不銹鋼的详细介绍.doc

目 录一、不锈钢的定义和分类-2二、不锈钢的腐蚀-3三、不锈钢中元素的影响-6四、不锈钢的表面-15五、不锈钢产品加工过程中存在问题-18六、不锈钢的特性-20七、不锈钢的应用-23八、不锈钢的产品的设计及包装-24九、不锈耐酸钢级薄壁无缝钢管-26十、不锈钢的室温力学性能-27十一、不锈钢钢厂介绍-28附件：各国的规格对照各国不锈钢标准对照表 元素周期表 各大钢厂的产品的规格和参数各钢厂的公差表不锈钢的型号及成份含量表不锈钢国标角钢和槽钢规范尺寸对照表一、 不锈钢的定义和分类在1910年，发现在普通碳钢重添加约12%的铬时具有抗腐及抗氧化的特性。所以，不锈钢中铬的含量必须超过12%的才能称为不锈钢。代表的钢种有13铬钢，18-铬镍不锈钢的分类：按钢种分有200、300、400及600系列按室温下的组织结构分类，有马氏体型、奥氏体型、铁素体、沉淀硬化不锈钢和双相不锈钢；按主要化学成分分类，分为铬不锈钢和铬镍不锈钢两大系统；按耐蚀类型分类，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，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。下面是按室温下的组织结构来说明不锈钢的一些性能和组织结构的影响;奥氏体不锈钢 在常温下具有奥氏体组织的不锈钢称为奥氏体不锈钢。奥氏体组织是多边形的等轴晶粒，这也叫晶粒状。并且硬度低，比容小、塑性好、具有磁性。结构是碳溶解r-Fe中的间隙固溶体，碳原子位于r-Fe八面体中，即面心立方点阵晶胞的中心或棱边的中心在奥氏体不锈钢中含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（304）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。铁素体不锈钢 在使用状态下以铁素体组织为主的不锈钢。含铬量在11%30%，铁素体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。双相不锈钢(铁素体和马氏体) 是奥氏体和铁素体组织各约占一半的不锈钢称为双相不锈钢。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。马氏体不锈钢 通过热处理可以调整其力学性能的不锈钢，马氏体是由钢从奥氏体相区淬火后得到的组织，添加的元素是以铬为主，也属于400系列的，可进行热处理强化，具有磁性，可适应于低腐环境、高强度、硬度及耐磨性高的场合。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（0Cr17Ni4Cu4Nb(17-4PH)、0Cr17Ni7Al(17-7PH)、0Cr15Ni7Mo2Al(PH15-7Mo)）以及马氏体时效不锈钢等。 二、 不锈钢的腐蚀腐蚀通常可分为化学腐蚀和电化学腐蚀两种类型。前者是金属在干燥气体或非电解质溶液中的腐蚀，腐蚀过程不产生电流，钢在高温下的氧化属于典型的化学腐蚀；后者是金属与电解质溶液接触时所发生的腐蚀，腐蚀过程中有电流产生，钢在室温下的锈蚀主要属于电化学腐蚀。大部分金属的腐蚀都属于电化学腐蚀，电化学腐蚀实际是电池作用。当两种互相接触的金属放入电解质溶液时，由于两种金属的电极电位不同，彼此之间就形成一个微电池，并有电流产生。电极电位低的金属为阳极，电极电位高的金属为阴极，阳极的金属将不断被熔解，而阴极金属就不被腐蚀。对于同一种合金，由于组成合金的相或组织不同，也会形成微电池，造成电化学腐蚀。例如钢组织中的珠光体，是由铁素体（F）和渗碳体（Cm）两相组成的，在电解质溶液中就会形成微电池，由于铁素体的电极电位低，为阳极，就被腐蚀。而渗碳体的电极电位高，为阴极而不被腐蚀。如图7-5所示。在观察碳钢的显微组织时，要把抛光的试样磨面放在硝酸酒精溶液中浸蚀，使铁素体腐蚀后，才能在显微镜下观察到珠光体的组织，就是利用电化学腐蚀的原理实现的。图7-5 珠光体腐蚀示意图由电化学腐蚀的基本原理不难看出，电化学作用是金属被腐蚀的主要原因。为此，要提高金属的抗电化学腐蚀能力，通常采取以下措施：.尽量使金属在获得均匀的单相组织条件下使用，这样金属在电解质溶液中只有一个极，使微电池难以形成。如在钢中加入大于24%的Ni，会使钢在常温下获得单相的奥氏体组织。.加入合金元素提高金属基体的电极电位，例如在钢中加入大于13%的Cr，则铁素体的电极电位由-0.56V提高到0.2V，从而使金属的抗腐蚀性能提高。.加入合金元素，在金属表面形成一层致密的氧化膜，又称钝化膜，把金属与介质分隔开，从而防止进一步的腐蚀。铬是不锈钢合金化的主要元素。钢中加入铬，提高电极电位，从而提高钢的耐腐蚀性能。