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不锈钢1.1不锈钢的定义及特性5 L4 n( v0 ?- V6 w& p
定义:在空气中或化学腐蚀介质中能够抵抗腐蚀的一种高合金钢,具有美观的表面和良好的耐腐蚀性能,不必经过镀色等表面处理,而发挥其固有的表面性能,使用于多方面的钢铁的一种,通常称为不锈钢(以不锈、耐蚀性为主要特性,且铬含量至少为10.5%,碳含量最大不超过1.2%的钢)。
+ ~; U# }6 O& e, t k) b6 g不锈钢含有铬而使表面形成很薄的铬膜,这个膜隔离开与钢内侵入的氧气起耐腐蚀的作用。保持不锈钢的耐腐蚀性,钢必须含有10.5%的铬。 W1 _7 G5 W5 m) e, p
特性:耐腐蚀性能好,比普通钢长久耐用4 k S4 h8 W# b' E
强度高
3 B- T6 E+ d" g/ e3 X$ o耐高温氧化及强度高,因此能够抗火灾8 s8 E8 U6 `% f- B& _$ Z
常温加工,即容易塑性加工
$ _# K8 B/ S' Q6 y/ l2 o% {/ y不必表面处理,简便、维护简单- I& f" ~1 w+ s6 u$ X1 P
清洁,光洁度高9 Z8 x% _9 o3 g8 m8 u
焊接性能好; }# q. J" M7 P- X- g
1.2不锈钢的分类
! r# t0 P$ N2 |- M5 Y' o不锈钢的分类方法很多。按室温下的组织结构分类,有马氏体型、奥氏体型、铁素体和双相不锈钢;按主要化学成分分类,基本上可分为铬不锈钢和铬镍不锈钢两大系统;按用途分则有耐硝酸不锈钢、耐硫酸不锈钢、耐海水不锈钢等等, 按耐蚀类型分可分为耐点蚀不锈钢、耐应力腐蚀不锈钢、耐晶间腐蚀不锈钢等;按功能特点分类又可分为无磁不锈钢、易切削不锈钢、低温不锈钢、高强度不锈钢等 等。4 j- W2 j: x; g( K
a.化学成分分类:
( K4 O, G; m- ?Cr系列:铁素体系列、马氏体系列; 2 A+ F* h9 r) i4 d0 r
Cr-Ni系列:奥氏体系列,异常系列,析出硬化系列。 8 B. @+ P. v L4 Q) O) R; S
b.金相组织分类:
2 ]" G, r/ C5 H奥氏体不锈钢
( v$ t3 b, m& h( R6 I铁素体不锈钢+ b; j1 {6 q( Z9 T, K4 R) S
马氏体不锈钢
$ j6 o5 G' C6 ]: Y4 @双相不锈钢
8 I2 o/ [9 w+ E9 O; Z5 k. g& p, A! U沉淀硬化不锈钢
" X+ W) Y3 E# K8 E) T1.3 各元素对不锈钢性质的影响和作用. Y& u+ b1 l( m) g7 f6 o1 @; T
铬元素Cr:在不锈钢中其决定作用的元素。可提高不锈钢强度、硬度、耐磨性、抗氧化性和耐腐蚀性,但同时会降低不锈钢的塑性和韧性。) M) P. X( v3 r9 z0 N9 s
碳元素C:提高不锈钢强度,会降低耐腐蚀性。' j; j7 N) _" S# X! V' H
镍元素Ni:耐腐蚀材料,提高不锈钢强度同时保持良好的塑性及韧性,高温下有防锈和耐热能力,是钢中组成奥氏体的元素。8 x! d4 Y4 B) v, }& A7 |# v
锰Mn和氮N:不锈钢中镍的替代元素。" N3 e% U3 k) a+ o' x0 k& [, ~! p, M
钼Mo和铜Cu:提高某些不锈钢的耐腐蚀性能。钼可进一步改善不锈钢的大气耐腐蚀性,特别是含氯化物大气的腐蚀。7 I j$ a% e4 i( z3 n8 L! L' Y% J
钛Ti和铌Nb:防止晶间腐蚀。3 P6 }9 r: a3 z& o s" R, m2 s3 Z) H
另外:硅Si:形成铁素体的元素,在一般不锈钢中为常存杂质元素。
& }' w4 t1 T, E& v- m# s. ^ w& X 钴Co:提高硬度。2 B4 t8 s- ]1 r& I+ V* d8 X, h
