钢铁基本知识

钢铁基本知识,第一部分钢铁基础知识第二部分不锈钢基本知识第三部分不锈钢的选材,主要内容,第一部分钢铁基础知识,概念,1、金属金属：具有不透明、金属光泽、良好的导热和导电性，富有延展性等特性的物质。（不仅包括纯金属，而且包括合金）合金：由两种或两种以上金属或金属与非金属组成，具有金属特性的物质。如：碳钢是Fe-C合金，或铁基合金,2、黑色金属与有色金属黑色金属:通常指铁、铬、锰及其合金。如：生铁、铸铁、钢、钢材、铁合金是最常用的黑色金属。有色金属:除铁、络、锰三种金属以外的所有金属。如:镍、钼、钒、钛、钨等。,概念,3、钢与铁钢和铁都是以铁为基础，以碳为主要添加元素的合金，统称为铁碳合金。铁：碳含量2.11%的铁碳合金。钢：碳含量2.11%的铁碳合金。,概念,4、钢与钢材钢：（C211%）钢水、钢锭、钢坯。钢材：钢经塑性变性后，具有一定形状和物理、化学性能的材料。,概念,5、钢的分类钢的分类方法很多,在此仅介绍两种:(1)按冶炼方法分:平炉钢转炉钢电炉钢特种冶炼炉钢(2)按化学成分分:按碳含量分:低碳钢:(C025%)中碳钢:(C:025%-06O%)高碳钢:(C060%),分类,按合金总量分：低合金钢：（合金总含量5%）中合金钢：（合金总含量：5%-10%）高合金钢：（合金总含量10%）,分类,分类,6、钢材分类钢材的种类很多，一般分为板、管、型、丝四大类。钢板(含带钢)细分:(1)按厚度分:-特厚板(60mm)-厚板(2060mm)-中板(4520mm)-薄板(01-4mm),分类,(2)按生产方法分:-热轧钢板-冷轧钢板(3)按表面特征分:-镀锌板-镀锡板-复合板-彩色涂层板,分类,(4)按用途分:-桥梁钢板-锅炉钢板-造船钢板-汽车钢板-电工钢板-其他,性能,7、金属材料性能材料的使用性能:(1)物理性能:如比重、熔点、导电性、导热性、热膨胀性、磁性等。(2)化学性能:金属抵抗各种介质侵蚀的能力.如耐腐蚀性、抗氧化性等。(3)力学性能(机械性能):指金属材料在外力作用下所表现出来的特性。如硬度、抗拉强度、屈服强度等。(4)工艺性能:指材料适应冷、热加工方法的能力。如铸造性、可缎性、焊接性等。,-力学性能几个主要指标硬度：指材料抵抗其它更硬物压入其表面的能力，常用硬度按其范围测定分布氏硬度（HBS、HBW）和洛氏硬度（HKA、HKB、HRC）。强度：金属材料在外力作用下抵抗变形和断裂的能力。屈服强度、抗拉强度是极为重要的强度指标。屈服强度（s）：指材料在拉抻过程中，材料所受应力达到某一临界值时，载荷不再增加，变形却继续增加，或产生0.2%L时应力值，单位用牛顿/毫米毫米2（N/mm2）表示。抗拉强度（b）：指材料在拉断前承受的最大应力值。单位用牛顿/毫米2（N/mm2）表示。,性能指标,塑性：金属材料在外力作用下产生永久变形（去掉外力后不能恢复原状），但不会被破坏的能力。伸长率：金属在拉力试验时，试样拉断后，其标距部分所增加的长度与原始长度的百分比。（伸长率越大，其塑性越好）韧性：金属材料抵抗冲击载荷的能力。（通常用冲击功度量）冲击功：试样在冲击载荷作用下，折断时所吸收的功。,性能指标,8、钢铁产品的牌号表示方法我国钢铁产品牌号表示方法的总则：采用汉语拼音字母、化学元素符号、阿拉伯数字相结合。