当含铬量达n/8原子分数值（n=1、2、3、。），即达到1/8、2/8、3/8、。（也即12.5%、25%、37.5%、。）原子分数时，电极电位呈台阶式跃增，即腐蚀速度呈台阶式下降，这称之为n/8规律。所以铬钢中的含铬量只有超过台阶值（如n=1，换成重量百分数则为12.5%X(52/55.8)=11.7%）时，钢的耐蚀性才明显提高。由于含铬量超过11.7%，而且绝大部分都溶于固溶体中，使电极电位跃增，使基体的电化学腐蚀过程变缓。同时，在金属表面被腐蚀时，形成一层与基体金属结合牢固的钝化膜，使腐蚀过程受阻，从而提高钢的耐蚀性。不锈钢的一种严重的腐蚀形式是局部腐蚀（亦即应力腐蚀开裂、点腐蚀、晶间腐蚀、腐蚀疲劳以及缝隙腐蚀）。这些局部腐蚀所导致的失效事例几乎占失效事例的一半以上。事实上，很多失效事故是可以通过合理的选材而予以避免的。 应力腐蚀开裂（SCC）：是指承受应力的合金在腐蚀性环境中由于烈纹的扩展而互生失效的一种通用术语。应力腐蚀开裂具有脆性断口形貌，但它也可能发生于韧性高的材料中。发生应力腐蚀开裂的必要条件是要有拉应力（不论是残余应力还是外加应力，或者两者兼而有之）和特定的腐蚀介质存在。型纹的形成和扩展大致与拉应力方向垂直。这个导致应力腐蚀开裂的应力值，要比没有腐蚀介质存在时材料断裂所需要的应力值小得多。在微观上，穿过晶粒的裂纹称为穿晶裂纹，而沿晶界扩图的裂纹称为沿晶裂纹，当应力腐蚀开裂扩展至其一深度时（此处，承受载荷的材料断面上的应力达到它在空气中的断裂应力），则材料就按正常的裂纹（在韧性材料中，通常是通过显微缺陷的聚合）而断开。 点腐蚀：是一种导致腐蚀的局部腐蚀形式。 晶间腐蚀：晶粒间界是结晶学取向不同的晶粒间紊乱错合的界城，因而，它们是钢中各种溶质元素偏析或金属化合物（如碳化物和相）沉淀析出的有利区城。因此，在某些腐蚀介质中，晶粒间界可能先行被腐蚀乃是不足为奇的。这种类型的腐蚀被称为晶间腐蚀，大多数的金属和合金在特定的腐蚀介质中都可能呈现晶间腐蚀。 缝隙腐蚀：主要原因是间隙内溶液不能流通，溶液滞留过久缺乏氧气，造成间隙口内外的溶液浓度的差异。金属离子的差异，形成金属离子电池溶液含氧量的差异、形成氧气溶池。例如，在与铆钉、螺栓、垫片、阀座、松动的表面沉积物以及海生物相接烛之处形成。 全面腐蚀：是用来描述在整个合金表面上以比较均勺的方式所发生的腐蚀现象的术语。当发生全面腐蚀时，村料由于腐蚀而逐渐变薄，甚至材料腐蚀失效。不锈钢在强酸和强碱中可能呈现全面腐蚀。全面腐蚀所引起的失效问题并不怎么令人担心，因为，这种腐蚀通常可以通过简单的浸泡试验或查阅腐蚀方面的文献资料而预测它。 2.常见不锈钢的耐腐蚀性能 304(18Cr-8Ni) 是一种通用性的不锈钢，它广泛地用于制作要求良好综合性能（耐腐蚀和成型性）的设备和机件。 301(17Cr-7Ni) 不锈钢在形变时呈现出明显的加工硬化现象，被用于要求较高强度的各种场合。 302(18Cr-8Ni-0.1C) 不锈钢实质上就是含碳量更高的304不锈钢的变种，通过冷轧可使其获得较高的强度。 302B（18Cr-8Ni-高Si） 是一种含硅量较高的不锈钢，它具有较高的抗高温氧化性能。 303（18Cr-8Ni-高S）和303Se（18Cr-8Ni-Se） 是分别含有硫和硒的易切削不锈钢，用于主要要求易切削和表而光浩度高的场合。303Se不锈钢也用于制作需要热镦的机件，因为在这类条件下，这种不锈钢具有良好的可热加工性。 304L (18Cr-8Ni-0.03C)是碳含量较低的304不锈钢的变种，用于需要焊接的场合。较低的碳含量使得在靠近焊缝的热影响区中所析出的碳化物减至最少，而碳化物的析出可能导致不锈钢在某些环境中产生晶间腐蚀（焊接侵蚀）。 304N(18Cr-8Ni-N) 是一种含氮的不锈钢，加氮是为了提高钢的强度。 305(18Cr-12Ni-0.1C)和384 不锈钢含有较高的镍，其加工硬化率低，适用于对冷成型性要求高的各种场合。 308 不锈钢用于制作焊条。 309、310、314及330 不锈钢的镍、铬含量都比较高，为的是提高钢在高温下的抗氧化性能和蠕变强度。而305 S和310S乃是309和310不锈钢的变种，所不同者只是碳含量较低，为的是使焊缝附近所析出的碳化物减至最少。330不锈钢有着特别高的抗渗碳能力和抗热震性. 316（18Cr-12Ni-2Mo）和317（18Cr-12Ni-3.5Mo） 型不锈钢含有铝，因而在海洋和化学工业环境中的抗点腐蚀能力大大地优于304不锈钢。其中，316型不锈钢由变种包括低碳不锈钢316L、含氮的高强度不锈钢316N以及合硫量较高的易切削不锈钢316F。 321（18Cr-9Ni-1Ti）、347（18Cr-9Ni-Nb）及348 是分别以钛，铌加钽、铌稳定化的不锈钢，适宜作高温下使用的焊接构件。