產方面,一般機械制造中應用尚不普遍,并且在分類上也有把它們納為超高強度鋼的一個系列。

六、不銹鋼的耐蝕性能

腐蝕的種類和定義

一種不銹鋼可在許多介質中具有良好的耐蝕性,但在另外某種介質中,卻可能因化學穩定性低而發生腐蝕。所以說,一種不銹鋼不可能對所有介質都耐蝕。 在眾多的工業用途中,不銹鋼都能提供今人滿意的耐蝕性能。根據使用的經驗來看,除機械失效外,不銹鋼的腐蝕主要表現在:不銹鋼的一種嚴重的腐蝕形式是局部腐蝕(亦即應力腐蝕開裂、點腐蝕、晶間腐蝕、腐蝕疲勞以及縫隙腐蝕)。這些局部腐蝕所導致的失效事例幾乎占失效事例的一半以上。事實上,很多失效事故是可以通過合理的選材而予以避免的。

金屬的腐蝕,按機理可分為特理腐蝕、化學腐蝕與電化學腐蝕三種。生活實際、工程實際中的金屬腐蝕,絕大多數都屬于電化學腐蝕。

應力腐蝕開裂(SCC):是指承受應力的合金在腐蝕性環境中由于烈紋的擴展而互生失效的一種通用術語。應力腐蝕開裂具有脆性斷口形貌,但它也可能發生于韌性高的材料中。發生應力腐蝕開裂的必要條件是要有拉應力(不論是殘余應力還是外加應力,或者兩者兼而有之)和特定的腐蝕介質存在。型紋的形成和擴展大致與拉應力方向垂直。這個導致應力腐蝕開裂的應力值,要比沒有腐蝕介質存在時材料斷裂所需要的應力值小得多。在微觀上,穿過晶粒的裂紋稱為穿晶裂紋,而沿晶界擴圖的裂紋稱為沿晶裂紋,當應力腐蝕開裂擴展至其一深度時(此處,承受載荷的材料斷面上的應力達到它在空氣中的斷裂應力),則材料就按正常的裂紋(在韌性材料中,通常是通過顯微缺陷的聚合)而斷開。因此,由于應力腐蝕開裂而失效的零件的斷面,將包含有應力腐蝕開裂的特征區域以及與已微缺陷的聚合相聯系的“韌窩”區域。

點腐蝕:點腐蝕是指在金屬材料表面大部分不腐蝕或腐蝕輕微而分散發生高度的局部腐蝕,常見蝕點的尺寸小于1.00mm,深度往往大于表面孔徑,輕者有較淺的蝕坑,嚴重的甚至形成穿孔。

晶間腐蝕:晶粒間界是結晶學取向不同的晶粒間紊亂錯合的界城,因而,它們是鋼中各種溶質元素偏析或金屬化合物(如碳化物和δ相)沉淀析出的有利區城。因此,在某些腐蝕介質中,晶粒間界可能先行被腐蝕乃是不足為奇的。這種類型的腐蝕被稱為晶間腐蝕,大多數的金屬和合金在特定的腐蝕介質中都可能呈現晶間腐蝕。晶間腐蝕是一種有選擇性的腐蝕破壞,它與一般選擇性腐蝕不同之處在于,腐蝕的局部性是顯微尺度的,而宏觀上不一定是局部的。

縫隙腐蝕:是指在金屬構件縫隙處發生斑點狀或潰瘍形的宏觀蝕坑,是局部腐蝕的一種形式,它可能發全于溶液停滯的縫隙之中或屏蔽的表面內。這樣的縫隙可以在金屬與金屬或金屬與非金屬的接合處形成,例如,在與鉚釘、螺栓、墊片、閥座、松動的表面沉積物以及海生物相接燭之處形成。

全面腐蝕:是用來描述在整個合金表面上以比較均勺的方式所發生的腐蝕現象的術語。當發生全面腐蝕時,村料由于腐蝕而逐漸變薄,甚至材料腐蝕失效。不銹鋼在強酸和強堿中可能呈現全面腐蝕。全面腐蝕所引起的失效問題并不怎么令人擔心,因為,這種腐蝕通??梢酝ㄟ^簡單的浸泡試驗或查閱腐蝕方面的文獻資料而預測它。

均勻腐蝕:是指接觸腐蝕介質的金屬表面全部產生腐蝕的現象。根據不同的使用情況對耐蝕提出不同的指標要求,一般可分為兩大類:

1. 不銹鋼 指在大氣及弱腐蝕介質中耐蝕的鋼。腐蝕速率小于0.01mm/年的,認為是"完全耐蝕";腐蝕速率小于0.1mm/年的,認為是"耐蝕"的。

2. 耐蝕鋼 指在各種強烈腐蝕介質中能耐蝕的鋼。

2.各種不銹鋼的耐腐蝕性能

304 是一種通用性的不銹鋼,它廣泛地用于制作要求良好綜合性能(耐腐蝕和成型性)的設備和機件。

301 不銹鋼在形變時呈現出明顯的加工硬化現象,被用于要求較高強度的各種場合。

302 不銹鋼實質上就是含碳量更高的304不銹鋼的變種,通過冷軋可使其獲得較高的強度。

302B 是一種含硅量較高的不銹鋼,它具有較高的抗高溫氧化性能。

303和303Se 是分別含有硫和硒的易切削不銹鋼,用于主要要求易切削和表而光浩度高的場合。303Se不銹鋼也用于制作需要熱鐓的機件,因為在這類條件下,這種不銹鋼具有良好的可熱加工性。

