不锈钢的基础知识(王文华)PPT课件

不锈钢的基础知识 鑫众钢铁营销人员入职培训资料 王文华 2012年12月 2 一 不锈钢发展史 1797年 法国的沃克兰发现了化学元素铬 从红铅矿和盐酸反应的产物里提出Cr2O3 用木炭加热得到金属Cr 1911年德国人蒙娜尔茨 P Monnartz 揭示了钢的耐蚀性原理并提出了钝化的概念 1913年 英国人布里尔利 H Brearly 发明了含12 13 Cr的马氏体不锈钢并获得专利 1914年 美国人Dantsizen发明了含16 Cr 0 10 C的铁素体不锈钢 1914年 德国人毛雷尔 E Maurer 和施特劳斯 B Strauss 发明了0 1 C 15 20 Cr 20 Ni的奥氏体不锈钢 并于1929年取得了低碳18 8 Cr 18 Ni 8 的专利权 1931年 在法国的Uniex实验室发现了奥氏体不锈钢中含有铁素体时 钢的晶间腐蚀性能有明显改善 从而开发了双相不锈钢 3 1952年以后我国开始生产加工不锈钢 用于餐具 钢笔和手表 并从苏联进口不锈钢材 在军工和重点项目上使用 1956年仿制了1Cr18Mn8Ni5N AISI204 在此基础上 先后开发了1Crl8Mn8Ni5Mo3N 0Cr18Mn14N和1Cr25Mn5N等 60年代初开始生产0Cr21Ni5Ti 0Cr21Ni5Mo2Ti双相不锈钢并研制沉淀硬化型不锈钢 在电弧炉中首次冶炼成功超低碳奥氏体不锈钢 70年代初期 我国开始仿制18 5型双相不锈钢00Crl8Ni5Mo3Si2 80年代初 我国研制的AOD和引进的VOD精炼不锈钢装备开始投入使用 90年代初期我国不锈钢钢锭最高年产量达到34万t 产品的内在质量有了很大提高 二 我国不锈钢发展史 4 二 我国不锈钢发展史 90年代以后 不锈钢消费量直线上升 从2001年表观消费量超过美国达到225万吨 成为世界第一不锈钢消费大国 2008年我国不锈钢表观消费量624万吨 2008年我国不锈钢粗钢生产量694 3万吨 2008年我国不锈钢进口量121 25万吨 2008年我国不锈钢出口量105 66万吨 5 三 不锈钢基础知识简介 不锈钢是不锈钢和耐酸钢的总称 在冶金学和材料科学领域中 依据钢的主要性能特征 将含铬量大于11 7 且以耐蚀性和不锈性为主要使用性能的一系列铁基合金称为不锈钢 不锈钢是指在大气中不容易生锈的钢 不锈钢指在特定条件下在酸 碱 盐中耐蚀的钢 不锈钢 钢 Fe C C小于2 不生锈 不氧化 铬氧化膜保护钢的机体 膜厚度1to10nm 6 三 不锈钢基础知识简介 Cr对不锈钢的耐腐蚀性的影响 7 三 不锈钢基础知识简介 Cr Ni 当量的概念 奥氏体形成元素 C Ni Mn Cu N等 铁素体形成元素 Cr Si Ti Nb Mo等 Cr 当量和 Ni 当量 Cr Cr Mo 1 5Si 1 5Ti 0 5Nb Ni Ni 30 C N 0 5Mn 0 3Cu 大体上来说 通过某一钢号 Cr Ni 当量的值就能预测最终成品的组织和性能 8 三 不锈钢基础知识简介 不锈钢的类别 9 三 不锈钢基础知识简介 马氏体不锈钢 马氏体不锈钢在高温热轧状态为奥氏体组织 在随后的冷却过程中 奥氏体转变为马氏体 马氏体不锈钢具有高的强度和硬度 有磁性 通过热处理可以调整钢的力学性能 马氏体不锈钢的Cr含量一般在12 18 10 三 不锈钢基础知识简介 铁素体不锈钢 铁素体不锈钢从高温到室温均为体心立方结构的铁素体组织 因此不能采用热处理方法改变其组织结构 也就是不能用热处理方式进行强化 铁素体不锈钢有磁性 易于成型 有良好的在耐蚀性 铁素体不锈钢的Cr含量一般在12 30 11 三 不锈钢基础知识简介 交通运输用不锈钢 12 三 不锈钢基础知识简介 奥氏体不锈钢 奥氏体不锈钢从高温到室温均为面心立方结构的奥氏体组织 在正常热处理条件下 钢的基体组织为奥氏体 以及少量的碳化物 相和 相等第二相 此类钢不能通过热处理方法改变它的力学性能 只能采用冷变形的方式进行强化 奥氏体不锈钢无磁性 有良好的低温性能和成型性 不锈钢工业板 13 三 不锈钢基础知识简介 双相不锈钢 双相不锈钢有奥氏体 铁素体 马氏体 铁素体等 常用的双相钢是指由奥氏体 铁素体两相组成的组织 两相之间的比例可以通过改变合金成分或热处理制度来调整 此类钢屈服强度高 耐点蚀 耐应力腐蚀 易于成型和焊接 沉淀硬化不锈钢 沉淀硬化不锈钢按其组织可分成马氏体沉淀硬化不锈钢 如0Crl7Ni4Cu4Nb 半奥氏体沉淀硬化不锈钢 如OCrl7Ni7Al 和奥氏体沉淀硬化不锈钢 Ni3Al Ni3Cu的金属间化合物 沉淀硬化 14 三 不锈钢基础知识简介 15 三 不锈钢基础知识简介 不锈钢的腐蚀 1 不锈钢耐腐蚀性的含义及原理不锈钢是一种较耐腐蚀的钢 但不是绝对不生锈的钢 