348是一种适用于核动力工业的不锈钢，对钽和钻的合量有着一定的限制。 三、不锈钢中元素的影响钢中除了基本元素铁以外，对不锈钢的性能与组织影响最大的元素是：碳（C）、铬（Cr）、镍（Ni）、硅(Si)、钼(Mo)、钛(Ti)、铌(Nb)、锰(Mn)、氮(N)、铜(Gu)、鋁（Al）、钴（Co）等。这些元素中除碳、硅、氮以外，它们都相互影响，相互作用：1-1. 铬在不锈钢中的决定作用加入最主要的合金元素铬 铬能提高钢基体的电极电位。随铬含量的增加钢的电极电位急剧升高。铬在氧化性介质（如水蒸气、大气、海水、氧化性酸等）中极易钝化，生成致密的氧化膜、使钢的耐蚀性大大提高。 铬含量对Fe-Cr合金电极电位的影响(大气条件) 不锈钢都含有一定数量的铬。迄今为止，还没有不含铬的不锈钢。铬之所以成为决定不锈钢性能的主要元素，根本的原因是向钢中添加铬作为合金元素以后，促使其内部的矛盾运动向有利于抵抗腐蚀破坏的方面发展。这种变化可以从以下方面得到说明： 使铁基固溶体的电极电位提高 铬吸收铁的电子使铁钝化钝化是由于阳极反应被阻止而引起金属与合金耐腐蚀性能被提高的现象。构成金属与合金钝化的理论很多，主要有薄膜论、吸附论及电子排列论。1-2. 碳在不锈钢中的两重性 碳是工业用钢的主要元素之一，碳含量 耐蚀性要求愈高，碳含量应愈低。钢的性能与组织在很大程度上决定于碳在钢中的含量及其分布的形式，在不锈钢中碳的影响尤为显著。碳在不锈钢中对组织的影响主要表现在两方面，一方面碳是稳定奥氏体的元素，并且作用的程度很大（约为镍的30倍），一方面由于碳和铬的亲和力很大，与铬形成系列复杂的碳化物。所以，从强度与耐腐烛性能两方面来看，碳在不锈钢中的作用是互相矛盾的。 认识了这一影响的规律，我们就可以从不同的使用要求出发，选择不同含碳量的不锈钢。 例如工业中应用最广泛的，也是最起码的不锈钢0Crl34Cr13这五个钢号的标准含铬量规定为1214，就是把碳要与铬形成碳化铬的因素考虑进去以后才决定的，目的即在于使碳与铬结合成碳化铬以后，固溶体中的含铬量不致低于11.7这一最低限度的含铬量。目前工业中获得应用的不锈钢的含碳量都是比较低的，大多数不锈钢的含碳量在0.10.4之间，耐酸钢则以含碳0.10.2的居多。含碳量大于0.4的不锈钢仅占钢号总数的一小部分，这是因为在大多数使用条件下，不锈钢总是以耐腐蚀为主要目的。此外，较低的含碳量也是出于某些工艺上的要求，如易于焊接及冷变形等。 1-3. 镍在不锈钢中的作用是在与铬配合后才发挥出来的 镍是优良的耐腐蚀材料，也是合金钢的重要合金化元素。镍在钢中是形成奥氏体的元素，但低碳镍钢要获得纯奥氏体组织，含镍量要达到24；而只有含镍27时才使钢在某些介质中的耐腐蚀性能显著改变。所以镍不能单独构成不锈钢。但是镍与铬同时存在于不锈钢中时，含镍的不锈钢却具有许多可贵的性能。 基于上面的情况可知，镍作为合金元素在不锈钢中的作用，在于它使高铬钢的组织发生变化，从而使不锈钢的耐腐蚀性能及工艺性能获得某些改善。 1-4. 锰和氮可以代替铬镍不锈钢中镍 铬镍奥氏体钢的优点虽然很多，但近几十年来由于镍基耐热合金与含镍20以下的热强钢的大量发展与应用，以及化学工业日益发展对不锈钢的需要量越来越大，而镍的矿藏量较少且又集中分布在少数地区，因此在世界范围内出现了镍在供和需方面的矛盾。所以在不锈钢与许多其它合金领域（如大型铸锻件用钢、工具钢、热强钢等）中，特别是镍 的资源比较缺乏的国家，广泛地开展了节镍和以其它元素代镍的科学研究与生产实践，在这方面研究和应用比较多的是以锰和氮来代替不锈钢与耐热钢中的镍。 锰对于奥氏体的作用与镍相似。但说得确切一些，锰的作用不在于形成奥氏体，而是在于它降低钢的临界淬火速度，在冷却时增加奥氏体的稳定性，抑制奥氏体的分解，使高温下形成的奥氏体得以保持到常温。在提高钢的耐腐蚀性能方面，锰的作用不大，如钢中的 含锰量从0到10.4%变化，也不使钢在空气与酸中的耐腐蚀性能发生明显的改变。这是因为锰对提高铁基固溶体的电极电位的作用不大，形成的氧化膜的防护作用也很低，所以工业上虽有以锰合金化的奥氏体钢（如40Mn18Cr4,50Mn18Cr4WN、ZGMn13钢等），但它们不能作为不锈钢使用。 锰在钢中稳定奥氏体的作用约为镍的二分之一，即2的氮在钢中的作用也是稳定奥氏体，并且作用的程度比镍还要大。例如，欲使含18铬的钢在常温下获得奥氏体组织，以锰和氮代镍的低镍不锈钢与元镍的铬锰氮不诱钢，目前已在工业中获得应用，有的已成功地代替了经典的18-8铬镍不锈钢。 1-5.不锈钢中加钛或铌是为了防止晶间腐蚀。加入钛、铌等 Ti、Nb能优先同碳形成稳定碳化物，使Cr保留在基体中，避免晶界贫铬，从而减轻钢的晶界腐蚀倾向1-6.钼和铜可以提高某些不锈钢的耐腐蚀性能。加入钼、铜等 Cr在非氧化性酸（如盐酸、稀硫酸和碱溶液等）中的钝化能力差，加入Mo、Cu等元素，可提高钢在非氧化性酸中的耐蚀能力。