不锈钢分类性质及用途

7不锈钢带生产不锈钢是一种高合金钢，轧制变形抗力较大，加工硬化程度很高，是碳素钢的23倍。7.1 不锈钢的分类、性能及用途7.1.1 不锈钢的分类不锈钢通常是指铬含量（质量分数）为1230的铁基合金。通常将在大气、水蒸气和淡水等腐蚀性较弱的介质中不生锈的钢种称为不锈钢；将在酸、碱、盐等腐蚀性强烈的环境中具有耐腐蚀性的钢种称为耐酸钢。一般通称不锈钢和耐酸钢为不锈钢。不锈钢的发明已有80多年的历史。我国从1952年开始生产不锈钢。不锈钢的钢种很多，性能各异，因此，有多种分类方法；（1）按钢的组织结构分类，如奥氏体不锈钢、铁氏体不锈钢、马氏体不锈钢、双向不锈钢和沉淀硬化不锈钢等。（2）按钢中的主要化学成份或钢中的一些特征元素来分类，如铬不锈钢，铬镍不锈钢、铬镍钼不锈钢，以及超低碳不锈钢、高钼不锈钢、高纯不锈钢等；（3）按钢的性能特点和用途分类，如耐硝酸（硝酸级）不锈钢、耐硫酸不锈钢、耐点蚀不锈钢、耐应力腐蚀不锈钢、高强度不锈钢等；（4）按钢的功能特点分类，如低温不锈钢、无磁不锈钢、易切削不锈钢、超塑性不锈钢等。通常按不锈钢最终热处理得到的组织结构特点，可将不锈钢分为5大类：（1）马氏体不锈钢。马氏体不锈钢含1218Cr、0.1以上C（质量分数），和普通钢一样能通过淬火强化。当加热至临界温度以上快冷时，可获得马氏体组织。这类钢具有高的硬度和强度，但耐蚀性较差，不宜在苛刻的环境中使用。（2）铁素体不锈钢。铁素体不锈钢含1230Cr、0.1以下C（质量分数），加热时不发生相变，一般不能用热处理强化。这类钢具有3种脆性倾向，即475脆性，相析出脆性和晶粒长大引起的脆性，常采用退火后急冷获得良好的性能。（3）奥氏体不锈钢。奥氏体不锈钢含1225Cr、830Ni（质量分数），为铬镍钢或以锰或锰镍代替镍，为铬锰钢，但后者用量较少。其它改善强度或耐酸性的合金元素为碳、铜、钼、铌、钛、铝等。加热时组织稳定，不能通过淬火强化。（4）双相不锈钢。双向不锈钢是在奥氏体组织中增加铁素体形成元素的含量后获得的，在固溶处理使用状态下为奥氏体铁素体组织。（5）沉淀硬化不锈钢。沉淀硬化不锈钢固溶处理后具有奥氏体或马氏体组织，经强化处理后具有很高的强度和硬度。钢的耐蚀性同热处理及组织有很大的关系。7.1.2不锈钢的成分、性能及组织7.1.2.1马氏体不锈钢马氏体不锈钢主要是铬含量（质量分数）不低于12（一般在1218之间）的高铬钢。其铬含量的下限由不锈性决定，其上限由高温奥氏体稳定区域决定。马氏体不锈钢还含有比铁氏体不锈钢更高的碳含量（碳的质量分数为0.11.0）。随着碳含量的增加，它的强度、硬度、耐磨性、切削性等显著提高，而耐蚀性则下降。当碳的质量分数为0.1左右时，淬火后的组织由马氏体和铁素体组成；碳的质量分数为0.20.4时，淬火后得到全部马氏体组织（当碳含量为上限时，有少量碳化物）。有时为了提高钢的力学性能和耐蚀性能，向钢中加入一定量的镍、钼、钒、钴、硅、铜等元素，为改善钢的切削加工性，获得好的表面粗糙度，有时向钢中加入硫或硒等元素。马氏体不锈钢的密度、线膨胀系数、比热容和弹性模数与未经合金化的中碳钢区别不大；由于铬含量高，钢的导热系数较低；碳含量高，塑性和韧性也较奥氏体和铁素体差；电阻比中碳钢高45倍，并且有铁磁性。马氏体不锈钢经淬火后，变更回火温度可获得不同的力学性能。马氏体不锈钢可在空气中淬硬，故焊接性能不良，一般均不作焊接部件。当必须在焊接后使用时，焊前要进行预热，焊后要进行焊后热处理或设法消除内应力。碳含量特别高的钢无法进行焊接。随着碳含量的提高，马氏体不锈钢的焊接性、延伸性、成形性都将便差。高温淬火或空冷后具有马氏体及残余奥氏体的混合组织，内应力大，较脆，其他性能也多不稳定，因此必须进行回火，以尽可能地消除内应力和脆性，并调整其它性能。回火可分为高温回火（560650，目的在于调整力学性能）及低温回火（150370，目的在于消除应力）两类。由于马氏体不锈钢在400550范围内有第一回火脆性，故一般不在该温度范围内进行回火。当马氏体不锈钢在加工过程中需要软化时，常进行工序间的低温退火（750）。马氏体不锈钢的淬火温度一般为9501150，碳含量和要求硬度愈高时，淬火温度应愈高（主要使碳化物较完全地溶解）。马氏体不锈钢的化学成分、钢带的热处理制度、力学性能，特点和用途，以及力学性能与回火温度的关系见表71表76。