(1)生铁铸造用生铁如:Z30Z30,平均硅含量30%,以千分之30的数字表示,“铸”字的汉语拼音首位字母,表示铸造生铁,牌号表示,炼钢生铁如:L08L08(2)钢材碳素结构钢如:Q235AQ235A,平均硅含量08%,以千分之08的数字表示,“炼”字的汉语拼音首位字母,表示炼钢用生铁,表示质量等级为A级,即一般质量,235表示该钢屈服点不小于235MPa,Q为屈服点”屈”字汉语拼音首位字母,平均硅含量08%,以千分之08的数字表示,“炼”字的汉语拼音首位字母,表示炼钢用生铁,牌号表示,牌号表示,优质碳素结构钢如：2020不锈钢如:1Cr131Cr13,平均碳含量为020%，用万分之20的数字表示,平均碳含量为01%,以千分之1数字表示,铬,平均含量13%,以百分之13数字表示,再如:0Cr18Ni90Cr18Ni9,碳含量上限为008%,用0表示低碳,络平均含量为18%,镍平均含量为9%,牌号表示,对性能的影响因素,9、化学元素对钢性能的影响(1)碳碳对钢的性能有极为重要的影响,一般来说,钢的碳含量越高,其强度、硬度越高，耐磨性越好比，而塑性、韧性及焊接性则逐渐降低。(2)硫硫是由生铁及燃料带入钢中的有害元素,硫能引起热脆性,影响钢的热加工性能和焊接性能,并降低钢的塑性、韧性和疲劳强度。硫对钢的唯一有利作用是能改善钢的切削加工性能。(3)磷磷是由生铁等原料带入钢中的有害元素，磷能引起冷脆性，影响钢的冷加工性能和焊接性能，并能显著降低钢的塑性、韧性。但磷可提高钢的耐大气腐蚀能力，改善钢的切削加工性能。,(4)锰锰可提高钢的强度和硬度，消除硫的热脆性，提高钢的淬透性。(5)硅硅可提高钢的强度、硬度和弹性。在合金钢中，硅可提高钢的淬透性和回火稳定性，提高耐热钢的抗氧化性；在电工钢中，可降低铁损，提高磁感强度。(6)铬铬能提高钢的耐蚀性和抗氧化能力,是不锈钢、电热合金中不可缺少的重要元素。(7)镍镍可提高钢的韧性和淬透性，与烙配合使用可提高钢的耐蚀性和耐热性。,对性能的影响因素,(8)钨、钼在一般钢中，可提高钢的淬透性和回火稳定性；提高钢的高温强度；在不锈钢中，钼可提高钢对强腐蚀介质含氯离子介质的耐腐蚀性。(9)铌、钒、钛都是强碳化物形成元素，可提高钢的强度、硬度、韧性和焊接性能，可防止晶间腐蚀并提高钢的高温强度。(10)铜提高钢的抗大气腐蚀能力，特别是和磷配合使用时。,对性能的影响因素,10、钢材订购相关名词(1)品种-化学成分、用途、生产工艺、外形、热处理等不同的产品。(2)规格-同一品种的不同尺寸。(3)公称尺寸-标准中规定的名义尺寸,生产中希望得到的理想尺寸。(4)实际尺寸-生产过程钢材的实际尺寸。(5)尺寸偏差-实际尺寸与公称尺寸的差值.标准规定允许存在的尺寸偏差,称为允许偏差。(6)成分偏差-实际熔炼成分与标准成分的差值,标准规定允许存在成分偏差。(7)定尺、倍尺、短尺(8)技术条件-标准中规定产品达到的各项性能指标和质量要求。如：表面质量、力学性能、化学性能、工艺性能、内部组织、交货状态等。,相关名词,(9)保证条件-按标准规定，生产厂应进行检验并保证检验结果符合规定的质量指标。(10)交货状态-加工方法或最终热处理状态。