1-7.其它元素对不锈钢的性能和组织的影响 以上主要的九种元素对不锈钢的性能和组织的影响，除这些元素对不锈钢性能与组织影响较大的元素以外，不锈钢中还含有一些其它的元素。有的是和一般钢一样为常存杂质元素，如硅、硫、磷等.也有的是为了某些特定的目的而加入的，如钴、硼、硒、稀土元素等。从不锈钢的耐腐蚀性能这一主要性质来说，这些元素相对于已讨论的九种元素，都是非主要方面的，虽然如此，但也不能完全忽略，因为它们对不锈钢的性能与组织同样也发生影响。 硅是形成铁素体的元素，在一般不锈钢中为常存杂质元素。硅（0.170.37%）是有益元素，它们能溶于铁素体中，具有固溶强化效果，可提高钢的强度和硬度。 钴作为合金元素在钢中应用不多，这是因为钴的价格高及其在其它方面（如高速钢、硬质合金、钴基耐热合金、磁钢或硬磁合金等）有着更重要的用途。在一般不锈钢中加钴作合金元素的也不多，常用不锈钢如9Crl7MoVCo钢（含1.2-1.8钴）加钴，目的并不在于提高耐腐蚀性能而在于提高硬度，因为这种不锈钢的主要用途是制造切片机械刃具、剪刀及手术刀片等。 硼高铬铁素体不锈钢Crl7Mo2Ti钢中加0.005硼，可使在沸腾的65醋酸中的耐腐蚀性能提高。加微量的硼（0.00060.0007）可使奥氏体不锈钢的热态塑性改善。少量的硼由于形成低熔点共晶体，使奥氏体钢焊接时产生热裂纹的倾向增大，但含有较多的硼（0.50.6）时，反而可防止热裂纹的产生。因为当含有0.50.6的硼时，形成奥氏体硼化物两相组织，使焊缝的熔点降低。熔池的凝固温度低于半溶化区时，母材在冷却时产生的张应力，由处于液态.固态的焊缝金属承受，此时是不致引起裂缝的，即使在近缝区形成了裂纹，也可以为处于液态固态的熔池金属所填充。含硼的铬镍奥氏体不锈钢在原子能工业中有着特殊的用途。 硫和磷 是钢中的有害杂质。硫在钢中以FeS的形式存在，使钢变脆，尤其是FeS和Fe能形成低溶点（985C）的共晶体（FeS+ Fe），当钢在10001200C进行轧制时，分布在奥氏体晶界上的共晶体（FeS+ Fe）处于溶化状态而使钢材被轧裂，这种现象称为钢的“热脆性”。磷使钢脆化，降低钢的塑性和韧性，产生“冷脆性”，使钢的冷加工性能和焊接性能变坏。磷不仅降低塑性，同时还提高钢的脆性转化温度，给钢材在低温下使用造成潜在的威胁。但硫和磷有时也有有利的一面。例如MnS对断屑有利，而且起润滑作用，降低刀具磨损，所以在自动切削车床上用的易切削钢，其硫含量高达0.15%，用以改善钢的切削加工性，提高加工光洁度。在炮弹钢中，含磷量高，其目的在于提高钢的脆性，增加弹片的碎化程度，提高炮弹的杀伤力。 硒在一般不锈钢中也是常有杂质元素。但向不锈钢中加0.20.4的硫，可提高不锈钢的切削性能，硒也具有同样的作用。硫和硒提高不锈钢的切削性能，是因为它们降低不锈钢的韧性，例如一般188铬镍不锈钢的冲击值可达30公斤/厘米2。含0.31硫的188钢（0.084C、18.15Cr、9.25Ni）的冲击值为1.8公斤/平方厘米；含0。22硒的188钢（0.094C、18.4Cr、9Ni）的冲击值为3.24公斤/平方厘米。硫与硒均降低不锈钢的耐腐蚀性能，所以实际应用它们作为不锈钢的合金化元素的很少。 稀土元素稀土元素应用于不锈钢，目前主要在于改善工艺性能方面。如向Crl7Ti钢和Cr17Mo2Ti钢中加少量的稀土元素，可以消除钢锭中因氢气引起的气泡和减少钢坯中的裂纹。奥氏体和奥氏体铁素体不锈钢中加0.020.5的稀土元素（铈镧合金），可显著改善锻造性能。曾有一种含19.5%铬、23镍以及钼铜锰的奥氏体钢，由于热加工工艺性能在过去只能生产铸件，加稀土元素后则可轧制成各种型材。 二、合金元素在钢中的作用 合金元素在钢中可以两种形式存在：一是溶解于碳钢原有的相中，另一种是形成某些碳钢中所没有的新相。在一般的合金化理论中，按与碳亲合力的大小，可将合金元素分为碳化物形成元素与非碳化物形成元素两大类。常用的合金元素有以下几种：非碳化物形成元素：Ni、Co、Cu、Si、Al、N、B；碳化物形成元素：Mn、Cr、Mo、W、V、Ti、Nb、Zr。此外，还有稀土元素，一般用符号Re表示。1.合金元素对钢中基本相的影响碳钢中有三个基本相，即铁素体、奥氏体和渗碳体。合金元素加入钢中时，可以溶于此三相中形成合金铁素体、合金奥氏体及合金渗碳体。所有与碳亲和力弱的非碳化物形成元素，如镍、硅、铝、钴等，由于不能形成碳化物，除了极少数高合金钢中可形成金属间化合物外，几乎都溶解在铁素体或奥氏体中。碳化物形成元素中，有些元素（如Mn）与碳的亲合力较弱，除少量可溶于渗碳体中形成合金渗碳体外，大部分仍溶于铁素体或奥氏体中。而与碳亲和力较强的一些碳化物形成元素（如Cr、Mo、W等），当其含量较少时，多半溶于渗碳体中，形成合金渗碳体；当含量较高时，则可能形成新的特殊的合金碳化物。