表71马氏体不锈钢的化学成分（GB423991）序号牌号化学成分（质量分数）CSiMnPSCr11Cr120.150.501.000.0350.03011.5013.0020Cr130.081.001.000.0350.03011.5013.0031 Cr130.151.001.000.0350.03011.5013.0042Cr130.160.251.001.000.0350.03012.00-14.0053Cr130.26-0.401.001.000.0350.03012.00-14.0063Cr160.25-0.401.001.000.0350.03015.00-17.0077Cr170.60-0.751.001.000.0350.03016.00-18.00注：1.表中所列牌号允许含有不大于0.60（质量分数）的镍。2.7Cr17可添加不大于0.75（质量分数）的钼表7-2马氏体不锈钢带的热处理制度（GB4239-91）。序号牌号热处理/退火淬火回火11Cr12约750快冷或800-900缓冷20Cr13800-900缓冷31 Cr13800-900缓冷42Cr13约750快冷或800-900缓冷53Cr13800-900缓冷980-1040快冷150-400空冷63Cr16800-900缓冷77Cr17800-900缓冷1010-1070快冷150-400空冷注：1.当需方要求时可采用淬火、回火处理。2.可用淬火回火代替退火，以满足力学性能的要求。表7-3退火状态马氏体钢带的力学性能序号牌号拉力试验硬度试验弯曲试验180d-弯曲直径a-钢带厚度0.2/MPab/MPa5/HRBHV11Cr122054402093210d=2a20Cr13205410208820031 Cr13205440209321042Cr13225520189723453Cr13225540189924763Cr1724559015HRC25269表7-4淬火回火马氏体钢的硬度（GB4239）序号牌号HRC53Cr134077Cr1740表7-5马氏体不锈钢的特性和用途序号牌号特性和用途11Cr12作为汽轮机叶片及高应力部件之良好的不锈耐热钢20Cr13为提高1 Cr13的耐蚀性、加工成形性的钢种31 Cr13具有良好的耐蚀性、机械加工性。一般用途、刃具类42Cr13淬火状态下硬度高，耐蚀性良好。作汽轮机叶片53Cr13比2Cr13淬火后的硬度高，作刃具、喷嘴、阀座、阀门等63Cr16适用于要求耐磨性和耐蚀性的用途。作摩托车阀、盘等77Cr17硬化状态下坚硬，但比8 Cr17 、11Cr11韧性高。作刃具、量具、轴承表7-6马氏体不锈钢的力学特性和和回火温度的关系中国标准GB美国标准AISI淬火温度/淬火温度回火温度/抗拉强度/MPa屈服强度/MPa神长率/断面收缩/埃左冲击功/J硬度HBHRCHBHR1Cr121Cr13403410982410432041309.2999.3155547.67390C413151240.513965.0155547.67375C394271343.51033.61755390C41538999.3792.42065300C31649758.1585.52365101.49225B97760619.8412.93070135.33180B89416982410432041309.2999.3124527.07390C413151240.5965.0134527.07375C394271343.51033.61350390C41538999.3792.41550300C31649758.1585.5185540.60225B97760619.8412.9256681.20180B89414982425442041378.81033.3155560.90410C433151309.2999.3155560.90400C414271378.81033.61658415C43538999.3826.72060290C30649826.7723.7206567.67250C221CR17Ni24311038440452041413.11067.9155540.60415C433151343.51033.6155560.90400C414271413.11067.91560415C435381033.6895.31860325C34649861.0654.1206067.67260C242Cr134201038540543151585.71343.582513.53500C507Cr17440A1038570563151792.71654.45205.39510C519Cr18MoV440B1038590583151929.9191861.33154.02555C559Cr18Mo440C1038610603151964.31895.62102.75580C577.1.2.2铁素体不锈钢铁素体不锈钢是指铬含量（质量分数）一般为12-30、结构为体心立方的铁基合金。