304L 是碳含量較低的304不銹鋼的變種,用于需要焊接的場合。較低的碳含量使得在靠近焊縫的熱影響區中所析出的碳化物減至較少,而碳化物的析出可能導致不銹鋼在某些環境中產生晶間腐蝕(焊接侵蝕)。

304N 是一種含氮的不銹鋼,加氮是為了提高鋼的強度。

305和384 不銹鋼含有較高的鎳,其加工硬化率低,適用于對冷成型性要求高的各種場合。

308 不銹鋼用于制作焊條。

309、310、314及330 不銹鋼的鎳、鉻含量都比較高,為的是提高鋼在高溫下的抗氧化性能和蠕變強度。而30S5和310S乃是309和310不銹鋼的變種,所不同者只是碳含量較低,為的是使焊縫附近所析出的碳化物減至較少。330不銹鋼有著特別高的抗滲碳能力和抗熱震性.

316和317 型不銹鋼含有鋁,因而在海洋和化學工業環境中的抗點腐蝕能力大大地優于304不銹鋼。其中,316型不銹鋼由變種包括低碳不銹鋼316L、含氮的高強度不銹鋼316N以及合硫量較高的易切削不銹鋼316F。

321、347及348 是分別以鈦,鈮加鉭、鈮穩定化的不銹鋼,適宜作高溫下使用的焊接構件。348是一種適用于核動力工業的不銹鋼,對鉭和鉆的合量有著一定的限制。

七、表面加工等級、特征及用途

原面:NO.1 熱軋后施以熱處理及酸洗處理的表面。一般用于冷軋材料,工業用槽罐、化學工業裝置等,厚度較厚由2.0MM-8.0MM。

鈍面:NO.2D 冷軋后經熱處理、酸洗者,其材質柔軟,表面呈銀白色光澤,用于深沖壓加工,如汽車構件、水管等。

霧面:NO.2B 冷軋后經熱處理、酸洗,再以精軋加工使表面為適度之光亮者。由于表面光滑,易于再研磨,使表面更加光亮,用途廣泛,如餐具、建材等。采用改善機械性能的表面處理后,幾乎滿足所有用途。

粗砂NO.3 用100-120號研磨帶研磨出來的產品。具有較佳的光澤度,具有不連續的粗紋。用于建筑內外裝飾材料、電器產品及廚房設備等。

細砂:NO.4 用粒度150-180號研磨帶研磨出來的產品。具有較佳的光澤度,具有不連續的粗紋,條紋比 NO.3細。用于浴池、建筑內外裝飾材料、電器產品、廚房設備及食品設備等。

#320 用320號研磨帶研磨出來的產品。具有較佳的光澤度,具有不連續的粗紋,條紋比 NO.4細。用于浴池、建筑內外裝飾材料、電器產品、廚房設備及食品設備等。

毛絲面HAIRLINE:HL NO.4經適當粒度拋光砂帶的連續研磨生成研磨花紋的產品(細分 150-320號)。主要用于建筑裝飾,電梯,建筑物的門、面板等。

亮面:BA 經冷軋后施以光亮退火,并經過平整得到的產品。表面光澤度好,有很高的反射率。如同鏡面的表面。用于家電產品、鏡子、廚房設備、裝飾材料等。

SUS304:具有良好的耐蝕性、耐熱性、低溫強度和機械性能,沖壓彎曲等熱加工性好,無熱處理硬化現象,無磁性。廣泛用于家庭用品(1、2類餐具)、櫥柜、室內管線、熱水器、鍋爐、浴缸、汽車配件、醫療器具、建材、化學、食品工業、農業、船舶部件。

SUS304L:奧氏體基本鋼種,用途廣泛;耐蝕性和耐熱性優良;低溫強度和機械性能優良;單相奧氏體組織,無熱處理硬化現象(無磁性,使用溫度-196--800℃)。

SUS304Cu:以17Cr-7Ni-2Cu為基本組成的奧氏不銹鋼;成形性優良,特別是拔絲和抗時效裂紋性好;--耐腐蝕性與304相同。

SUS316: 耐蝕性和高溫強度特別好,可在苛刻的條件下使用,加工硬化性好,無磁性。適于海水用設備、化學、染料、造紙、草酸、肥料生產設備、照相、食品工業、沿海設施

SUS316L:鋼中添加Mo(2-3%),故耐蝕性和高溫強度優良;SUS316L含碳量比SUS316低,因此,抗晶間腐蝕性比SUS316優良;高溫蠕變強度高??稍诳量痰臈l件使用,加工硬化性好,無磁性。 適于海水用設備、化學、染料、造紙、草酸、肥料生產設備、照相、食品工業、沿海設施

SUS321:在304鋼中添加Ti,故抗晶間腐蝕性優良;高溫強度和高溫抗氧性優良;成本高,加工性比SUS304差。耐熱材料、汽車、飛行器排氣管管路,鍋爐爐蓋、管道,化學裝置、熱交換器.