与碳亲合力很强的碳化物形成元素（如Nb、Ti、Zr等），几乎总是与碳形成特殊的碳化物。合金元素溶于铁素体中，由于与铁的晶格类型和原子半径不同而造成晶格畸变；另外合金元素易分布于位错线附近，对位错线的移动起牵制作用，降低位错的易动性，从而提高塑变抗力，产生固溶强化效果。碳化物是钢中的重要相之一，碳化物的类型、数量、大小、形状及分布对钢的性能有很重要的影响。合金渗碳体是渗碳体中一部分铁被碳化物形成元素置换后所得到的产物，其晶体结构与渗碳体相同，可表达为(Fe，Me)3C（Me代表合金元素）。渗碳体中溶入碳化物形成元素后，硬度有明显增加，因而可提高钢的耐磨性。同时它们在加热时也较难溶于奥氏体中，因此热处理时加热温度应该高一些。当钢中合金元素含量超过一定限度时，可以生成一些碳钢中没有的新相。其中最重要的是由强碳化物形成元素生成的各种合金碳化物（如W2C、VC、TiC等）。它们熔点高、硬度高，加热时很难溶于奥氏体中，因此对钢的机械性能及工艺性能有很大影响。2.合金元素对铁碳相图的影响合金元素对碳钢中的相平衡关系有很大影响，加入合金元素后Fe-Fe3C相图要发生变化。加入合金元素，可使Fe与Fe存在范围发生变化。按照对Fe或Fe的作用，可将合金元素分为两大类。（1）扩大奥氏体区的元素扩大奥氏体区域的元素有镍、锰、碳、氮等，这些元素使A1和A3温度降低，使S点、E点向左下方移动，从而使奥氏体区域扩大。其中与Fe无限互溶的元素镍或锰的含量较多时，可使钢在室温下以奥氏体单相存在而成为一种奥氏体钢。如Ni%9%的不锈钢和Mn%13%的ZGMn13耐磨钢均属奥氏体钢。由于A1和A3温度降低，就直接地影响热处理加热的温度，所以锰钢、镍钢的淬火温度低于碳钢，图7-1是锰对奥氏体区的影响。同时由于S点的左移，使共析成分降低，与同样含碳量的亚共析钢相比，组织中的珠光体数量增加，而使钢得到强化。由于E点的左移，又会使发生共晶转变的含碳量降低，在C%较低时，使钢具有莱氏体组织。如在高速钢中，虽然含碳量只有0.70.8%,但是由于E点的左移,在铸态下会得到莱氏体组织, 成为莱氏体钢。图7-1 锰对奥氏体区的影响图7-2 铬对奥氏体区的影响（2）缩小奥氏体区的元素缩小奥氏体区的元素有铬、钼、硅、钨等，使A1和A3温度升高，使S点、E点向左上方移动，从而使奥氏体区域缩小。由于A1和A3温度升高了，这类钢的淬火温度也相应地提高了。图7-2表示铬对奥氏体区域位置的影响。当加入的元素超过一定含量后，则奥氏体可能完全消失，此时，钢在包括室温在内的广大温度范围内获得单相铁素体，通常称之为铁素体钢。如含17%28%Cr的Cr17、Cr25、Cr28不锈钢就是铁素体不锈钢。3.合金元素对钢的热处理的影响合金钢一般都是经过热处理后使用的，主要是通过改变钢在热处理过程中的组织转变来显示合金元素的作用的。合金元素对钢的热处理的影响主要表现在对加热、冷却和回火过程中的相变等方面。（1）合金元素对加热转变的影响钢在加热时，奥氏体化过程包括晶核的形成和长大，碳化物的分解和溶解，以及奥氏体成分的均匀化等过程。整个过程的进行，与碳、合金元素的扩散以及碳化物的稳定程度有关。合金元素对奥氏体化过程的影响体现在以下两个方面：a）大多数合金元素（ 除镍、钴以外）都减缓钢的奥氏体化过程。含有碳化物形成元素的钢，由于碳化物不易分解，使奥氏体化过程大大减缓。因此，合金钢在热处理时，要相应地提高加热温度或沿长保温时间，才能保证奥氏体化过程的充分进行。b）几乎所有的合金元素（除锰以外）都能阻止奥氏体晶粒的长大，细化晶粒。尤其是碳化物形成元素钛、矾、钼、钨、铌、锆等，在元素周期表中，这些元素都位于铁的左侧，越远离铁，越易形成比铁的碳化物更稳定的碳化物，如TiC、VC、MoC等，这些碳化物在加热时很难溶解，能强烈地阻碍奥氏体晶粒的长大。此外，一些晶粒细化剂如AlN等在钢中可形成弥散质点分布于奥氏体晶界上，阻止奥氏体晶粒的长大，细化晶粒。所以，与相应的碳钢相比，在同样加热条件下，合金钢的组织较细，机械性能更高。（2）合金元素对冷却转变的影响a）大多数合金元素（除钴以外），都能提高过冷奥氏体的稳定性，使C曲线位置右移，临界冷却速度减小，从而提高钢的淬透性。所以对于合金钢就可以采用冷却能力较低的淬火剂淬火，如采用油淬，以减小零件的淬火变形和开裂倾向。合金元素对钢的淬透性的影响，由强到弱可以排列成下列次序：钼、锰、钨、铬、镍、硅、矾。通过复合元素，采用多元少量的合金化原则，对提高钢的淬透性会更有效。图7-3 合金元素对C曲线的影响（a）非碳化物形成元素及弱碳化物形成元素 （b）强碳化物形成元素 对于非碳化物形成元素和弱碳化物形成元素，如镍、锰、硅等，会使C曲线右移，如图7-3（a）所示。而对中强和强碳化物形成元素，如铬、钨、钼、矾等，溶于奥氏体后，不仅使C曲线右移，提高钢的淬透性，而且能改变C曲线的形状，把珠光体转变与贝氏体转变明显地分为两个独立的区域，如图7-3（b）所示。