如：热轧、冷轧、退火、正火、调质及固溶处理等。热轧状态：材料经热轧后，不再进行热处理，冷却后直接交货的状。退火（焖火）：将钢加热到适当温度并保持一定时间，然后缓慢冷却。（目的：使钢软化、降低硬度、细化晶粒、消除应力）正火（常化）：比退火冷却速度大。（组织较细）调质处理：将钢淬火后进行高温回火。（获取优良综合力学性能和均匀组织）固溶处理：将钢加热到一定温度，保持一定时间，在一种或几种相溶的固溶体中快速冷却至室温。（组织处于亚稳状态）,相关名词,第二部分不锈钢基本知识,定义,什么是不锈钢？Cr含量大于10.5%wtC含量小于1.2%wt铁含量超过其它任何元素不锈钢系不锈钢和耐酸钢的总称。不锈钢系指耐大气、蒸汽和水等弱介质腐蚀的钢；耐酸钢指耐酸、碱、盐等化学浸蚀性介质腐蚀的钢。不锈钢和耐酸钢在合金化程度上有较大差异，因此性能差别较大。,合金耐蚀性的十级标准：完全耐蚀：0.001mm/a1很耐蚀：0.001-0.00520.005-0.0103耐蚀：0.010-0.05040.050-0.1005尚耐蚀：0.100-0.50060.500-1.0007欠耐蚀：1.000-5.00085.000-10.009不耐蚀：10.0010,耐腐蚀性能降低,腐蚀等级,耐蚀性机理,CarbonSteel,Rust,耐蚀性机理,不锈钢耐腐蚀是由于Cr的作用，钢材表面生成一层致密的的不溶解于某些介质的坚固的富Cr钝化膜（成分为4M3O4SiO2nH2O）.其特点：1、厚度薄、透明：通常为2-5nm。2、密度大。3、铬含量高,比基体高3倍以上.4、自我修复功能，一旦遭破坏，又会形成新的钝化层，随着钢中铬含量的提高，钢的自钝化能力和耐锈性提高。,耐蚀性机理,在钢中添加各种合金元素，由于改变了钝化膜的组织和分布，而提高了更苛刻介质中的耐蚀性。如，钼，腐蚀产物MoO-2靠近基体而强烈促进基体钝化；铜，钝化膜中含有CuCl,与腐蚀介质不发生作用提高耐蚀性；氮，钝化膜中富集Cr2N，使钝化膜中铬浓度提高而提高了耐蚀性。但暴露在大气中简单的钝化并不能形成提高耐蚀性所必需的表面化合物，通过电解抛光或化学处理可提高不锈钢的耐腐蚀性，电解抛光提高了近表面层铬与铁的比率，化学钝化处理进一步扩大了这个比率。如机械抛光表面有2nm的氧化物层，经30min钝化处理可获得约19nm厚的氧化物层，经60min钝化处理可获得50nm厚的氧化物层。,分类,按钢的组织结构分类可分为：奥氏体不锈钢、马氏体不锈钢、铁素体不锈钢、双相不锈钢和沉淀硬化不锈钢。,几种不锈钢的显微组织,分类,按钢的化学成分分类可分为：Cr不锈钢（400系）、Cr-Ni不锈钢（300系）、Cr-Mn-N-Ni不锈钢（200系）、超低碳不锈钢、高纯不锈钢等。按钢的功能分类可分为：低温不锈钢、耐热不锈钢、耐磨不锈钢、无磁不锈钢、易切削不锈钢和超塑性不锈钢等。,钢种演变,奥氏体不锈钢特性：铬-镍不锈钢200、300系列钢种热处理不能使其硬化冷加工可使其显著硬化无磁性（冷加工有时会使其具磁性）优异的成型性和焊接性,品种介绍,奥氏体不锈钢0Cr18NI9（304）中板、冷板作为不锈钢、耐热钢广泛应用，食品、一般化工、原子能工业等。