SUH409H: 加工性能、焊接性能良好,高溫抗氧化性能良好,能夠承受的溫度范圍從室溫直到575℃。廣泛用于汽車尾氣排氣系統。

SUS409L:控制鋼中的C和N含量,故焊接性、成形性和耐蝕性優良;含11%Cr,高溫和常溫下為具有BCC結構的鐵素體不銹鋼;因填了Ti,750℃以下有空氧化性和耐蝕性。

SUS410:馬氏體代表鋼種,強度高,硬度高(有磁性);抗腐蝕性差,不適合于嚴重腐蝕環境下使用;含C量低,加工性好,通過熱處理可使表面硬化。

SUS420J2:馬氏體代表鋼種,強度高,硬度高(有磁性);耐腐蝕性差,加工成形性差,耐磨性好;能夠進行熱處理改善機械性能。廣泛用于加工刀具、管嘴、閥門、板尺、餐具。

SUS430:熱膨脹率低,成型型及耐氧化性好 適用于耐熱器具、燃燒器、家電產品、2類餐具、廚房洗滌槽。價格低,加工性好是理想的SUS304的替代品;抗英里腐蝕性好,典型的非熱處理硬化性鐵素體系不銹鋼。

特別地,316和317不銹鋼(317不銹鋼的性能見后)是含鉬不銹鋼種。317不銹鋼中的鉬含量略高明于316不銹鋼.由于鋼中鉬,該鋼種總的性能優于310和304不銹鋼,高溫條件下,當硫酸的濃度低于15%和高于85%時,316不銹鋼具有廣泛的用途。316不銹鋼還具有良好的而氯化物侵蝕的性能,所以通常用于海洋環境。

316L不銹鋼的碳含量0.03,可用于焊接后不能進行退火和需要耐腐蝕性的用途中。

耐腐蝕性:耐腐蝕性能優于304不銹鋼,在漿和造紙的生產過程中具有良好的耐腐蝕的性能。而且316不銹鋼還耐海洋和侵蝕性工業大氣的侵蝕。

耐熱性:在1600度以下的間斷使用和在1700度以下的連續使用中,316不銹鋼具有好的耐氧化性能:在800-1575度的范圍內,不要連續作用316不銹鋼,但在該溫度范圍以外連續使用316不銹鋼時,該不銹鋼具有良好的耐熱性。316L不銹鋼的耐碳化物析出的性能比316不銹鋼較好,可用上述溫度范圍。

熱處理:在1850-2050度的溫度范圍內進行退火,然后迅速退火,然后迅速冷卻。316不銹鋼不能過熱處理進行硬化。

焊接:316不銹鋼具有良好的焊接性能??刹捎盟袠藴实暮附臃椒ㄟM行焊接。焊接時可根據用途,分別采用316Cb、316L或309Cb不銹鋼填料棒或焊條進行焊接。為獲得耐腐蝕性能,316不銹鋼鋼的焊接斷面需要進行焊后退火處理。如果使用316L不銹鋼,不需要進行焊后退火處理。

典型用途:紙漿和造紙用設備熱交換器、染色設備、膠片沖洗設備、管道、沿海區域建筑物外部用材料。

八、不銹鋼的物理性能、力學性能和耐熱性能

 不銹鋼的物理性能

不銹鋼和碳鋼的物理性能數據對比,碳鋼的密度略高于鐵素體和馬氏體型不銹鋼,而略低于奧氏體型不銹鋼;電阻率按碳鋼、鐵素體型、馬氏體型和奧氏體型不銹鋼排序遞增;線膨脹系數大小的排序也類似,奧氏體型不銹鋼高而碳鋼??;碳鋼、鐵素體型和馬氏體型不銹鋼有磁性,奧氏體型不銹鋼無磁性,但其冷加工硬化生成成氏體相變時將會產生磁性,可用熱處理方法來消除這種馬氏體組織而恢復其無磁性。

奧氏體型不銹鋼與碳鋼相比,具有下列特點:

1、高的電陰率,約為碳鋼的5倍。

2、大的線膨脹系數,比碳鋼大40%,并隨著溫度的升高,線膨脹系數的數值也相應地提高。

3、低的熱導率,約為碳鋼的1/3。

不銹鋼的力學性

不論不銹鋼板還是耐熱鋼板,奧氏體型的鋼板的綜合性能較好,既有足夠的強度,又有極好的塑性同時硬度也不高,這也是它們被廣泛采用的原因之一。奧氏體型不銹鋼同絕大多數的其它金屬材料相似,其抗拉強度、屈服強度和硬度,隨著溫度的降低而提高;塑性則隨著溫度降低而減小。其抗拉強度在溫度15~80°C范圍內增長是較為均勻的。更重要的是:隨著溫度的降低,其沖擊韌度減少緩慢,并不存在脆性轉變溫度。所以不銹鋼在低溫時能保持足夠的塑性和韌性。

