不銹鋼知識系列講

1、不銹鋼知識系列講第1頁，共33頁，2022年，5月20日，0點55分，星期日 第一講 不銹鋼定義（系列1） 第2頁，共33頁，2022年，5月20日，0點55分，星期日 在空氣中或化學(xué)腐蝕介質(zhì)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(jīng)過鍍色等表面處理，而發(fā)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(xué)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(nèi)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 第3頁，共33頁，2022年，5月

2、20日，0點55分，星期日不銹鋼種類： 不銹鋼可以按用途、化學(xué)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(fā)各種用途的鋼種。 以化學(xué)成分分類： CR系列：鐵素體系列、馬氏體系列 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： 奧氏體不銹鋼 鐵素體不銹鋼 馬氏體不銹鋼 雙相不銹鋼 沉淀硬化不銹鋼 第4頁，共33頁，2022年，5月20日，0點55分，星期日不銹鋼知識（系列2）不銹鋼的標識方法 鋼的編號和表示方法 第5頁，共33頁，2022年，5月20日，0點55分，星期日 用國際化學(xué)元素符號和本國的符號來表示化

3、學(xué)成份，用阿拉伯字母來表示成份含量： 如：中國、俄國 12CrNi3A 用固定位數(shù)數(shù)字來表示鋼類系列或數(shù)字；如：美國、日本、300系、400系、200系； 用拉丁字母和順序組成序號，只表示用途。 不銹鋼的標識方法 鋼的編號和表示方法 第6頁，共33頁，2022年，5月20日，0點55分，星期日我國的編號規(guī)則 采用元素符號 用途、漢語拼音，平爐鋼：P、 沸騰鋼：F、 鎮(zhèn)靜鋼：B、甲類鋼：A、T8：特8、 GCr15：滾珠 合結(jié)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

4、 C0.08% 如0Cr18Ni9,超低碳C0.03% 如0Cr17Ni13Mo 第7頁，共33頁，2022年，5月20日，0點55分，星期日 國際不銹鋼標示方法 美國鋼鐵學(xué)會是用三位數(shù)字來標示各種標準級的可鍛不銹鋼的。其中： 奧氏體型不銹鋼用200和300系列的數(shù)字標示， 鐵素體和馬氏體型不銹鋼用400系列的數(shù)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， 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）， 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專利名稱或商標命名。

5、 第8頁，共33頁，2022年，5月20日，0點55分，星期日標準的分類和分級 4-1分級： 國家標準GB 行業(yè)標準YB 地方標準 企業(yè)標準Q/CB 4-2 分類： 產(chǎn)品標準 包裝標準 方法標準 基礎(chǔ)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(nèi)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） GB4239-9

6、1 不銹冷帶（I級） 第9頁，共33頁，2022年，5月20日，0點55分，星期日不銹鋼知識（系列3）不銹鋼專業(yè)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(zhì)中和硝酸等氧化性介質(zhì)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(fā)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(jié)構(gòu)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(xué)成分分類，基本上可分為鉻

7、不銹鋼和鉻鎳不銹鋼兩大系統(tǒng)；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(yīng)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(yōu)異的耐蝕性、成型性、相容性以及在很寬溫度范圍內(nèi)的強韌性等系列特點，所以在重工業(yè)、輕工業(yè)、生活用品行業(yè)以及建筑裝飾等行業(yè)中獲取得廣泛的應(yīng)用。 第10頁，共33頁，2022年，5月20日，0點55分，星期日奧氏體不銹鋼 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(wěn)定的奧氏體組織。奧氏體鉻鎳不銹鋼包括著名

8、的18Cr-8Ni鋼和在此基礎(chǔ)上增加Cr、Ni含量并加入Mo、Cu、Si、Nb、Ti等元素發(fā)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(zhì)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(yè)中獲得了廣泛的應(yīng)用。 第11頁，共33頁，2022