00Cr19Ni10（304L）超低碳，耐晶间腐蚀性能优良，200系（201、202J）作为以Mn、N代Ni钢种，添加Cu等，在某些使用要求不高的场合代替304。00Cr17Ni7（301L）冷加工后具有高强度，车辆厢体、弹簧等用。,品种介绍,00Cr17Ni14Mo2（316L）在海水等各种介质中，优于304，耐点蚀材料。0Cr19Ni9N（304N）添加N，提高强度，耐腐蚀性不降低，结构用材料。0Cr18Ni9Cu添加Cu，改善冷加工性，加工硬化率低，深冲用钢。1Cr18NI9Ti（321）增加Ti，提高耐晶间腐蚀性能，不适用于装饰。,品种介绍,锰系不锈钢的耐蚀性仍取决于钢中的铬量，镍也是非常有益的元素。锰和氮主要是在形成和稳定奥氏体方面代镍，在耐蚀性方面则不能代镍，锰还对钢的耐蚀性有害。在铬量相同条件下，锰系钢的耐蚀性一般要低于镍系钢。在弱腐蚀环境中，锰系钢可以代替相对应的镍系钢，但随介质腐蚀性的增强，锰系与镍不锈钢间耐蚀性的差距要拉大，锰系钢不能代替镍系钢。,品种介绍,品种介绍,铁素体不锈钢特性：铬不锈钢（不含镍）400系列钢种有磁性成型性和焊接性不如A低成本不锈钢根据钢中Cr含量，可分为Cr11%-15%、Cr16%-20%、Cr21%-30%,铁素体不锈钢的特点与优势（与铬镍A相比）不含或个别牌号仅含少量镍，成本和价格均较低；屈服强度高，加工硬化倾向小，易于冷加工；耐氯化物应力腐蚀、点蚀、缝隙腐蚀优良。在许多腐蚀环境中，耐蚀性还与相同铬量的铬镍奥氏体不锈钢相当；有磁性，可作为耐蚀软磁材料，如电磁阀等；导热系数高，适于热交换的用途；热胀系数小，适于热胀、冷缩，热循环的使用条件。,品种介绍,铁素体不锈钢的缺点与成因,品种介绍,传统铁素体不锈钢的缺点及防止措施,品种介绍,品种介绍,传统（普通）铁素体不锈钢:由于传统冶金技术生产，常规的碳、氮含量。化学成分和组织结构上的特点，性能上的某些不足长期影响着生产和应用。现代铁素体不锈钢:近代冶金技术生产，低碳、氮，超低碳、氮和高纯化。由于化学成分所引起的性能上的某些不足已得到极大程度的克服和相当圆满的解决，是节镍不锈钢的主要方向。,00Cr12Ti（409L）热板、冷板耐高温，抗氧化性能优良，主要用于汽车排气管用途。0Cr13Al（405）中板、复合板在高温下冷却不产生显著硬化。汽轮机材料，淬火用部件以及做复合材料等。1Cr17（430系）冷板耐蚀性优良的通用钢种，建筑内装饰用，家庭用器具，家电用部件。,品种介绍,高纯430Ti（Nb）比普通Cr17（430）不锈钢具有更佳焊接性、耐晶间腐蚀性，更好的深冲性、抗皱性和优良的冲击韧性和低的脆性转变温度的用途，如化工厂的吸收塔、热交换器、输送管道、容器，建筑的内装饰、厨房设备和家用电器中要求焊接的深冲设备和构件。高纯00Cr17Mo(436)、00Cr18Mo2（444）加工成型性，焊接性等优良，脆性转变温度进一步降低，在大气和淡水等环境中，耐蚀性优于304不锈钢并与316不锈钢相近。主要用途有建筑面板，厨房设备，市政公共设施，轻工和纺织工业的清洁设备，太阳能热水器，耐应力腐蚀的换热设备。等。,品种介绍,。