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不鏽鋼的性能與組織

作者:西安大黄瓜网站機電  來源:西安大黄瓜网站機電   更新時間:2022-03-13  閱讀數:6887
 

目前已知的化學(xue)元(yuan)素有100多種(zhong),在工業中常用(yong)的鋼(gang)鐵(tie)材(cai)料(liao)中可以(yi)遇(yu)到(dao)的化(hua)學元素約二十(shi)多(duo)種(zhong)。對於人(ren)們在(zai)與腐蝕現(xian)象(xiang)作長期鬥(dou)爭(zheng)的(de)實(shi)踐(jian)而形成(cheng)的不鏽(xiu)鋼這一特殊鋼係列(lie)來(lai)說,最(zui)常用的元素有十幾種,除了(le)組成鋼的基(ji)本(ben)元素鐵以外,對不鏽鋼的性(xing)能與組(zu)織影(ying)響最大(da)的元素是:碳、鉻、鎳(nie)、錳(meng)、矽(xi)、鉬、鈦、铌(ni)、鈦、錳(meng)、氮(dan)、銅、鈷等(deng)。這些元素中除(chu)碳、矽(xi)、氮(dan)以外,都(dou)是(shi)化學元素周(zhou)期表(biao)中位(wei)於(yu)過(guo)渡(du)族(zu)的元素。

實際上工(gong)業(ye)上應用的不(bu)鏽鋼都是同時存在幾(ji)種以至十幾種元素的,當(dang)幾種元素(su)共存於不鏽鋼這一個(ge)統(tong)一體(ti)中時,它們(men)的影響要(yao)比(bi)單(dan)獨(du)存(cun)在時複雜得(de)多,因為(wei)在這(zhe)種情況(kuang)下不僅要考(kao)慮(lv)各(ge)元素自身(shen)的作用,而(er)且要注(zhu)意它(ta)們互(hu)相(xiang)之間(jian)的影響(xiang),因(yin)此(ci)不鏽鋼的組織(zhi)決定於各種元素影響的總(zong)和。

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1).各種元素對不鏽鋼的性能和組織的影響和(he)作用

1-1.鉻在不鏽鋼中的決(jue)定(ding)作用:決定不鏽鋼性屬(shu)的元素隻(zhi)有一種,這就(jiu)是鉻(luo),每(mei)種不鏽鋼都含有一定數量的鉻。迄(qi)今為止,還沒有不含(han)鉻的不鏽鋼。鉻之所(suo)以成為決定不鏽鋼性能(neng)的主要元素,根(gen)本的原因是向鋼中添加(jia)鉻作為合金元素以後,促使(shi)其內(nei)部的矛(mao)盾(dun)運(yun)動向有利於抵(di)抗(kang)腐(fu)蝕(shi)破壞(huai)的方麵發(fa)展(zhan)。這種變(bian)化可以從(cong)以下(xia)方麵得到說(shuo)明(ming):

鉻使鐵基固(gu)溶(rong)體的電極(ji)電(dian)位提(ti)高(gao)

鉻吸收(shou)鐵的電子使鐵鈍(dun)化

鈍化是由於陽極反(fan)應被阻止(zhi)而引起(qi)金(jin)屬與合金耐(nai)腐蝕性能被(bei)提高的現象。構(gou)成金屬與(yu)合金鈍化的理論很多,主要有(you)薄(bao)膜(mo)論(lun)、吸(xi)附論及電子(zi)排(pai)列論。

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1-2. 碳在不鏽鋼中的兩重性

碳(tan)是工業用鋼的主(zhu)要元素之(zhi)一,鋼的性能與組織在很大程(cheng)度(du)上(shang)決定於碳在鋼中的含量(liang)及(ji)其(qi)分(fen)布的形式(shi),在不鏽鋼中碳的影響尤為顯著。碳在不鏽鋼中對組織的影響主要表現在兩(liang)方麵(mian),一方(fang)麵碳是穩定奧氏(shi)體的元素,並(bing)且作(zuo)用的程度很(hen)大(約為鎳的30倍),另一方麵由(you)於碳和鉻的親(qin)和力很大,與鉻形成係列複雜的碳化物(wu)。所以,從強度與耐腐燭性能兩方麵來看,碳在不鏽鋼中的作用是互相矛盾的。