9、年，5月20日，0點55分，星期日鐵素體不銹鋼 在使用狀態(tài)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(jié)構(gòu)。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(dǎo)熱系數(shù)大，膨脹系數(shù)小、抗氧化性好、抗應(yīng)力腐蝕優(yōu)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(yīng)用。爐外精煉技術(shù)（AOD或VOD）的應(yīng)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(yīng)用。 第12頁，共33頁，2022年，5月20日，0點55分，星期日奧氏體-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。

10、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(dǎo)熱系數(shù)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(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。 第13頁，共33頁，2022年，5月20日，0點55分，星期日馬氏體不銹鋼 通過熱處理可以調(diào)整其力學(xué)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

11、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(shù)器械。根據(jù)化學(xué)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(jù)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。 第14頁，共33頁，2022年，5月20日，0點55分，星期日不銹鋼知識（系列4）第15頁，共33頁，2022年，5月20日，0點55分，星期日不銹鋼的性能與組織 目前已知的化學(xué)元素有100多種，在工業(yè)中常用的鋼鐵材料中可以遇到的化學(xué)元素約二十多種。對于人們在與腐蝕現(xiàn)象作長期斗爭的

12、實踐而形成的不銹鋼這一特殊鋼系列來說，最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最大的元素是：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(xué)元素周期表中位于過渡族的元素。 第16頁，共33頁，2022年，5月20日，0點55分，星期日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(shù)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(nèi)部的矛盾運動向有利于抵抗腐

13、蝕破壞的方面發(fā)展。這種變化可以從以下方面得到說明： 鉻使鐵基固溶體的電極電位提高 鉻吸收鐵的電子使鐵鈍化 鈍化是由于陽極反應(yīng)被阻止而引起金屬與合金耐腐蝕性能被提高的現(xiàn)象。構(gòu)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。 第17頁，共33頁，2022年，5月20日，0點55分，星期日 碳在不銹鋼中的兩重性 碳是工業(yè)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(xiàn)在兩方面，一方面碳是穩(wěn)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(fù)雜的碳

14、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(guī)律，我們就可以從不同的使用要求出發(fā)，選擇不同含碳量的不銹鋼。 第18頁，共33頁，2022年，5月20日，0點55分，星期日舉例例如工業(yè)中應(yīng)用最廣泛的，也是最起碼的不銹鋼0Crl34Cr13這五個鋼號的標準含鉻量規(guī)定為1214，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(jié)合成碳化鉻以后，固溶體中的含鉻量不致低于11.7這一最低限度的含鉻量。 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(qū)別的，0Cr132Crl3鋼的耐腐蝕性較好但強度低于3Crl3和4Cr13鋼，

15、多用于制造結(jié)構(gòu)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188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?shù)靥岣吆t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(yè)上用作軸承、量具與刃具有不銹鋼9Cr18和9Cr17MoVCo鋼，含碳量雖高達0.850.95，由于它們的含鉻量也相應(yīng)地提高了，所以仍保證了耐腐蝕的要求。 總的來講，目前工業(yè)中獲得應(yīng)用的不銹鋼的含碳量都是比較低的，大多數(shù)

16、不銹鋼的含碳量在0.10.4之間，耐酸鋼則以含碳0.10.2的居多。含碳量大于0.4的不銹鋼僅占鋼號總數(shù)的一小部分，這是因為在大多數(shù)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。 第19頁，共33頁，2022年，5月20日，0點55分，星期日 鎳在不銹鋼中的作用是在與鉻配合后才發(fā)揮出來的 鎳是優(yōu)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(zhì)中的耐腐蝕性能顯著改變。所以鎳不能單獨構(gòu)成不銹鋼。但是鎳與鉻同時存在于不銹鋼中時，含鎳的不