b）除钴、铝外，多数合金元素溶入奥氏体后，使马氏体转变温度Ms和Mf点下降，钢的Ms点越低，Ms点至室温的温度间隔就越小，在相同冷却条件下转变成马氏体的量越少。因此，凡是降低Ms点的元素都使淬火后钢中残余奥氏体含量增加。而钢的残余奥氏体量的多少，对钢的硬度、尺寸稳定性、淬火变形均有较大影响。（3）合金元素对淬火钢回火转变的影响a）对淬火钢回火稳定性的影响。淬火钢在回火过程中抵抗硬度下降的能力称为回火稳定性。由于合金元素阻碍马氏体分解和碳化物聚集长大过程，使回火的硬度降低过程变缓，从而提高钢的回火稳定性。由于合金钢的回火稳定性比碳钢高，若要求得到同样的回火硬度时，则合金钢的回火温度就比同样含碳量的碳钢来的高，回火的时间也长，内应力消除得好，钢的塑性和韧性指标就高。所以，当回火温度相同时，合金钢的强度、硬度就比碳钢高。b）一些碳化物形成元素如铬、钨、钼、钒等，在回火过程中有二次硬化作用。例如高速钢在560回火时，又析出了新的更细的特殊碳化物，发挥了第二相的弥散强化作用，使硬度又进一步提高。这种二次硬化现象在合金工具钢中是很有价值的。c）含铬、镍、锰、硅等元素的合金结构钢，在450600范围内长期保温或回火后缓冷均出现高温回火脆性。这是因为合金元素促进了锑、锡、磷等杂质元素在原奥氏体晶界上的偏聚和析出，削弱了晶界联系，降低了晶界强度而造成的。因此，对这类钢应该在回火后采用快冷的工艺，以防止高温回火脆性的产生。4.合金元素对钢的机械和工艺性能的影响加入合金元素的目的是使钢具有更优异的性能，所以合金元素对性能的影响是我们最关心的问题。合金元素主要通过对组织的影响而对性能起作用，因此必须根据合金元素对相平衡和相变影响的规律来掌握其对机械性能的影响。（1）合金元素对强度的影响强度是金属材料最重要的性能指针之一，使金属材料的强度提高的过程称为强化。强化是研制结构材料的主要目的。金属的强度一般是指金属对塑性变形的抗力。金属强化一般有以下几种方式：a）固溶强化。溶质原子由于与基体原子的大小不同，因而使基体晶格发生畸变，造成一个弹性应力场。此应力场增加了位错运动的阻力，产生强化。固溶强化的强化量与溶质的浓度有关，在达到极限溶解度之前，溶质浓度越大，强化效果越好。一般而言，间隙固溶强化效果比置换固溶强化的效果要强烈得多，其强化作用甚至可差12个数量级。但是，固溶强化是以牺牲塑性和韧性为代价的，固溶强化效果越好，塑性和韧性下降越多。b）细晶强化。晶界或其它接口可以有效地阻止位错通过，因而可以使金属强化。晶界强化的强化量与晶界的数量，即晶粒的大小有密切的关系。晶粒越细，单位体积内的晶界面积越大，则强化量越大。许多碳化物形成元素（如钒、钛、铌）由于其容易与碳形成熔点非常高的碳化物，可以阻碍晶粒的长大，所以具有细化晶粒的作用。晶粒细化是一种非常有效的强化手段，当晶粒细化达到d5以后，得到所谓的超细晶粒，这时纯铁或软钢的屈服强度可以达到400600MPa，接近于中强钢的屈服强度。晶粒细化不仅可以提高强度，而且可以改善钢的韧性，这是其它强化方式难以达到的。因此细晶化，特别是超细晶化，是目前正在大力发展的重要强化手段。c）弥散强化。合金元素加入到金属中，在一定的条件下会析出第二相粒子。而这些第二相粒子可以有效地阻止位错运动。当运动位错碰到位于滑移面上的第二相粒子时，必须通过它，滑移变形才能继续进行。这一过程需要消耗额外的能量，或者需要提高外加应力，这就造成了强化。必须指出，只有当粒子很小时，第二相粒子才能起到明显的强化作用，如果粒子太大，则强化效应将微不足道。因此，第二相粒子应该细小而分散，即要求有高的弥散度。粒子越细小，弥散度越高，则强化效果越好。（2）合金元素对塑性和韧性的影响除了极少数几个置换式合金元素外，所有的合金元素都会降低钢材的塑性和韧性，使钢脆化。一般而言，除了细晶强化能同时提高强度和塑韧性外，所有的强化方式都会降低塑性和韧性。在这些强化方式中，危害最大的是间隙固溶强化，因此，间隙固溶强化尽管能显著提高强度，也不能作为一种实用的基本强化机制。而淬火马氏体必须回火，也是为了减轻间隙固溶强化对塑性和韧性的影响。冷变形强化也会降低塑性和韧性，所以，对于大多数钢来说，冷变形强化只能作为一种辅助的强化方式。相对而言，析出强化（即第二相强化）的脆化作用最小，因此它是应用最广泛的强化方法之一。（3）合金元素对钢的工艺性能的影响合金元素对钢的工艺性能的影响，同样是一个重要问题。材料没有良好的工艺性能，在实际中很难获得广泛的应用。合金元素对钢的工艺性能的影响，主要体现在以下几个方面：a）合金元素对铸造性能的影响铸造性能主要与钢的固相线与液相线温度的高低和它们之间的温度差（结晶区间）有关。固、液相线温度越低，结晶温度区间越窄，则铸造性能越好。