,低铬铁素体不锈钢（经济型不锈钢）现代低铬铁素体不锈钢指含11%14%Cr的低碳、氮和超低碳、氮的一些牌号；主要牌号00Cr12(410L)和00Cr11NbTi(466)以及0Cr12NiTi(3CR12)等；由于它们有综合性能好，且寿命周期成本低的优势，主要以代替碳钢为目标。它们的成本约为18-8(304)Cr-Ni奥氏体不锈钢的1/2，因此，又被称为经济（实用）不锈钢。应用在集装箱、货车厢体、汽车排气管矿山运输、城市公共设施等领域。,品种介绍,品种介绍,马氏体不锈钢特性：高碳铁素体不锈钢热处理可使其硬化并具有高强度、低塑性400系列钢种有磁性焊接性能较差Cr含量在11.5-18.0%，随碳含量的提高，提高了钢的硬度和强度，主要用于刀具、汽轮机叶片、医疗器械等。,1Cr13、2Cr13、3Cr13、4Cr131Cr13主要用于韧性要求较高且具有不锈性的部件，如叶片、阀门等，也可用作常温下的一些设备；2Cr13除了做叶片外，还可用于叶轮、紧固件等承受应力较高的部件；3Cr13用于强度、硬度要求更高的结构件、耐磨件、如轴、螺栓、弹簧、活塞杆、耐蚀刀具等。此类钢随碳含量的增加，强度、硬度提高，而冷塑性和韧性下降，同时耐蚀性能降低。9Cr18是马氏体不锈钢中C、Cr含量最高的钢种，具有高强度，不锈、耐蚀性能。一般用于外科刀具、优质刀剪、滚珠等。,品种介绍,双相不锈钢特点：奥氏体+铁素体混合组织含铬、镍、钼、氮有磁性高强度，成型需大功率设备冷加工可使其硬化焊接性能好于A抗氯化物应力腐蚀优是工艺难度较大的不锈钢钢种之一。,品种介绍,第一代双相钢18-5（00Cr18Ni5Mo3Si2）是耐氯化物应力腐蚀的专用钢种，在各种冷却水（除海水外）条件下的耐氯化物应力腐蚀性能远远大于18-8型奥氏体不锈钢。第二代双相钢2205（00Cr22Ni5Mo3N）是在18-5的基础上，降低Si，提高Cr含量，并用N合金化，使相比例更加合理，焊后不易产生单相，耐蚀性能更为优良。第三代双相钢2507（00Cr25Ni7Mo4N）属超级双相不锈钢，特别适用于含氯的环境，如海水等，钢中高N、高Cr、高Mo的平衡成分设计，使钢具有很高的耐应力腐蚀、耐孔蚀和缝隙腐蚀性能。,品种介绍,经济型双相钢00Cr21Ni1N（LDX2101）进一步降低Ni，适用于建筑领域。,品种介绍,品种介绍,耐热不锈钢0Cr25Ni20（310S）0Cr25Ni20Si2（314）1Cr20Ni14Si20Cr23Ni13（309S）,选材的考虑因素,力学性能强度是选择不锈钢时最重要的力学性能指标，另外还有硬度、塑性、抗冲击性、疲劳强度或抗应力断裂性等316型304型430型431型405型410型420型440-C型（9Cr18）,345,1207,1724,1724,耐蚀性,强度,第三部分不锈钢的选材,选材的考虑因素,加工性能应从两个方面考虑所需要的加工性能：加工部件的难易程度；加工对材料性能的影响程度。如要求切削加工性能，应选用高硫不锈钢；要求冷镦性能，应选用含铜不锈钢，要求加工后对材料性能影响小应选用性能稳定的不锈钢等。,选材的考虑因素,物理性能磁性、导热性和密度等。如22Cr-13Ni-5Mn不锈钢在任何情况下都没有磁性，但304型在冷加工时表现出铁磁性。部件最终成本进行详细的评估分析，包括材料供应情况、价格、加工费用和产品的预期在效寿命等。,选材