認(ren)識(shi)了這一影響的規(gui)律(lv),小黄瓜a视频在线就可(ke)以從不同(tong)的使用要求(qiu)出發,選擇不同含碳量的不鏽鋼。

例如(ru)工業中應用最廣(guang)泛(fan)的,也是最起碼(ma)的不鏽鋼——0Crl3~4Cr13這五(wu)個鋼號的標(biao)準含鉻量規定為12~14%,就是把(ba)碳要與鉻形(xing)成碳化鉻的因素考慮進(jin)去(qu)以後才決定的,目(mu)的即(ji)在於使碳與鉻結(jie)合成碳化鉻以後,固溶體中的含鉻量不致低於11.7%這一最低限度的含鉻量。

就這五個鋼號(hao)來說由於含碳量不同,強度與耐腐蝕性能也是有區別的,0Cr13~2Crl3鋼的耐腐蝕性較好(hao)但強(qiang)度低於3Crl34Cr13鋼,多用於製造(zao)結構零件,後兩個鋼號由於含碳較高而可獲得高的強度多用於製造彈(dan)簧、刀具(ju)等要求高強度及耐磨的零(ling)件。又(you)如為了克(ke)服188鉻鎳不鏽鋼的晶(jing)間腐蝕,可以將鋼的含碳量降(jiang)至0.03%以下,或者加入比鉻和碳親和力更大的元素(鈦或(huo)铌),使之不形成碳化鉻,再如當高硬(ying)度與耐磨性成為主要要求時(shi),小黄瓜a视频在线可以在增(zeng)加鋼的含碳量的同時適(shi)當地提高含鉻量,做(zuo)到既(ji)滿足硬度與耐磨性的要求,又兼(jian)顧(gu)定的耐腐蝕功能,工業上用作軸(zhou)承、量具與刃具有不鏽鋼9Cr189Cr17MoVCo鋼,含碳量雖(sui)高達0.85~0.95%,由於它們的含鉻量也相應地提高了,所以仍(reng)保證(zheng)了耐腐蝕的要求。

總的來講,目前工業中獲(huo)得應用的不鏽鋼的含碳量都是比較(jiao)低(di)的,大多數不鏽鋼的含碳量在0.1~0.4%之間,耐酸(suan)鋼則以含碳0.1~0.2%的居多。含碳量大於0.4%的不鏽鋼僅占(zhan)鋼號總數的一小部分,這是因為在大多數使用條件(jian)下,不鏽鋼總是以耐腐蝕為主要目的。此外,較低的含碳量也(ye)是出於某些(xie)工藝上的要求,如易於焊接及冷(leng)變形等。

1-3. 鎳在不鏽鋼中的作用是在與鉻配合後才發揮(hui)出(chu)來的

鎳是優(you)良(liang)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(dan)低碳鎳鋼要獲得純(chun)奧氏體組織,含鎳量要達到24%;而隻有含鎳27%時才(cai)使鋼在某些介質中的耐腐蝕性能顯(xian)著改(gai)變。所以鎳不能單獨構成不鏽鋼。但是鎳與鉻同時存在於不鏽鋼中時,含鎳的不鏽鋼卻具有許(xu)多可貴的性能。

基於上麵的情況可知(zhi),鎳作為合金元素在不鏽鋼中的作用,在於它使高鉻鋼的組織發生(sheng)變化,從而使不鏽鋼的耐腐蝕性能及工藝(yi)性能獲得某(mou)些改善。

1-4. 錳和氮可以代替(ti)鉻鎳不鏽鋼中鎳

鉻鎳奧(ao)氏體鋼的優點雖然很多,但近(jin)幾十年(nian)來由於鎳基耐熱合金與含鎳20%以下的熱(re)強鋼的大量發展與應用,以及化學工業日(ri)益(yi)發展對(dui)不鏽鋼的需(xu)要量越(yue)來越大,而鎳的礦(kuang)藏(cang)量較少且(qie)又集中分布(bu)在少數(shu)地區,因此在世(shi)界(jie)範(fan)圍內出現了鎳在供(gong)和需方麵的矛盾。所以在不鏽鋼與許多其他(ta)合金領(ling)域(如大型鑄鍛件用鋼、工具鋼、熱強鋼等)中,特(te)別是鎳的資(zi)源比較缺乏的國(guo)家(jia),廣泛地開展了節(jie)鎳和以其他元素代鎳的科(ke)學研究與生產(chan)實踐,在這方麵研(yan)究和應用比較多的是以錳和氮來代替不鏽鋼與耐熱鋼中的鎳。