不銹鋼的耐熱性能

耐熱性能是指高溫下,既有抗氧化或耐氣體介質腐蝕的性能即熱穩定性,同時在高溫時雙有足夠的強度即熱強性。

九、不銹鋼國際標準標準

標準 標準名

GB 中華人民共和國國家標準(國家技術監督局)

KS 韓國工業標準協會規格Korean Standard

AISI 美國鋼鐵協會規格America Iron and Steel Institute

SAE 美國汽車技術者協會規格Society of Automative Engineers

ASTM 美國材料試驗協會規格American Society for Testing and Material

AWS 美國焊接協會規格American Welding Society

ASME 美國機械技術者協會規格American Society of Mechanical Engineers

BS 英國標準規格British Standard

DIN 德國標準規格Deutsch Industria Normen

CAS 加拿大標準規格Canadian Standard Associatoin

API 美國石油協會規格American Petroleum Association

KR 韓國船舶協會規格Korean Resister of Shipping

NK 日本省事協會規格Hihon Kanji Koki

LR 英國船舶協會規格Llouds Register of Shipping

AB 美國艦艇協會規格American Bureau of Shipping

JIS 日本工業標準協會規格Japanese Standard

十、 不銹鋼加工及施工 、保管、運輸

Drawing深加工:易產生磨擦熱量所以使用耐壓、耐熱性高不銹鋼種同時成型加工結束后應除掉表面附著的油。

焊接:焊接之前應除掉有害于焊接的銹 、油、水份、油漆等,選定適合鋼種的焊條。點焊時間距比碳鋼點焊間距短,除掉焊渣時應使用不銹鋼刷。焊完以后,為了防止局部腐蝕或強度下降,應對表面進行研磨處理或清洗。

切斷以及沖壓:由于不銹鋼比一般材料強度高,所以沖壓以及剪切時需要更高的壓力,而刀與刀間隙準確時才能不發生切變不良和加工硬化,采用等離子或激光切斷,當不得不采用氣割或電弧切斷時,對熱影響區進行研磨以及必要進行熱處理。

折彎加工:簿板可以折彎到180,但為了減少彎面的裂紋同半徑大小2倍板厚的,厚板沿壓延方向時給2倍板厚半徑,與壓延垂直方向彎曲時給4倍板厚的半徑是有必要的,特別是在焊接時,為了防止加工開裂應對焊接區進行表面研磨。

施工以及施工注意點

為了防止施工時產生劃傷以及污染物附著,貼膜狀態下進行不銹鋼施工。但是隨著時間的延長,粘貼液的殘留按照貼膜使用期限,施工以后除掉貼膜時應進行表面洗滌,并使用專用不銹鋼工具,與一般鋼清潔公用工具時,為了不讓鐵屑粘著應進行清掃。

應注意不讓具有很強腐蝕性的磁性以及石奢清潔用藥物接觸到不銹鋼表面,若接觸時應立即進行洗滌。施工建設結束后應用中性洗滌劑以及水洗滌表面附著的水泥、粉灰等到物。保管:保管時應注意水分、灰塵、油、潤滑油等,以及表面發生銹 ,或者焊接不良耐蝕性下降。

貼膜和鋼板基體之間浸入水分時,腐蝕速度反而比沒貼膜時情況還要快。倉庫保管時應放在干凈、干燥易通風處,保持原來的包裝狀態,貼膜的不銹鋼應避免直射光線,貼膜應周期性做檢查,要是貼膜變質(貼膜壽命6個月)應立即替換,加墊紙時包裝材料若浸濕,為防止表面腐蝕應立即除掉墊紙。

運輸:運輸時為了避免表面劃傷得用橡膠或枕木,盡可能采用不銹鋼保護專用材,為避免指紋產生的表面污染,操作時應帶手套。

十一、不銹鋼為什么也生銹?

不銹鋼為什么也生銹? 當不銹鋼管表面出現褐色銹斑(點)的時候,人們大感驚奇:認為 “不銹鋼是不生銹的,生銹就不是不銹鋼了,可能是鋼質出現了問題”。 其實,這是對不銹鋼缺乏了解的一種片面的錯誤看法。不銹鋼在一定的 條件下也會生銹的。

不銹鋼具有抵抗大氣氧化的能力---即不銹性,同時也具有在含酸、堿、鹽的介質中乃腐蝕的能力---即耐蝕性。但其抗腐蝕能力的大小是 隨其鋼質本身化學組成、加互狀態、使用條件及環境介質類型而改變的。 如304鋼管,在干燥清潔的大氣中,有絕對優良的抗銹蝕能力,但將它移到海濱地區,在含有大量鹽份的海霧中,很快就會生銹了;而316鋼管則表現良好。因此,不是任何一種不銹鋼,在任何環境下都能耐腐蝕, 不生銹的。

不銹鋼是靠其表面形成的一層薄而堅固細密的穩定的富鉻氧化膜(防護膜),防止氧原子的繼續滲入、繼續氧化,而獲得抗銹蝕的能力。一旦有某種原因,這種薄膜遭到了不斷地破壞,空氣或液體中氧原 子就會不斷滲入或金屬中鐵原子不斷地析離出來,形成疏松的氧化鐵,金 屬表面也就受到不斷地銹蝕。這種表面膜受到破壞的形式很多,日常生 活中多見的有如下幾種:

1、不銹鋼表面存積著含有其他金屬元素的粉塵或異類金屬顆粒的附 著物,在潮濕的空氣中,附著物與不銹鋼間的冷凝水,將二者連成一個 微電池,引發了電化學反應,保護膜受到破壞,稱之謂電化學腐蝕。

2、不銹鋼表面粘附有機物汁液(如瓜菜、面湯、痰等),在有水氧 情況下,構成有機酸,長時間則有機酸對金屬表面的腐蝕。

3、不銹鋼表面粘附含有酸、堿、鹽類物質(如裝修墻壁的堿水、石 灰水噴濺),引起局部腐蝕。

4、在有污染的空氣中(如含有大量硫化物、氧化碳、氧化氮的大氣 ),遇冷凝水,形成硫酸、硝酸、醋酸液點,引起化學腐蝕。

以上情況均可造成不銹鋼表面防護膜的破壞引發銹蝕。所以,為確保金屬表面光亮,不被銹蝕,我們建議:

1、必須經常對裝飾不銹鋼表面進行清潔擦洗,去除附著物,消除引發修飾的外界因素。

2、海濱地區要使用316材質不銹鋼,316材質能抵抗海水腐蝕。 3.市場上有些不銹鋼管化學成分不能符合相應國家標準,達不到304 材質要求。因此也會引起生銹,這就需要用戶認真選擇有信譽廠家的產品

十二、不銹鋼為什么也會帶磁?

人們常以為磁鐵吸附不銹鋼材,驗證其優劣和真偽,不吸無磁,認為是好的,貨真價實;吸者有磁性,則認為是冒牌假貨。其實,這是一種極其片面的、不切實的錯誤的辨別方法。

不銹鋼的種類繁多,常溫下按組織結構可分為幾類:

1、奧氏體型:如304、321、316、310等;

2、馬氏體或鐵素體型:如430、420、410等;

奧氏體型是無磁或弱磁性,馬氏體或鐵素體是有磁性的。

通常用作裝飾管板的不銹鋼多數是奧氏體型的304材質,一般來講是無磁或弱磁的,但因冶煉造成化學成分波動或加工狀態不同也可能出現磁性,但這不能認為是冒牌或不合格,這是什么原因呢?

上面提到奧氏體是無磁或弱磁性,而馬氏體或鐵素體是帶磁性的,由于冶煉時成分偏析或熱處理不當,會造成奧氏體304不銹鋼中少量馬氏體或鐵素體組織。這樣,304不銹鋼中就會帶有微弱的磁性。

另外,304不銹鋼經過冷加工,組織結構也會向馬氏體轉化,冷加工變形度越大,馬氏體轉化越多,鋼的磁性也越大。如同一批號的鋼帶,生產Φ76管,無明顯磁感,生產Φ9.5管。因泠彎變形較大磁感就明顯一些,生產方矩形管因變形量比圓管大,特別是折角部分,變形更激烈磁性更明顯。

要想完全消除上述原因造成的304鋼的磁性,可通過高溫固溶處理開恢復穩定奧氏體組織,從而消去磁性。

特別要提出的是,因上面原因造成的304不銹鋼的磁性,與其他材質的不銹鋼,如430、碳鋼的磁性完全不是同一級別的,也就是說304鋼的磁性始終顯示的是弱磁性。

這就告訴我們,如果不銹鋼帶弱磁性或完全不帶磁性,應判別為304或316材質;如果與碳鋼的磁性一樣,顯示出強磁性,因判別為不是304材質。

我們建議,購買不銹鋼產品應選有信譽的廠家的產品,不要貪便宜,謹防上當。

十三、不銹鋼的有關實用知識

A、不銹鋼熱軋鋼板

不銹鋼熱軋鋼板是用熱軋工藝生產的不銹鋼鋼板。厚度不大于3mm的為薄板,厚度大于3mm的為厚板用于化工、石油、機械、船舶等行業制造耐蝕零件、容器和設備。其分類和牌號如下:

1.奧氏體型鋼

(1)1Cr17Mn6Ni15N;(2)1Cr18Mn8Ni5N;(3)1Cr18Ni9;(4)1Cr18Ni9Si3;(5)0Cr18Ni9;

(6)00Cr19Ni10;(7)0Cr19Ni9N;(8)0Cr19Ni10NbN;(9)00Cr18Ni10N;(10)1Cr18Ni12;

(11) 0Cr23Ni13;(12)0Cr25Ni20;(13) 0Cr17Ni12Mo2;(14) 00Cr17Ni14Mo2;

(15) 0Cr17Ni12Mo2N;(16) 00Cr17Ni13Mo2N;(17) 1Cr18Ni12Mo2Ti;(18) 0Cr18Ni12Mo2Ti;

(19) 1Cr18Ni12Mo3Ti;(20) 0Cr18Ni12Mo3Ti;(21) 0Cr18Ni12Mo2Cu2;

(22) 00Cr18Ni14Mo2Cu2;(23) 0Cr19Ni13Mo3;(24) 00Cr19Ni13Mo3;(25) 0Cr18Ni16Mo5;