因此，合金元素对铸造性能的影响，主要体现在其对相图的影响。一般共晶成分合金的铸造性能最好，由于钢的成分离共晶点很远，所以铸造性能不好。加入高熔点的合金元素后，液态金属粘度增大，铸造性能下降。b）合金元素对锻造性能的影响金属的锻造性能主要取决于热加工时的变形抗力、热加工温度范围的大小、抗氧化能力及氧化皮的性质等因素。由于合金元素的影响，许多合金钢，特别是含有大量碳化物的合金钢与普通碳钢相比，高温强度很高，热塑性明显下降，锻造时容易锻裂。由于合金元素使钢的导热性能下降，所以锻造加热必须缓慢，以免造成热应力。所以，与普通碳钢相比，合金钢的锻造性能明显下降。c）合金元素对焊接性能的影响在钢的焊接性能中，最重要的是钢的焊后开裂的敏感性和焊接区的硬度。通常用“碳当量”来表示成分对焊接性能的影响。对钢而言，含碳量是影响其焊接性能的最重要的因素，含碳量越低，焊接性能越好。在相同的含碳量下，合金元素的含量越高，则焊接性能越差。d）合金元素对切削性能的影响由于许多合金钢含有大量硬而脆的碳化物，所以其切削加工性能比普通碳钢差。而有些合金钢的加工硬化能力很强，其切削加工性能也是很差的。为了提高钢的切削加工性能，可以在钢中加入一些改善切削性能的合金元素，得到所谓易切削钢。最常用的元素是硫，在易切削钢中，硫含量可高达0.080.2%。易切削钢不但使工具寿命延长，动力消耗减少，表面光洁度提高，而且断屑性好，因此广泛用于自动车床上的高速切削，这对于大批生产的一般零件是很有利的。 四、不锈钢的表面3.不锈钢的表面类别常用不锈钢表面处理技术有以下几种处理方法：表面本色白化处理；表面镜面光亮处理；表面着色处理。1.3.1 表面本色白化处理：不锈钢在加工过程中，经过卷板、扎边、焊接或者经过人工表面火烤加温处理，产生黑色氧化皮。这种坚硬的灰黑色氧化皮主要是NiCr2O4和NiF二种EO4成分，以前一般采用氢氟酸和硝酸进行强腐蚀方法去除。但这种方法成本大，污染环境，对人体有害，腐蚀性较大，逐渐被淘汰。目前对氧化皮处理方法主要有二种： 喷砂（丸）法：主要是采用喷微玻璃珠的方法，除去表面的黑色氧化皮。 化学法：使用一种无污染的酸洗钝化膏和常温无毒害的带有无机添加剂的清洗液进行浸洗。从而达到不锈钢本色的白化处理目的。处理好后基本上看上去是一无光的色泽。这种方法对大型、复杂产品较适用。不锈钢由于在表面形成了称为钝化膜的致密的保护膜而实现了耐蚀性。钝化膜是氧羟基、水和铬的化合物，旦表面有伤痕保护膜就脱落，但周围存在的水和氧会使其再生，维持耐蚀性，这样不锈钢的表面就保持了自身的修复力。这种钝化膜非常薄，只有l-3mm。钢在低温短时间淬火时就带有回火色，而这层氧化皮的厚度为100200mm，也就是说，钝化膜是其厚度的1/100左右，从不同的角度能看到回火色不同的颜色，氧化皮具有其自身的颜色，光能够透过。氧化皮薄时，在氧化皮和钢的界面反射的光也能到达人的眼睛。这种光与氧化皮最表面反射的光相干扰发生的颜色(干扰色)可以看见，根据看到的角度。透过氧化皮的距离是不同的，所以干扰色也不同，由于看到的角度不同，回火色颜色亦不同，这是干扰造成的影响。另外，当氧化皮像钝化膜那样薄时，也不发生干扰，可以看到不锈钢自身的金属光泽。这样，在钝化膜非常薄且具有自身修复力时，不锈钢就显示出优良的金属光泽，并能长久保持，因此，就开始以钢的本色状态进行使用。不锈钢有时表面为“白色”，这主要是化学厂使用的热轧产品(No.1加工)，在薄板轧制的时代，由于铁鳞和轧辊形状的影响，冷轧制品在制后的表面也不平滑，并且酸洗时间也长，晶界被浸蚀很深。于是，在凹凸的不锈钢表面由于光的乱反射显示山“微弱的”银白色的光泽，形成了“白色钢”。另一方面，不锈钢薄板旦变成卷板生产，就变为“发亮不锈钢”。冷轧产品(No.2B加工)采用了小直径工作辊，可以频繁交换，所以平滑的辊表面就可以复印在轧材表面。由于缩短了退火、酸洗时间，晶界浸蚀受到抑制，这些改善使得表面非常平滑，从而实现了具有光亮的表面产品。当进一步需要光泽时，可在氮气和氧气的气氛中进行光亮退火，避免因表面氧化和酸洗导致的晶界浸蚀，这样不锈钢就可以根据表面的凹凸程度，产业非常不同的图像。因此开发了控制表面凹凸、具有各种观赏性的表面加工方法抛光加工抛光加工是控制表面凹凸最有效的手段，不锈钢在开发初期也是根据用途用刀子和叉子之类的工具进行研磨。这些用途需要不锈钢具有高的光泽度，在成型加工后必须抛光。平滑的宽幅冷轧板卷一般采用宽幅无接头研磨带抛光的方式，供给的研磨品为板卷状，价格便宜。大面积均匀光泽的研磨材已被用于建筑的内外装饰。研磨品不仅需要观赏性，而且为了板卷形状平直，更需要扩大其轧制成型性，由于这种轧制成型加工能使拱肩等长尺寸构件大量地、高尺寸精度地成型生产，并且价格也很低廉。不锈钢经退火、酸洗后，其表面的晶界披浸蚀，易受异物粘附，成为生锈的原因。