錳對於奧氏體的作用與鎳相似(shi)。但說得確切一些,錳的作用不在於形成奧氏體,而是在於它降低鋼的臨界淬火速(su)度,在冷卻(que)時增加奧氏體的穩定性,抑(yi)製(zhi)奧氏體的分解(jie),使高溫(wen)下形成的奧氏體得以保持(chi)到常(chang)溫。在提高鋼的耐腐蝕性能方麵,錳的作用不大,如鋼中的含錳量從0104%變化,也不使鋼在空(kong)氣(qi)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(hu)作用也很低,所以工業上雖有以錳合金化的奧氏體鋼(如40Mn18Cr4,50Mn18Cr4WNZGMn13鋼等),但它們不能作為不鏽鋼使用。錳在鋼中穩定奧氏體的作用約(yue)為鎳的二(er)分之一,即2%的氮在鋼中的作用也是穩(wen)定奧氏體,並且作用的程度比鎳還要大。例(li)如,欲(yu)使含18%鉻的鋼在常溫下獲得奧氏體組織,以錳和氮代(dai)鎳的低鎳不鏽鋼與元鎳的鉻錳氮不誘鋼,目前(qian)已(yi)在工業中獲得應用,有的已成功地代替了經典的18-8鉻鎳不鏽鋼。

1-5.不鏽鋼中加鈦(tai)或铌是為了防止晶間腐蝕。

1-6.鉬和銅(tong)可以提高某些不鏽鋼的耐腐蝕性能。

1-7.其他元素對不鏽鋼的性能和組織的影響

以上主要的九(jiu)種元素對不鏽鋼的性能和組織的影響,除這些元素對不鏽鋼性能與組織影響較大的元素以外,不鏽鋼中還(hai)含有一些其他的元素。有的是和一(yi)般鋼一樣為常存雜質(zhi)元素,如矽、硫(liu)、磷等.也有的是為了某些特定的目的而加入(ru)的,如鈷、硼、硒(xi)、稀土(tu)元素等。從不鏽鋼的耐腐蝕性能這一主要性質來說,這些元素相對於已討(tao)論的九種元素,都是非主要方麵的,雖然如此,但也不能完全忽(hu)略(lve),因為它們對不鏽鋼的性能與組織同樣(yang)也發生影響。

矽是形成鐵素體的元素,在一般(ban)不鏽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(jia)格高及其在其它方麵(如高速鋼、硬質合金、鈷(gu)基耐熱合金、磁(ci)鋼或硬磁合金等)有著更(geng)重要的用途(tu)。在一般不鏽鋼中加鈷作合金元素的也不多,常用不鏽鋼如9Crl7MoVCo鋼(含1.2-1.8%鈷)加鈷,目的並不在於提高耐腐蝕性能而在於提高硬度,因為這種不鏽鋼的主要用途是製造切(qie)片機械(xie)刃具、剪(jian)刀及手術刀(dao)片等。

硼:高鉻鐵素體不鏽鋼Crl7Mo2Ti鋼中加0005%硼(peng),可使在沸(fei)騰的65%醋酸中的耐腐蝕性能提高。加微量的硼(0.0006~0.0007%)可使奧氏體不鏽鋼的熱態塑(su)性改善。少量的硼由於形成低熔(rong)點(dian)共(gong)晶體,使奧氏體鋼焊接時產生熱裂(lie)紋的傾(qing)向增大,但含有較多的硼(05~06%)時,反而可防(fang)止熱裂紋的產生。因為當含有05~06%的硼時,形成奧氏體-硼化物兩相組織,使焊縫(feng)的熔點降低。熔池(chi)的凝固溫度低於半(ban)溶化區時,母材在冷卻時產生的張(zhang)應力,由處(chu)於液(ye)態.固態的焊縫金屬承(cheng)受,此時是不致引(yin)起裂縫的,即使在近縫區(qu)形成了裂紋,也可以為處於液態-固態(tai)的熔池金屬所填充(chong)。含硼的鉻鎳奧氏體不鏽鋼在原(yuan)子能工業中有著(zhu)特殊的用途。