铁素体不锈钢一般不含镍，价格较铬镍奥氏体不锈钢低廉，不仅节省镍，而且抗应力腐蚀破裂性能好。铁素体的显微结构从本质上决定了铁素体不锈钢的冲击韧性差，有各种脆性，焊后塑性和耐蚀性差，对晶间腐蚀敏感，耐点蚀性能差等。虽然其价格较低廉，但是其特性中的缺点却较大地限制了普通铁素体不锈钢的应用，这是铁素体不锈钢发展较早，而在应用上远比上铬镍奥氏体不锈钢的主要原因。加入各种元素后，可以提高铁素体不锈钢的耐蚀性。尤其是在20世纪70年代后，运用各种精练技术，已经能生产出各种碳、氮含量及低的高纯级和超纯级耐酸不锈钢。这种不锈钢基本上克服了上诉各种缺点，成为了一种耐蚀性能好又廉价的不锈钢，其用途正在不断扩大，研究和开发工作也在向纵深发展，是一类很有前途的钢种。铁素体不锈钢的化学成分、热处理制度，特性和用途见表7-7表7-10表7-7铁素体不锈钢的化学成分（GB4239-39）序号牌号化学成分（质量分数）/CSiMnPSCrMoN其他10Cr13Al0.081.001.000.0350.3011.50-14.50200Cr120.0301.001.000.0350.3011.00-13.5031Cr150.121.001.000.0350.3014.00-16.0041CR170.120.751.000.0350.3016.00-18.00500Cr170.0300.751.000.0350.3016.00-1919.0061Cr17Mo0.121.001.000.0350.3016.00-18.000.75-1.25700Cr17Mo0.0251.001.000.0350.3016.00-19.000.75-1.250.025800Cr18Mo20.0251.001.000.0350.3017.0-20.000.75-1.250.025900Cr30Mo20.0100.400.400.300.02028.50-32.000.75-1.250.0251000Cr27Mo0.0100.400.400.300.02025.00-27.500.75-1.250.025注：1.除00Cr30Mo2、00Cr27Mo钢外，其他钢允许含有不大于0.60（质量分数）的镍。2.00Cr30Mo2、00Cr27Mo允许含有不大于0.50（质量分数）的镍，不大于0.20（质量分数）的铜，而Ni+Cu的质量分数应不大于0.50。 表7-8铁素体不锈钢带的热处理制度（GB4239-91）10Cr13Al780-830快冷或缓冷61Cr17Mo780-850快冷或缓冷200Cr12700-820快冷或缓冷700Cr17Mo800-1050快冷或缓冷31Cr15780-850快冷或缓冷800Cr18Mo2800-1050快冷或缓冷41Cr17780-850快冷或缓冷900Cr30Mo2900-1050快冷或缓冷500Cr17780-950快冷或缓冷1000Cr27Mo900-1050快冷或缓冷表7-9退火状态的铁素体不锈钢带的力学性能（GB4239-91）序号牌号拉力试验硬度试验弯曲试验屈服强度0.2/MPa拉伸强度b/MPa伸长率5/HRBHV1800d-弯心直径a-钢带厚度不小于不大于10Cr13Al1754102088200D=a200Cr121953652288200D=2a31Cr15205450228820041Cr172054502288200500Cr17175365228820061Cr17Mo2054502288200700Cr17Mo2454102096230800CrMo22454102096230900Cr30Mo229545022952201000Cr27Mo22454102290200表7-10铁素体不锈钢的特性和用途（GB4239-91）序号牌号特性和用途10Cr13Al从高温下冷却不产生显著硬化。可作汽轮机材料，淬火用部件，复合材料200Cr12比0Cr13碳含量低，焊接部位弯曲性能，加工性能、耐高温氧化性能好。可作汽车排气处理装置、锅炉燃烧室、喷嘴31Cr15为1Cr17改善焊接的钢种41Cr17耐蚀性良好的通用钢种。