(26) 1Cr18Ni9Ti;(27) 0Cr18Ni10Ti;(28) 0Cr18Ni11Nb;(29) 0Cr18Ni13Si4

2.奧氏體——鐵素體型鋼

(30)0Cr26Ni5Mo2;(31)00Cr18Ni5Mo3Si2;

3.鐵素體型鋼

(32)0Cr13Al;(33) 00Cr12;(34)1Cr15;(35)1Cr17;(36)1Cr17Mo;(37)00Cr17Mo;

(38)00Cr18Mo2;(39)00Cr30Mo2;(40)00Cr27Mo

4.馬氏體型鋼

(41)1Cr12;(42)0Cr13;(43);1Cr13;(44)2Cr13;(45)3Cr13;(46)4Cr13;

(47)3Cr16;(48)7Cr17

5.沉淀硬化型鋼

(49)0Cr17Ni7Al

 B、不銹鋼冷軋鋼板

不銹鋼冷軋鋼板是用冷軋工藝生產的不銹鋼鋼板,厚度不大于3mm的為薄板, 厚度大于3mm的為厚板。用于制作耐腐蝕部件,石油、化工的管道、容器、醫療器械、船舶設備等,其分類和牌號如下:

1、奧氏體型鋼

除與熱軋部分相同外(29種),還有:(1)2Cr13Mn9Ni4(2)1Cr17Ni7(3) 1Cr17Ni8  

2.奧氏體——鐵素體型鋼

除與熱軋部分相同外(2種),還有:(1)1Cr18Ni11Si4AlTi(2) 1Cr21Ni5Ti

3.鐵素體型鋼

除與熱軋部分相同外(9種),還有:00Cr17

4.馬氏體型鋼

除與熱軋部分相同外(8種),還有1Cr17Ni2

5.沉淀硬化型鋼:同熱軋部分

C、鐵素體、奧氏體、馬氏體簡介

大家知道固態金屬及合金都是晶體,即在其內部原子是按一定規律排列的,排列的方式一般有三種即:體心立方晶格結構、面心立方晶格結構和密排六方晶格結構。金屬是由多晶體組成的,它的多晶體結構是在金屬結晶過程中形成的。組成鐵碳合金的鐵具有兩種晶格結構:910℃以下為具有體心立方晶格結構的α——鐵, 910℃以上為具有面心立方晶格結構的Υ——鐵。如果碳原子擠到鐵的晶格中去,而又不破壞鐵所具有的晶格結構,這樣的物質稱為固溶體。碳溶解到α——鐵中形成的固溶體稱鐵素體,它的溶碳能力極低,溶解度不超過0.02%。而碳溶解到Υ——鐵中形成的固溶體則稱奧氏體,它的溶碳能力較高,高可達2%。奧氏體是鐵碳合金的高溫相。鋼在高溫時所形成的奧氏體,過冷到727℃以下時變成不穩定的過冷奧氏體。如以極大的冷卻速度過冷到230℃以下,這時奧氏體中的碳原子已無擴散的可能,奧氏體將直接轉變成一種含碳過飽和的α固溶體,稱為馬氏體。由于含碳量過飽和,引起馬氏體強度和硬度提高、塑性降低,脆性增大。不銹鋼的耐蝕性主要來源于鉻。實驗證明,只有含鉻量超過12%時鋼的耐蝕性能才會大大提高,因此,不銹鋼中的含鉻量一般均不低于12%。由于含鉻量的提高,對鋼的組織也有很大影響,當鉻含量高而碳含量很少時,鉻會使鐵碳平衡,圖上的Υ相區縮小,甚至消失,這種不銹鋼為鐵素體

組織結構,加熱時不發生相變,稱為鐵素體型不銹鋼。當含鉻量較低(但高于12%),碳含量較高,合金在從高溫冷卻時,極易形成馬氏體,故稱這類鋼為馬氏體型不銹鋼。鎳可以擴展Υ相區,使鋼材具有奧氏體組織。如果鎳含量足夠多,使鋼在室溫下也具有奧氏體組織結構,則稱這種鋼為奧氏體型不銹鋼。

D、不銹鋼在各領域的應用

1、1960年——1999年約40年間,西方國家的不銹鋼產量從215萬噸猛增到1728萬噸,增加了約8倍,平均年增長率約為5.5%。不銹鋼主要用于廚房、家電、運輸、建筑、土木各領域。在廚房器具方面主要有水洗槽和電氣、煤氣熱水器,家電產品主要有全自動洗衣機的滾筒。從節能和再循環等環保的觀點看,不銹鋼的需求有望進一步擴大。在運輸領域主要有鐵道車輛和汽車的排氣系統,用于排氣系統的不銹鋼在每輛車中約為20-30kg,全世界的年需求約100萬噸,這是不銹鋼應用領域。在建筑領域,需求急劇增長,如:新加坡地鐵車站的防護裝置,使用了約5000噸的不銹鋼外裝飾材。再如日本1980年以后,用于建筑業的不銹鋼增長了約4倍,主要用作屋頂、大樓內外裝飾和結構材。80年代,在日本沿海地區使用304型無涂漆材作為屋頂材料,從防銹考慮,逐步轉變為使用涂漆不銹鋼。進入90年代,開發了具有高耐蝕性的20%以上高Cr鐵素體系不銹鋼,被用作屋頂材料,同時為了美觀性,開發了各種表面精加工技術。在土木領域,日本的水壩吸水塔使用不銹鋼。歐美的寒冷地區,為防止高速公路和橋梁的凍結需撒鹽,這就加速了鋼筋的腐蝕,所以使用不銹鋼鋼筋。在北美的道路中,近3年間約有40處采用了不銹鋼鋼筋,每處的使用量為200-1000噸,今后不銹鋼在該領域的市場將有所作為。