磷(lin):在一般不鏽鋼中都是雜質元素,但其在奧氏體不鏽鋼中的危(wei)害(hai)性不像(xiang)在一般鋼中那(na)樣顯著,故(gu)含量可允(yun)許高一些,如有的資料提出可達006%,以利於冶煉(lian)控製。個別的含錳的奧氏體鋼的含磷量可達006%(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(xiao)硬化不鏽鋼的合金元素,PH1710P(025%磷)PHHNM鋼(含030磷)等。

硫和硒:在一般不鏽鋼中也是常有雜(za)質元素。但向(xiang)不鏽鋼中加02~04%的硫,可提高不鏽鋼的切削(xue)性能,硒也具有同樣的作用。硫和硒提高不鏽鋼的切削性能,是因為它們降低不鏽鋼的韌性,例如一般188鉻鎳不鏽鋼的衝(chong)擊(ji)值可達(da)30公(gong)斤(jin)/厘(li)米(mi)2。含031%硫的188鋼(0084C1815Cr925Ni)的衝擊值(zhi)為18公斤/平方厘米;含022%硒的188鋼(0094C184Cr9Ni)的衝擊值為324公斤/平方厘米。硫與硒均降低不鏽鋼的耐腐蝕性能,所以實際應用它們作為不鏽鋼的合金化元素的很少(shao)。

稀土元素:稀土元素應(ying)用於不鏽鋼,目前主要在於改善(shan)工藝性能方麵。如向Crl7Ti鋼和Cr17Mo2Ti鋼中加少量的稀土元素,可以消除鋼錠(ding)中因氫(qing)氣引起的氣泡和減少鋼坯(pi)中的裂紋。奧氏體和奧氏體-鐵素體不鏽鋼中加002~05%的稀(xi)土元素(鈰(shi)鑭(lan)合金),可顯著改善鍛(duan)造性能。曾(ceng)有一種含195%鉻、23%鎳以及鉬銅錳的奧氏體鋼,由於熱加工工藝性能在過去隻能生產鑄(zhu)件,加稀土元素後則(ze)可軋(ya)製成各種型材。

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2).按金相組織對不鏽鋼的分類(lei)及各類不鏽鋼的一般特點

按化學成分(主要是含鉻量)及用途,不鏽鋼分為不鏽與耐酸兩大類。工業上還按自高溫(900-1100度)加熱空氣冷卻後(hou)鋼的基體組織的類型(xing)對不鏽鋼進行(xing)分類,這是基於小黄瓜a视频在线上麵所討論的碳及合金元素對不鏽鋼組織影響的特點決定的。

工業上應用的不鏽鋼按金相組織可分為三大類:鐵素體不鏽鋼,馬(ma)氏體不鏽鋼,奧氏體不鏽鋼。可以把這三(san)類不鏽鋼的特點歸(gui)納(na)(如下表),但需要說明的是馬氏體不鏽鋼並不是都不可焊接,隻是受(shou)某些條(tiao)件的限(xian)製,如焊前應預熱焊後應作高溫回(hui)火(huo)等,而使焊接工藝比較複(fu)雜。實際(ji)生產中一些馬氏體不鏽鋼如1Cr13,2Cr13以及2Cr1345鋼焊接還是比較多的。

不鏽鋼的分類、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

鐵素體係

0.35以下

16-27

——

無(wu)

尚佳(jia)

尚(shang)可

馬氏體係

1.20以下

11-15

——

自硬性

不可

奧氏體係(xi)

0.25以下

16以上

7以上

以上分類僅(jin)是按鋼的基體組織分的,由於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(heng),以及由於大量的鉻使平(ping)衡圖(tu)S點左移(yi),工業中應用的不鏽鋼的組織除了上麵講(jiang)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-馬氏體等過渡型的複相不鏽鋼,以及具有馬氏體-碳化物組織的不鏽鋼。