到目前为止没有发明在任何条件下均不腐蚀的钢 因此具体的钢种是适应在一定的的使用环境中使用 不锈钢的耐腐蚀原理为 在钢的表面铬与氧结合生成Cr2O3钝化膜 这种钝化膜结构致密 稳定 厚度1 6nm 是金属基体的保护膜 并且随着钢中铬含量的增加 钝化膜的厚度和强度也会相应增加 因此 在大气 水等弱介质中和硝酸等氧化性介质中 钢的耐腐蚀性随着其中铬含量的提高而加强 当铬含量 12 时 钢的耐蚀性发生突变 即从易生锈到不易生锈 从不耐蚀到耐腐蚀 所以通常称不锈钢是铬含量为12 以上的铁基合金 16 三 不锈钢基础知识简介 不锈钢耐腐蚀性的分类 17 三 不锈钢基础知识简介 不锈钢材料的基本性能 1 屈服强度 力学符号 0 2 英文缩写YS 0 2 P0 2 F0P0 2 拉伸试样塑性变形量为0 2 时承受的载荷F0 拉伸试样的原始截面积材料的屈服强度小 表示材料容易屈服 成形后回弹小 贴模性和定形性好 2 抗拉强度 力学符号 b 英文缩写TS b Pb F0Pb 拉伸试样断裂前承受的最大载荷F0 拉伸试样的原始截面积材料的抗拉强度大 材料变形过程中不容易被拉断 利于塑性变形 18 三 不锈钢基础知识简介 3 屈强比 0 2 b 屈强比对材料冲压成形性能影响很大 屈强比小 材料由屈服到破裂的塑性变形阶段长 成形过程中发生断裂的危险性小 有利于冲压成形 一般来讲 较小的屈强比对材料在各种成形工艺中的抗破裂性都有利 常见不锈钢材料的屈强比 19 三 不锈钢基础知识简介 延伸率 力学符号 英文缩写EL 延伸率是材料从发生塑性变形到断裂的总的伸长长度与原有长度的比值 即 L L0 L 100 式中 材料的延伸率 L 试样被拉断时的长度 mm L0 拉伸前试样的长度 mm 材料的延伸率大 就是材料允许的塑性变形程度大 抗破裂性好 对拉深 翻边 胀形各类变形都有利 一般来说 材料的翻边系数和胀形性能 埃里克森值 都与延伸率成正比关系 20 三 不锈钢基础知识简介 5 应变硬化指数 n 应变硬化指数就是通常所说的n值 表示材料冷作硬化现象的一个指标 可以反映材料的冲压成形性能 应变硬化指数大 显示材料的局部应变能力强 防止材料局部变薄能力强 使变形分布趋于均匀化 材料成形时的总体成形极限高 6 晶粒度 N 晶粒度N级别越高 单位截面积上的晶粒数越多 材料的晶粒就越细 强度越大 304钢种的晶粒度一般要求在7 9级之间 21 三 不锈钢基础知识简介 304钢种的晶粒度与机械性能的关系 晶粒较大时 有利于提高材料的塑性应变比 R 并降低屈强比和屈服伸长 但晶粒较大时 它们在材料表层取向不同 变形量差异比较明显 材料表面易出现 桔皮 现象 细化晶粒可减轻桔皮现象发生 但晶粒过细 R值会减小 屈强比和屈服伸长都会增大 不利于成形 22 三 不锈钢基础知识简介 不锈钢的冲压性能 基本的冲压成形加工工艺有拉深工艺胀形工艺翻边工艺 包括扩孔 弯曲工艺 拉深成形工艺 拉深是利用专用模具将冲裁或剪裁后所得到的平板坯料制成开口的空心件的一种冲压工艺方法 其特点是板料在凸模的带动下 可以向凹模内流动 即依靠材料的流动性和延伸率成形 如图1所示 宝新生产的304Cu 304Ni8 5和304Ni9比较适合于这种冲压方式 23 三 不锈钢基础知识简介 胀形成形工艺 胀形是利用模具强迫坯料厚度减薄和表面积增大 以获取零件几何形状的冲压加工方法 特点是坯料被压边圈压死 不能向凹模内流动 完全依靠材料本身的延伸成形 宝新304钢种中来自日本日新制钢的原料比较适合于这种冲压方式 24 三 不锈钢基础知识简介 不锈钢常见表面加工等级 25 三 不锈钢基础知识简介 不锈钢的标准 26 三 不锈钢基础知识简介 常见钢种化学成分和牌号对照 27 三 不锈钢基础知识简介 常见钢种特性及用途 28 三 不锈钢基础知识简介 对200系不锈钢的认识 二战时期 作为战略物资的镍各个国家都严格控制使用 为了解决镍供应量严重不足的困境 美国首先开发出含镍低的200系不锈钢的产品 作为300系列产品的应急和补充 在特定的历史条件下 该产品的开发和使用 其积极意义不言而喻 但随着欧美国家对该产品的认识不断提高 发现其性能具有很大的局限性 一直在有限的范围内使用 一般用于中性干燥环境中的结构支撑领域 如照明设备 电信杆 汽车框架等普通用途 在成熟的不锈钢主要生产国和消费国中 其生产和消费约占不锈钢总量的1 200系不锈钢的特征 29 含镍量均在4 左右 国际标准ISO15510及中国国家标准均列有相近化学成份的牌号 在200系列的不锈钢中 是用足够的锰和氮来代替镍 镍的含量越低 所需要加入的锰和氮就越高 形成100 的奥氏体结构 因此200系不锈钢具备奥氏体钢的无磁特性 但由于抗晶间腐蚀和抗点腐蚀能力明显低于300系不锈钢 使用范围具有局限性 三 不锈钢基础知识简介 在国内市场上销售的名称为 2