17、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(fā)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 第20頁，共33頁，2022年，5月20日，0點55分，星期日錳和氮可以代替鉻鎳不銹鋼中鎳 鉻鎳奧氏體鋼的優(yōu)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(fā)展與應(yīng)用，以及化學(xué)工業(yè)日益發(fā)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(shù)地區(qū)，因此在世界范圍內(nèi)出現(xiàn)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(lǐng)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(jié)鎳和以

18、其他元素代鎳的科學(xué)研究與生產(chǎn)實踐，在這方面研究和應(yīng)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(wěn)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104%變化，也不使鋼在空氣與酸中的耐腐蝕性能發(fā)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(yè)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

19、為不銹鋼使用。 錳在鋼中穩(wěn)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(wěn)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(yè)中獲得應(yīng)用，有的已成功地代替了經(jīng)典的18-8鉻鎳不銹鋼 第21頁，共33頁，2022年，5月20日，0點55分，星期日不銹鋼中加鈦或鈮是為了防止晶間腐蝕。 鉬和銅可以提高某些不銹鋼的耐腐蝕性能。 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(zhì)元素，如硅、硫、磷等也有的是

20、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(zhì)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(fā)生影響。 第22頁，共33頁，2022年，5月20日，0點55分，星期日不銹鋼知識（系列6）第23頁，共33頁，2022年，5月20日，0點55分，星期日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(shù)監(jiān)督局） KS 韓國工業(yè)標準協(xié)會規(guī)格Korean Standard AISI 美國鋼鐵協(xié)會規(guī)格America Iron and Steel Institute SAE

21、美國汽車技術(shù)者協(xié)會規(guī)格Society of Automative Engineers ASTM 美國材料試驗協(xié)會規(guī)格American Society for Testing and Material AWS 美國焊接協(xié)會規(guī)格American Welding Society ASME 美國機械技術(shù)者協(xié)會規(guī)格American Society of Mechanical Engineers BS 英國標準規(guī)格British Standard DIN 德國標準規(guī)格Deutsch Industria Normen CAS 加拿大標準規(guī)格Canadian Standard Associatoin API

22、美國石油協(xié)會規(guī)格American Petroleum Association KR 韓國船舶協(xié)會規(guī)格Korean Resister of Shipping NK 日本省事協(xié)會規(guī)格Hihon Kanji Koki LR 英國船舶協(xié)會規(guī)格Llouds Register of Shipping AB 美國艦艇協(xié)會規(guī)格American Bureau of Shipping JIS 日本工業(yè)標準協(xié)會規(guī)格Japanese Standard 第24頁，共33頁，2022年，5月20日，0點55分，星期日不銹鋼為什么也生銹? 當不銹鋼管表面出現(xiàn)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

23、就不是不銹鋼了，可能是鋼質(zhì)出現(xiàn)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。 第25頁，共33頁，2022年，5月20日，0點55分，星期日 不銹鋼是靠其表面形成的一層極薄而堅固細密的穩(wěn)定的富鉻氧化膜（防護膜），防止氧原子的繼續(xù)滲入、繼續(xù)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. 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(zhì)中乃腐蝕的能力-即耐蝕性。但其抗腐

24、蝕能力的大小是 隨其鋼質(zhì)本身化學(xué)組成、加互狀態(tài)、使用條件及環(huán)境介質(zhì)類型而改變的。 如304鋼管，在干燥清潔的大氣中，有絕對優(yōu)良的抗銹蝕能力，但將它移到海濱地區(qū)，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(xiàn)良好。因此，不是任何一種不銹鋼，在任何環(huán)境下都能耐腐蝕, 不生銹的。 第26頁，共33頁，2022年，5月20日，0點55分，星期日不銹鋼知識（系列16）第27頁，共33頁，2022年，5月20日，0點55分，星期日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(yōu)劣和真?zhèn)?，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。 第28頁，共33頁，2022年，5月20日，0點55分，星期日銹鋼的種類繁多，常溫下按組織結(jié)構(gòu)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。 第29頁，共33頁，2022年，