2-1.鐵素體鋼

含鉻大於14%的低碳鉻不鏽鋼,含鉻大幹27%的任(ren)何含碳量的鉻不鏽鋼,以及在上述(shu)成分基礎(chu)上再添加有鉬(mu)、鈦、铌、矽、鋁、、鎢、釩(fan)等元素的不鏽鋼,化學成分中形成鐵素體的元素占絕(jue)對優勢(shi),基體組織為鐵素。這類鋼在淬(cui)火(固溶)狀(zhuang)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。

屬於這一類的有Crl7Cr17Mo2TiCr25Cr25Mo3TiCr28等。鐵素體不鏽鋼因為含鉻量高,耐腐蝕性能與抗氧(yang)化性能均(jun)比較好,但機械性能與工藝性能較差(cha),多用於受力(li)不大的耐酸結構及作抗氧化鋼使用。

2-2.鐵素休(xiu)-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(bao)留,常溫組織為馬氏體和鐵素體,由於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範圍內變化。0Crl3鋼,lCrl3鋼,鉻偏(pian)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鏽鋼)中的許多鋼號,如Cr11MoVCr12WMoVCrl2W4MoV18Crl2WMoVNb等均屬幹(gan)這一類。

鐵素體馬氏體鋼可以部(bu)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(an)成分中的含鉻量分屬12~14%與15~18%兩個係列。前者具有抵抗大氣及弱(ruo)腐蝕性介(jie)質的能力,並且具有良好的減(jian)震(zhen)性及較小的線膨(peng)脹(zhang)係數;後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(liu)著高鉻鐵素體鋼的某些缺(que)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(zuo)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13Cr14NiWVBACr11Ni2MoWVB鋼等。馬氏體不鏽鋼的機械性能、耐腐蝕性能、工藝性能與物理性能,均和含鉻12~14%的鐵素體-馬氏體不鏽鋼相近。由於組織中沒(mei)有遊(you)離(li)的鐵素體,機械性能比上述鋼要高,但熱處理時的過熱敏感(gan)性較低。

2-4.馬氏體碳化物鋼

FeC合金的並析點的含碳為0.83%,在不鏽鋼中由於鉻使S點左移,含12%鉻和大於0.4%碳的鋼(圖11-3),以及含18%鉻和大於0.3%碳的鋼(圖卜(bo))3)均屬於過共析(xi)鋼。這類鋼在正(zheng)常淬火溫度加熱,次生碳化物不能完(wan)全溶於奧氏體,因此淬火後的組織為馬氏體和碳化物組成。

屬於這一類的不鏽鋼牌號不多,卻是一些含碳比較高的不鏽鋼,如4Crl39Cr189Crl8MoV 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。由於含碳量高,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(duo)的不鏽鋼相當。這類鋼的主要用途是要求高硬及耐磨(mo)的零件,如切削工具、軸承、彈簧(huang)及醫(yi)療器械等。

2-5.奧氏體鋼

這類鋼含有較多擴(kuo)大y區和穩定奧氏體的元素,在高溫時為均為y相,冷卻時由於Ms點在室(shi)溫以下,所以在常溫下具有奧氏體組織。 18-8 181225-2020-25Mo等鉻鎳不鏽鋼,以錳代替部分鎳並加氮的低鎳不鏽鋼如Cr18Mnl0Ni5,Cr13Ni4Mn9,Cr17Ni4Mn9N,Cr14Ni3Mnl4Ti鋼等均屬於這一類。

奧氏體不鏽鋼具有前已述及的許多優點,雖然(ran)機械性能也比較低,和鐵素體不鏽鋼樣不能熱處理強化,但可以通過冷加工變形的方法(fa),利(li)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(tian)加劑(ji)及工藝措(cuo)施(shi)消(xiao)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(zu)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-鐵素體複相狀態,其鐵素體量也因成分及加熱溫度不同而可在較大的範圍(wei)內變化。