采用抛光的方法，可使表面平滑，易于清洗也便于发现污物的残留。改变研磨砂粒号的和HL等标准化的共有9种不锈钢表面。此外，还开发了具有不规则研磨料号的振动加工和与着色、压花加工组合的多种加工方法。在建材和家电方面，在许多用途上采用了观赏性和功能性相组合的方法，为防止在表面凹凸处杂菌繁殖，还使用了具有保健作用的电解抛光的方法。涂层加工古老建筑物上使用的不锈钢经观察发现在雨水冲刷的部分不生锈，而屋檐顶棚这些雨水冲不到的部分却生了锈。若把不锈钢置于异物粘附的状态，则粘附物接触的表面的钝化膜就被破坏，不能修复而发生腐蚀，为此要进行建筑物的维修管理，要经常用水清洗和每年一次用清洗剂清洁。实际上清洁大厦之类的建筑物需要大量的经费，因此，为了使建筑物易于维修，使用了涂层不锈钢。涂膜通过水和氧的作用，时间长彩色普通钢板就发生腐蚀，但对不锈钢来说，由于钝化膜存在起到了有利的保护作用。另外，还由于涂膜使异物不能直接粘附到不锈钢表面，故保护了钝化膜不被破破坏，可望达到半永久性的寿命。不锈钢表面一旦涂层就会失去本身的光泽和色调，使外观与彩色钢板一样，因此开发了能看见不锈钢基体的透明涂层。但是，在建筑领域重视观赏性，故又开发了各种彩色涂层，它与抛光加工不同，具有下列优点：焊接部的修理简单，由于调整光泽，板的凹陷不明显等。涂层材不仅具有观赏性，而且还开发了兼有耐热性、防水性、抗菌性及润滑性等功能的制品，并期待着扩大使用。其它的加工SUS301等亚稳定奥氏体系不锈钢其加工硬化性大，利用该特点大多在轧制状态作为各种弹簧材使用，除研磨品外在控制表面凹凸的制品中，还开发了压印辊子花纹的压花加工和使用玻璃珠的喷丸清理加工等观赏性高的各种制品。除涂层外，作为不锈钢的着色方法有化学着色法、离子喷镀法、电镀法和色覆法等，使用于高级建材等部门。维持耐蚀性的钝化腆其电阻高钎焊性不良，于是在表面进行镀镍用于弹簧接点等处。条钢由于采用磨削和拉拔，要进行平滑性和光泽不同的各种加工。不锈钢制造过程中的表面处理法以及机械研磨表面处理法 表面特征制造法概要用途NO.1银白色，无光泽热轧到规定厚度，再经退火和除鳞的一种粗糙、无光表面不需要有表面光泽的用途NO.2D银白色冷轧后进行热处理和酸洗，有时在毛面辊进行最终的一道轻轧的一种无光表面加工2D产品用于对表面要求不严的用途，一般用材，深冲用材NO.2B光泽强于NO.2DNO.2D处理后，经过抛光辊进行最终一道轻度冷轧，以取得适当光泽。这是最常用的表面加工，该加工也可作为抛光的第一步。一般用材BA光亮如镜无标准，但通常是光亮退火的表面加工，表面反射性很高。建筑材料，厨房用具NO.3粗研磨将NO.2D和NO.2B材，用100200#（单位）的砥粒研磨带，进行研磨建筑材料，厨房用具NO.4中间研磨将NO.2D和NO.2B材，用150180#砥粒研磨带进行研磨而获得的抛光表面，这是通用的，有镜面反射的带有可见晶粒的光亮表面同上NO.240细研磨将NO.2D和NO.2B材，用240#砥粒研磨带进行研削厨房用具NO.320极细研磨将NO.2D和NO.2B材，用320#砥粒研磨带进行研削同上NO.400光泽接近于BA将NO.2B材，用400#抛光轮进行研削一般用材，建筑用材，厨房用具HL发纹研磨适当粒子大小的研磨材料进行发纹研削（150240#）其砥粒很多楼房，建筑用材NO.7接近于镜面研磨用600#回转抛光轮进行研磨美术用，装饰用NO.8镜面研磨镜子用抛光轮进行研磨反光镜，装饰用结束语不锈钢由于含有高价的镍再生利用性高，作为在环境不是十分恶劣的条件下使用的材料，其存在价值愈来愈高，生产量不断增大，为此，有必要满足在各种用途方面的高精度高功能性的要求，进行表面改质处理就是最重要的个方法。我们期待从事不锈钢工作的人们，今后能开发出更美观、功能性更高的表面材料不断适应时代的要求。五、 不锈钢产品加工过程中存在问题1 焊缝缺陷：焊缝缺陷较严重，采用手工机械打磨处理方法来弥补，产生的打磨痕迹，造成表面不均匀，影响美观。2 表面不一致：只对焊缝进行酸洗钝化，也造成表面不均匀，影响美观。3 划痕难除去：整体酸洗钝化，也不能将加工过程中产生的各种划痕去掉，并且也不能去除由于划伤、焊接飞溅而粘附在不锈钢表面的碳钢、飞溅等杂质，导致在腐蚀介质存在的条件下发生化学腐蚀或电化学腐蚀而生锈。4 打磨抛光钝化不均匀：手工打磨抛光后进行酸洗钝化处理，对面积较大的工件，很难达到均匀一致处理效果，不能得理想的均匀表面。并且工时费用，辅料费用也较高。5 酸洗能力有限：酸洗钝化膏并不是万能的，对等离子切割、火焰切割而产和黑色氧化皮，较难除去。6 人为因素造成的划伤比较严重：在吊装、运输和结构加工过程中，磕碰、拖拉、锤击等人为因素造成的划伤比较严重，使得表面处理难度加大，而且也是处理后产生锈蚀的主要原因。7 设备因素：在型材、板材卷弯、折弯过程中，造成的划伤和折痕也是处理后产生锈蚀的主要原因。8