可用于建筑内装饰、重油燃烧部件、家庭用具、家用电器部件500Cr17在牌号1Cr17中加入钛或铌，降低碳含量，改善加工性，焊接性能。作温水槽、热水供应器、卫生器具、家庭用耐用机器、自行车轮缘61Cr17Mo为1Cr17的改良钢种，比1Cr17抗盐溶液性强。作为汽车外装材料用700Cr17Mo降低1Cr17Mo中的碳和氮、单独或复合加入钛、铌或锆，使加工性和焊接性改善。用于建筑内外装饰、车辆部件、厨房用具、餐具800CrMo2钼比00Cr17Mo多，而耐蚀性提高。作贮水槽。太阳能温水器、热交换器、食品机器、染色机械等，耐应力腐蚀破裂900Cr30Mo2高CrMo系，碳、氮降至极低，耐蚀性很好。作与已酸、乳酸等有机酸等有关的设备，制造苛性碱设备，耐卤离子应力腐蚀破裂，耐点腐蚀1000Cr27Mo2要求性能、用途、耐蚀性和软磁性与00Cr30Mo2类似7.1. 2.3奥氏体不锈钢奥氏体不锈钢是不锈钢种类中钢种最多、使用量最大的一种，约占不锈钢总产量的65-70。一般认为此种钢是在铁铬合金系列中加入面心立方元素，例如镍、锰等，使之在室温下获得奥氏体组织。最常用的奥氏体不锈钢是铁-铬镍系合金，即美国AISI标准的300系奥氏体不锈钢。此外，还有铁铬镍锰（或称铁铬锰）即美国AISI标准的200系奥氏体不锈钢，以及特殊奥氏体不锈钢。由于奥氏体不锈钢具有全面、良好的综合性能，在工业上获得了广泛的应用。奥氏体不锈钢1913年在德国问世，成分为Cr18Ni8（18-8）。在随后的80多年内，其成分在18-8的基础上有以下几方面的发展：（1）加钼改善了钢的点蚀和耐缝隙腐蚀性；（2）降低碳含量或加钛或铌、钽稳定化元素，减小了焊接材料的晶间腐蚀倾向；（3）加铬和镍改善高温抗氧化性和强度；（4）加镍改善抗应力腐蚀性能；（5）加硫、硒改善切削性和结构件表面精度。奥氏体不锈钢的化学成分、热处理制度、力学性能、特性和用途见表7-11表7-15表7-11奥氏体不锈钢的化学成分（GB4239-91）序号牌号化学成分（质量分数）/CSiMnPSNiCrMoN.其他1. 11Cr17Mn6Ni5N0.151.007.50-10.00.0600.0303.5-5.516.00-18.000.252. 0.21Cr18Mn8Ni5N0.151.007.50-10.00.0600.0304.00-6.0017.00-119.000.253.2Cr13Mn9Ni40.15-0.251.008.00-10.00.0600.0303.70-5.0012.00-14.004.1Cr17Ni70.151.002.000.0350.0306.00-8.0016.00-18.005.1Cr17Ni80.08-0.121.002.000.0350.0307.00-9.0016.00-18.006.1Cr18Ni90.151.002.000.0350.0308.00-10.0017.00-19.007.1Cr18Ni9Si30.152.00-3.002.000.0350.0308.00-10.0017.00-19.008.0Cr18Ni90.071.002.000.0350.0308.00-11.0017.00-119.009.00Cr19Ni100.0301.002.000.0350.0308.00-12.0018.00-20.0010.0Cr19Ni9N0.081.002.500.0350.0307.00-10.5018.00-20.000.10-0.2511.0Cr19Ni10NbN0.081.002.500.0350.0307.50-10.5018.00-20.000.10-0.25Nb0.1512. i500Cr18Ni10N0.031.002.000.0350.0308.5-11.517.00-19.0013.1Cr18Ni120.121.002.000.0350.03010.50-13.0017.00-19.0014.0Cr23Ni130.081.002.000.0350.03012.00-15.0022.00-24.0015.Ni20Cr2500.081.502.000.0350.03019.00-22.0024.00-26.0016.0Cr17Ni12Mo20.081.002.000.0350.03010.00-14.0016.00-18.002.00-3.0017.00Cr17Ni14Mo20.031.002.000.0350.03012.00-15.0016.00-18