硫S和硒Se:向不锈钢中加0.2~0.4%的硫,可提高不锈钢的切削性能。却降低不锈钢的韧性和耐腐蚀性。& H* L! V: A/ S! i& E
1.4不锈钢的标示方法' \% h, m5 S% V! y
A.用国际化学元素符号和本国的符号来表示化学成份,用阿拉伯字母来表示成份含量: 如:中国、俄国 12CrNi3A;# @, b# K7 `- Z4 ] |; ^* [
B.固定位数数字来表示钢类系列或数字;如:美国、日本:300系、400系、200系;
4 J6 @$ p5 _) k# TC.用拉丁字母和顺序组成序号,只表示用途。
8 s" s; p7 @4 R# c. E6 O3 @a.中国国标表示方法:2 Z9 D! s+ _+ I# X- X8 C, j5 K- a
根据GB/T《钢铁产品牌号表示方法》的规定,采用汉语拼音字母、化学元素符号及阿拉伯数字组合的方式表示。 碳含量:一般在牌号的头部用一位阿拉伯数字表示平均碳含量(以千分之几计);平均碳含量小于千分之一的用“0”表示;碳含量不大于0.03%的用“00”表示。 合金元素含量:平均合金元素含量小于1.50%时,牌号中仅标明元素,一般不标明含量;平均合金元素含量为1.5%-2.49%、2.50%-3.49%.....22.50%-23.49%,....时,相应地标明2、3.....13...。 专门用途的不锈钢,在牌号头部加上代表该钢用途的代号。 举例:0Cr18Ni9、Y1Cr17(易切钢)。 , U& R8 V" v1 U. S3 L
b.美国(ASTM)不锈钢牌号表示方法:# w. {) Q6 ^: z
美国钢铁牌号表示方法较多,不锈钢普遍采用AISI牌号表示方法。目前,ASTM不锈钢标准主要采用UNS(Unifid Numbering System for Metals and Alloys金属与合金统一编号系统)和AISI两种牌号表示方法,在标准中对照列出,今后将逐步过渡为UNS牌号系列。3 L% P4 A" M! m' Z
AISI:采用三位阿拉伯数字表示。第一位数字表示类别,第二、三位数字表示顺序号。
+ }2 Y, x* [1 A! Q第一位数字类别: 2:Cr-Ni-Mn系; 3:Cr-Ni系;4:Cr系;5:低Cr系;(6:沉淀硬化系) 举例:201、304、403、504。 UNS:由一个前缀字母和5个阿拉伯数字组合表示。不锈钢前缀字母为S,第一位数字表示类别,后四位数字表示顺序号。并且除表示类别的数字1以外,前三位数字代表基本上采用了AISI的牌号表示方法。 第一位数字类别: 1:沉淀硬化系; 2:Cr-Ni-Mn系; 3:Cr-Ni系; 4:Cr系; 5:低Cr系。 后两位数字一般为“00”,“03”表示超低碳,其他数字则用来表示主要化学成分相同而个别成分稍有差异,或含有其他特殊合金元素。 举例:S20100、S30400、S30403、530451。
. c! a4 S* O5 n( v/ K% Bc.日本(JIS)不锈钢牌号表示方法:! N% D1 o/ D& U1 L
日本JIS不锈钢材标准的牌号表示方法为SUS+数字编号。
1 Z: s% G8 v7 q X其中,S:steel,U:use,S:stainless;数字编号基本采用美国AISI的牌号表示方法。 根据AISI的牌号表示方法,即 2:Cr-Ni-Mn系; 3:Cr-Ni系; 4:Cr系 (6:沉淀硬化系) 日本独特的牌号,采用相类似的AISI牌号在其后加JI、J2来表示。 举例:SUS 201、SUS 304、SUS304J1. 按照钢材的形状、用途和制造方法等,当需要用代号表示时,在牌号后面加上相应的代号,如: B:棒材;CB:冷加工棒材;HP:热轧钢板;CP:冷轧钢板;HS:热轧钢带;CS:冷轧钢带;CSP:弹簧用钢带;WR:线材;Y:焊接用线材; W:钢丝;WP:弹簧用钢丝;WS:冷镦用钢丝;HA:热轧角钢;CA:冷轧角钢;TB:锅炉及热交换器用钢管;TPY:配管用电焊大口径钢管;TP:配 管用钢管;TPD:一般配管用钢管。 举例:SUS304-B、SUS304-WR、SUS304-HP。