2、今后擴大不銹鋼應用的關鍵是環保、長壽命和IT的普及。

關于環保方面,首先從大氣環保的觀點看,用于抑制二惡英發生的高溫垃圾焚燒裝置、LNG發電裝置和使用煤的高效發電裝置的耐熱、耐高溫腐蝕不銹鋼的需求將擴大。還有估計在21世紀初將投入實際應用的燃料電池汽車的電池殼也將使用不銹鋼。從水質環保的觀點看,在給水、排水處理裝置中,具有優異耐蝕性的不銹鋼也將擴大需求。關于長壽命,在歐洲已有的橋梁、高速公路、隧道等設施中,不銹鋼的應用在增加,預計這種潮流將遍及全世界。還有日本一般住宅建筑的壽命特別短為20-30年,廢材處理成為一大問題。近以壽命達到100年為目標的建筑物開始出現,這樣具有優異耐久性的材料需求將增長。從地球環保的觀點看,長壽命在減少土木、建筑廢材的同時,有必要從引入新概念的設計階段探討如何降低維修成本。關于 IT的普及,在IT的發展和普及過程中,功能材料在設備硬件方面起很大的作用,對高精密度、高功能材料的要求非常大。如:在手機和微機部件中,靈活應用了不銹鋼的高強度、彈性和非磁性等特性,使得不銹鋼的應用擴大。還有在半導體和各種基板的制造設備中,具有良好清潔度和耐久性的不銹鋼發揮了重要作用。不銹鋼具有多種其它金屬沒有的優異性能,是一種具有優異耐久性和再循環性的材料,今后對應時代的變化,不銹鋼將廣泛應用于各種領域。

十四、我國不銹鋼管制造業的發展

隨著我國經濟建設的快速發展,不銹鋼的消費量不斷增加,其中不銹鋼管的需求量同樣日趨擴大,市場前景看好。然而,目前國產不銹鋼管在品種、規格、數量、質量等方面與市場需求有一定差距。品種方面,國產不銹鋼無縫鋼管仍然以國外淘汰的1Gr18Ni9Ti為主,國產的尿素級、高精度不銹鋼質量還很難保證;電站鍋爐的熱交換器管、化肥裝置用尿素管等主要依靠進口;具有良好耐腐蝕性能的雙相不銹鋼管,國內生產很少。產品規格方面,大口徑、高要求的不銹鋼管及超長管等,缺口較大;一般用途的中小口徑不銹鋼管的生產能力大于市場需求。產品數量方面,較高標準的工業用焊管,尤其是高要求的工業用管基本是空白,普通不銹鋼管的產量與市場總體需求平衡,普通無縫管的生產能力過剩,中、低檔次標準的不銹鋼裝飾焊管市場供大于求。

近十年來,隨著應用領域的迅速擴展,國內對不同材質、不同規格、不同品種、不同用途的不銹鋼管需求猛增;加上不銹鋼管高附加值的吸引,生產不銹鋼管材的企業從80年代時的十幾家發展到目前的400多家,綜合生產加工能力超過100萬噸,實際產量從1989年的5萬噸增加到1999年的39萬噸;產量達5000噸水平的企業很少,多數是年產1000噸以下的小廠。鋼種從單一的奧氏體發展到馬氏體和鐵素體雙相鋼、高合金鋼;產品品種有無縫鋼管包括冷拉管、冷軋管、熱擠壓管、離心鑄造管、旋壓管;焊接管包括:等離子焊、氬弧焊、埋弧焊、光速焊接和高頻焊接等焊管,所能生產的不銹鋼管基本上覆蓋了世界各國標準的品種規格,不銹鋼異型管的規格、品種也達百種以上,產品用途涉及工業及民用等眾多領域。世界上一些發達國家不銹鋼焊管的產量占整個不銹鋼管總產量的65%~75%。我國不銹鋼焊管的產能與國內市場需求不相適應,預測21世紀,國內市場年需求不銹鋼焊管至少在6萬噸,需進口產品彌補。