.002.00-3.0018.0Cr17Ni12Mo2N0.081.002.000.0350.03010.00-14.0016.00-18.002.00-3.000.10-0.2219.00Cr17Ni13Mo2N0.0301.002.000.0350.03010.50-14.5016.5-18.502.00-3.000.12-0.2220.0Cr18Ni12Mo2Cu0.081.002.000.0350.03010.00-14.0017.00-19.001.20-2.75Cu=1.00-2.5021.00Cr18Ni14Mo2Cu20.0301.002.000.0350.03012.00-16.0017.00-19.001.20-2.75Cu=1.00-2.5022.0Cr19Ni13Mo30.081.002.000.0350.03011.00-15.0018.00-20.003.00-4.0023.00Cr19Ni13Mo30.0301.002.000.0350.03011.00-15.0018.00-20.003.00-4.0024.0Cr18Ni16Mo50.0401.002.500.0350.03015.00-17.0016.00-19.004.00-6.0025. (1Cr18Ni9Ti0.121.002.000.0350.0308.00-11.0017.00-19.00Ti=5(-0.02-0.8026.0Cr18Ni10Ti0.081.002.000.0350.0309.00-12.0017.00-19.00Ti5C27. 50Cr18Ni11Nb0.083.00-5.002.000.0350.0309.00-13.0017.00-19.00Nb10C28.0Cr18Ni13Si40.082.0011.50-15.0015.00-20.001. 0Cr18Ni13Si4中，必要时可添加表中以外的合金元素。表7-12奥氏体不锈钢的热处理制度（GB4239-91）序号牌号固溶处理/序号牌号固溶处理/1.1Cr17Mn6Ni5N10101120快冷15.Ni20Cr25010301180快冷2.1Cr18Mn8Ni5N10101150快冷160Cr17Ni12Mo210101150快冷3.2Cr13Mn9Ni410101150快冷1700Cr17Ni14Mo210101150快冷4.1Cr17Ni710101150快冷180Cr17Ni12Mo2N10101150快冷5.1Cr17Ni810101150快冷1900Cr17Ni13Mo2N10101150快冷6.1Cr18Ni910101150快冷200Cr18Ni12Mo2Cu10101150快冷7.1Cr18Ni9Si310101150快冷2100Cr18Ni14Mo2Cu210101150快冷8.0Cr18Ni910101150快冷220Cr19Ni13Mo310101150快冷9.00Cr19Ni1010101150快冷2300Cr19Ni13Mo310101150快冷10.0Cr19Ni9N10101150快冷240Cr18Ni16Mo51030-1180快冷11.0Cr19Ni10NbN10101150快冷251Cr18Ni9Ti1000-1100快冷12.00Cr18Ni10N10101150快冷260Cr18Ni10Ti920-1150快冷13.1Cr18Ni1210101150快冷270Cr18Ni11Nb980-1150快冷14.0Cr23Ni1310301120快冷280Cr18Ni13Si41010-1150快冷. 表7-13不同冷作硬化状态的奥氏体不锈钢的力学性能（GB4239-91）序号牌号状态符号力学性能屈服强度0.2/MPa拉伸强度b/MPa伸长率（不小于）/厚度/mm不大于040.4-0.80.832Cr13Mn9Ni4BY78520Y98015TY1130841Cr17Ni7DY865252525BY103091010Y1205357TY127534561Cr18Ni9BY78520Y98010TY11305251Cr18Ni9TiBY73520Y8857表7-14经固溶处理的奥氏体不锈钢的力学性能（GB4239-91）序号牌号；拉力试验硬度试验屈服强度0.2/MPa拉伸强度b/MPa伸长率5/HRBHV不小于不大于11Cr17Mn6Ni5N2456354010025321Cr18Mn8Ni5N245590409521832Cr1