! b& \* e! M4 E4 d7 K' x* v1.5 各标准不锈钢的特性
. Y6 _& v5 }; w7 o( e7 Z- d奥氏体不锈钢 . ]! b- P' o+ n% O% `
在常温下具有奥氏体组织的不锈钢。钢中含Cr约18%、Ni 8%~10%、C约0.1%时,具有稳定的奥氏体组织。奥氏体铬镍不锈钢包括著名的18Cr-8Ni钢和在此基础上增加Cr、Ni含量并加入Mo、Cu、Si、Nb、Ti等元素发展起来的高Cr-Ni系列钢。奥氏体不锈钢无磁性而且具有高韧性和塑性,但强度较低,不可能通过相变使之强化,仅能通过冷加工进行强化。如加入S,Ca,Se,Te等元素,则具有良好的易切削性。此类钢除耐氧化性酸介质腐蚀外,如果含有Mo、Cu等元素还能耐硫酸、磷酸以及甲酸、醋酸、尿素等的腐蚀。此类钢中的含碳量若低于0.03%或含Ti、Ni,就可显著提高其耐晶间腐蚀性能。高硅的奥氏体不锈钢浓硝酸肯有良好的耐蚀性。由于奥氏体不锈钢具有全面的和良好的综合性能,在各行各业中获得了广泛的应用。1 h) i! g/ [* f9 J. ?, C+ y4 u
铁素体不锈钢
7 ?) H- ^1 ], j在使用状态下以铁素体组织为主的不锈钢。含铬量在11%~30%,具有体心立方晶体结构。这类钢一般不含镍,有时还含有少量的Mo、Ti、Nb等到元素,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。炉外精炼技术(AOD或VOD)的应用可使碳、氮等间隙元素大大降低,因此使这类钢获得广泛应用。6 @- o0 t- ?2 I+ ~( P. L
奥氏体--铁素体双相不锈钢
; u% b, Y; \# f( x8 [: Y是奥氏体和铁素体组织各约占一半的不锈钢。在含C较低的情况下,Cr含量在18%~28%,Ni含量在3%~10%。有些钢还含有Mo、Cu、Si、Nb、Ti,N等合金元素。该类钢兼有奥氏体和铁素体不锈钢的特点,与铁素体相比,塑性、韧性更高,无室温脆性,耐晶间腐蚀性能和焊接性能均显著提高,同时还保持有铁素体不锈钢的475℃脆性以及导热系数高,具有超塑性等特点。与奥氏体不锈钢相比,强度高且耐晶间腐蚀和耐氯化物应力腐蚀有明显提高。双相不锈钢具有优良的耐孔蚀性能,也是一种节镍不锈钢。0 {3 f9 _$ O# I$ u. x& j& x! Z3 M
马氏体不锈钢
; b/ R7 W2 B! Y1 {7 F通过热处理可以调整其力学性能的不锈钢,通俗地说,是一类可硬化的不锈钢。典型牌号为Cr13型,如2Cr13,3Cr13,4Cr13等。粹火后硬度较高,不同回火温度具有不同强韧性组合,主要用于蒸汽轮机叶片、餐具、外科手术器械。根据化学成分的差异,马氏体不锈钢可分为马氏体铬钢和马氏体铬镍钢两类。根据组织和强化机理的不同,还可分为马氏体不锈钢、马氏体和半奥氏体(或半马氏体)沉淀硬化不锈钢以及马氏体时效不锈钢等。; d+ J* A8 A4 u
沉淀硬化不锈钢:
; C6 D! n* k6 I: h/ ` [% B按其组织形态可分为三类:沉淀硬化半奥氏体型、沉淀硬化马氏体型和沉淀硬化奥氏体型不锈钢。列入我国国家标准钢板牌号的有0Cr17Ni7A、0Cr17Ni4Cu4Nb和0Cr15Ni7M02Al三种,是属于沉淀硬化半奥氏体型不锈钢。该钢的组织特点是在固溶或退火状态时具有奥氏体加体积分数为5%~20%的铁素体组织。这种钢经过系列的热处理或机械变形处理后奥氏体转变为马氏体,再通过时效析出硬化达到所需要的高强度。这种钢有很好的成形性能和良好的焊接性,可作为超高强度的材料在核工业、航空和航天工业中,得到应用 |
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