國內不銹鋼焊管生產主要采用連續成型機組和UOE方法生產。焊接方法都是采用惰性氣體保護焊、連續成型機組,在生產薄壁鋼管的工藝中一般配置單槍焊接,鋼管壁厚在2-3.2毫米的工業用管生產也有3-4槍焊接,還要一槍等離子加三槍氬弧焊等焊接方法。由于高能量的等離子的深熔能力強。在壁厚小于6毫米的鋼管、一直采用等離子焊、單面焊接雙面成型。UOE方法主要是生產大管徑、厚壁不銹鋼管、一般采用等離子焊十氬弧焊?,F在,國內可以生產工業用高質量的不銹鋼焊管、鋼管內外表面的焊道進行平滑處理。使焊縫與母材本體有相同的性能。為了保證工業用管的質量,先進的焊縫跟蹤、焊后精軋等先進技術已得到采用。目前,國內生產的不銹鋼管一般仍采用離線處理的方法。進行不銹鋼管熱處理的熱處理爐多數是燃煤氣、連續輥底爐,此外還有一座電加熱連續輥底爐、三座燃油連續輥底爐、兩座箱式爐。目前,先進的在線熱處理也得到應用,國內已有5條連續生產線在使用。馬弗管式光亮處理爐、輥底式保護氣氛光亮熱處理爐也得到采用。目前,國內無縫鋼管的管坯,主要產于上鋼五廠、太鋼、大冶、撫順、西寧、南通、豐業等廠,也有一些地區生產管坯采用回爐料經中頻爐熔化廢鋼生產。

國內工業用焊管的鋼板主要產地是太鋼、張家港浦項、寧波寶新、上鋼三廠,也采用部分進口原料。建筑裝飾的景觀材料有進口薄帶鋼作為生產原料,也有熱軋窄帶經冷軋來生產的原料,還有中頻爐生產鑄坯,經鍛軋生產窄熱軋帶,再經冷軋生產的窄帶。目前,國內生產的不銹鋼無縫管質量參差不齊。

經統計分析和概率分析,在去年生產的7萬噸中,有25%能夠可靠的應用在石油、化工、化肥、鍋爐和航天、核電等行業。60%左右可以應用在食品、釀造、醫藥、造紙、印染、城市環保等行業。還有20%左右為不合格品或可以利用品,存在的主要問題是鋼管化學成份超出允許偏差;鋼的純凈度不夠,含雜質超標,造成晶粒度不合格;不能按熱處理制度生產,造成晶間腐蝕不合格;內外表面缺陷嚴重,重皮、夾渣、內折未去除,嚴重偏壁等。工業用焊管的缺陷較少;大中徑工業管存在圓度和直度不盡人意;裝飾用焊管存在成分超差、管徑及管壁超負差等嚴重問題。

目前,我國化肥工業每年缺口3000萬噸。據悉,國家有關部門擬投資50億元,新建10套大型化肥廠。據了解,僅一套52萬噸尿素和30萬噸合成氨大型尿素裝置所需的工藝管線、熱交換器管、"尿素級"專用管、雙相不銹鋼管以及各類其它鋼管共計2018.5噸。

石化工業的發展對不銹鋼管的需求量也很大,一套聚烯苯酚裝置檢修更換所需的不銹鋼管為99.1噸,其中Φ108-630mm大口徑不銹鋼無縫管占53.79%。預計到2005年,乙烯當量需求約為1500萬噸,五大合成樹脂需求量為2500萬~2700萬噸,醋酸、醋酸乙烯、順酐、環氧乙烷、苯酚、丙酮、苯酐等14種主要有機原料需求量將達到560萬噸左右。

本世紀初,我國的發電裝機容量將達到2.6億-3.0億千瓦,要建成核電500萬千瓦,在建500萬千瓦,并將陸續建成10座60萬千瓦的核電站。一臺60萬千瓦的鍋爐用各種規格鋼管455噸。每座60萬千瓦的核電站需用蒸發器"U"形傳熱管100噸。此外,還有大量的堆內構件用不銹鋼精密管和控制棒、核燃料包套管等。本世紀實共需要各種核用管約6000多噸。在鍋爐管中不銹鋼超長管等完全依靠進口,如,Φ16mm×2.11-2.05mm,長度為22-24m和Φ16mm×1.2-3.0mm,長度為12.5-18.0m的年需求量均為7000噸。

汽車工業對不銹鋼管的需求也不少。據測算,僅中美合資生產的BUICK轎車和上海大眾的桑塔納B5型豪華轎車年消耗不銹鋼管五六千噸。航空航天工業年需要精密不銹鋼管和高溫全金管200噸。

電子、儀表、冶金等行業每年所需的不銹鋼管為5000噸左右。飲料、酒類、食品、紡織、印染等輕工業及醫療醫藥行業,用于設備制造和維修等,年消耗不銹鋼管20000噸以上。

不銹鋼管道及其輸水設備,是當今世界先進的基礎性凈水材料,一些城市在水和煤氣等流體輸送方面也開始采用不銹鋼管。武漢市投入巨資,廣泛采用不銹鋼管道和設備,對13座水廠的主要凈水管道和集水箱等進行了更新改造,還將在盡可能短的時間內,在新建高層住宅和寫字樓里,采用不銹鋼管道供水。寧波、大慶等地部分居民的供水管道,也已開始采用不銹鋼管道。未來的民用領域將是不銹鋼管的一個巨大市場。

業內人士認為,不銹鋼管行業的無序發展和競爭有必要受到重視和規范,從生產到銷售各企業應該自律,使我國的不銹鋼管制造業能夠健康、蓬勃地發展.


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