屬於這一類的不鏽鋼很多,如低碳的188鉻鎳鋼,加鈦、铌、鉬的188鉻鎳鋼,特別(bie)是在鑄鋼的組織中均可見(jian)到鐵素體,此外含鉻大於14~15%而碳低於02%的鉻錳不鏽鋼(如Cr17Mnll),以及目前研究的和已獲得應用的大多數鉻錳氮不鏽鋼等。與純奧氏體不鏽鋼比較,這類鋼的優點很多,如屈(qu)服強度較高,抗晶間腐蝕的能力較高,應力腐蝕的敏(min)感性低,焊接時產生熱裂紋(wen)的傾向小,鑄造流(liu)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(cui)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(yuan)於組織中的鐵素體。

2-7.奧氏缽(bo)-馬氏體鋼

這類鋼的Ms點低於室溫,固溶處理以後為奧氏體組織,易於成形和焊接。通常可用兩種工藝方法使之發生馬氏體轉(zhuan)變。一是固溶處理以後經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(sheng)高至(zhi)室溫以上,冷卻時轉變為馬氏體;二是固溶處理以後直(zhi)接冷卻至MsMf點之間,使奧氏體轉變為馬氏體。後一方法可獲得較高的耐腐蝕性能,但固溶處理以後至深冷的間隔(ge)時間不宜(yi)過久,否(fou)則會(hui)因奧氏體的陳(chen)化穩定作用而使深(shen)冷的強化效應降低。經上述處理以後鋼再(zai)經400~500度時效,使析出金屬間化合物進步(bu)強化。這類鋼的典(dian)型鋼號有17Cr7NiA115Cr9NiA1,17Cr—5NiMo15Cr-8NiMoA1等等。這類鋼也稱(cheng)為奧氏體-馬氏體時效不鏽鋼,並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(chen)澱(dian)硬化不鏽鋼。

這類鋼是50年代後期(qi)發展和應用的新型不鏽鋼,它們總的特點是強度高(C可達100150)及熱強性好,但由於含鉻量較低並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鏽鋼要低一些。也可以說這類鋼的高強度是在犧(xi)牲(sheng)一部分耐腐蝕性能與其他性能(如非(fei)磁性)的情況下獲得的,目前這類鋼主要用於航(hang)空工業及火箭(jian)導彈生產方麵,一般機械製造中應用尚不普(pu)遍(bian),並且在分類上也有把它們納為超高強度鋼的一個係列。

不鏽鋼的耐蝕性能

1.腐蝕的種類和定義(yi)

一種不鏽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,一種不鏽鋼不可能對所有介質都耐蝕。在眾多的工業用途中,不鏽鋼都能提供今(jin)人滿意(yi)的耐蝕性能。根據(ju)使用的經驗來看(kan),除機械失(shi)效外,不鏽鋼的腐蝕主要表現在:不鏽鋼的一種嚴重的腐蝕形式是局部腐蝕(亦(yi)即應力腐蝕開裂、點腐蝕、晶間腐蝕、腐蝕疲(pi)勞(lao)以及縫隙腐蝕)。這些局(ju)部腐蝕所導致(zhi)的失效事(shi)例幾乎(hu)占失效事例的一半以上。事實上,很多失效事故是可以通(tong)過合理的選材而予(yu)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(huo)實際、工程實際中的金屬腐蝕,絕大多數都屬於電化學腐蝕。

應力腐蝕開(kai)裂(SCC):是指承受應力的合金在腐蝕性環境(jing)中由於烈(lie)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(kou)形貌(mao),但它也可能發生於韌(ren)性高的材料中。發生應力腐蝕開裂的必(bi)要條件是要有拉應力(不論是殘(can)餘(yu)應力還是外加應力,或者(zhe)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(dao)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(duan)裂所需要的應力值小得多。在微(wei)觀上,穿(chuan)過晶粒的裂紋稱為穿晶裂紋,而沿(yan)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(zai)荷的材料斷麵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(ju)合)而斷開。因此,由於應力腐蝕開裂而失效的零件的斷麵,將包(bao)含有應力腐蝕開裂的特征區域(yu)以及與已微缺陷的聚合相聯(lian)係的韌窩區域。

點腐蝕:點腐蝕是指在金屬材料表麵大部分不腐蝕或腐蝕輕(qing)微而分散(san)發生高度的局部腐蝕,常見蝕點的尺(chi)寸小於1.00mm,深度往(wang)往大於表麵孔(kong)徑(jing),輕者有較淺的蝕坑,嚴(yan)重(zhong)的甚(shen)至形成穿孔。

晶間腐蝕:晶粒間界是結晶學取(qu)向不同的晶粒間紊亂(luan)錯合的界城(cheng),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)沉澱析出的有利區城。因此,在某些腐蝕介質中,晶粒(li)間界可能先(xian)行被腐蝕乃是不足為奇(qi)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(cheng)現晶間腐蝕。晶間腐蝕是一種有選(xuan)擇(ze)性的腐蝕破(po)壞,它與一般選擇性腐蝕不同之處在於,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(xi)腐蝕:是指在金屬構件縫隙處發生斑(ban)點狀或潰瘍(yang)形的宏(hong)觀(guan)蝕坑(keng),是局部腐蝕的一種形式,它可能發全(quan)於溶液停滯(zhi)的縫隙之中或屏(ping)蔽(bi)的表麵內。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(liu)釘(ding)、螺栓(shuan)、墊(dian)片、閥(fa)座(zuo)、鬆(song)動的表麵沉積物以及海(hai)生物相接燭(zhu)之處形成。

全麵腐蝕:是用來描(miao)述在整個合金表麵上以比較均勺(shao)的方式所發生的腐蝕現象的術語。當發生全麵腐蝕時,村料由於腐蝕而逐(zhu)漸(jian)變薄,甚至材料腐蝕失效。不鏽鋼在強酸和強堿(jian)中可能呈現全麵腐蝕。全麵腐蝕所引起的失效問(wen)題(ti)並不怎(zen)麽令人擔(dan)心(xin),因為,這種腐蝕通常可以通過簡(jian)單的浸(jin)泡(pao)試驗(yan)或查(cha)閱腐蝕方麵的文(wen)獻(xian)資料而預測它。

均勻(yun)腐蝕:是指(zhi)接觸(chu)腐蝕介質的金屬表麵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.             不鏽鋼指在大氣及弱腐蝕介質中耐蝕的鋼。腐蝕速率(lv)小於0.01mm/年的,認為是"完全耐蝕";腐蝕速率小於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..各種不鏽鋼的耐腐蝕性能

301 不鏽鋼在形變時呈現出明顯的加工硬化現象,被用於要求較高強度的各種場合。

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

302B 是一種含矽量較高的不鏽鋼,它具有較高的抗高溫氧化性能。

303303Se 是分別含有硫和硒的易切削不鏽鋼,用於主要要求易切削和表而光浩(hao)度高的場(chang)合。303Se不鏽鋼也用於製作需要熱鐓(dui)的機件,因為在這類條件下,這種不鏽鋼具有良好的可熱加工性。

304 是一種通用性的不鏽鋼,它廣泛地用於製作要求良好綜(zong)合性能(耐腐蝕和成型性)的設備和機件。

304L 是碳含量較低的304不鏽鋼的變種,用於需要焊接的場合。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最少,而碳化物的析出可能導致不鏽鋼在某些環(huan)境中產生晶間腐蝕(焊接侵(qin)蝕)。

304N 是一種含氮的不鏽鋼,加氮是為了提高鋼的強度。

305384 不鏽鋼含有較高的鎳,其加工硬化率低,適用於對冷成型性要求高的各種場合。

308 不鏽鋼用於製作焊條。

309310314330 不鏽鋼的鎳、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(ru)變強度。而30S5310S乃(nai)是309310不鏽鋼的變種,所不同者隻是碳含量較低,為的是使焊縫附(fu)近所析出的碳化物減至最少。330不鏽鋼有著特別高的抗滲(shen)碳能力和抗熱震性.

316317 型不鏽鋼含有鋁,因而在海洋(yang)和化學工業環境中的抗點腐蝕能力大大地優於304不鏽鋼。其中,316型不鏽鋼由變種包括低碳不鏽鋼316L、含氮的高強度不鏽鋼316N以及合硫量較高的易(yi)切削不鏽鋼316F

321347348 是分別以鈦,铌加鉭(tan)、铌穩定化的不鏽鋼,適宜作高溫下使用的焊接構件。348是一種適用於核(he)動力工業的不鏽鋼,對鉭和鑽的合量有著一定的限製。

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