不锈钢的基础知识(王文华)

1、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王文华2012年12月一、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

2、锈钢，并于1929年取得了低碳18-8(Cr18%,Ni8%)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。 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。

3、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。三、不锈钢基础知识简介 不锈钢是不锈钢和耐酸钢

4、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，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。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。不锈不锈钢钢钢钢=Fe-C, %C 小于小于2%不生锈=不氧化不氧化铬氧化膜保护钢的机体膜厚度1to10nm三、不锈钢基础知识简介Cr对不锈钢的耐腐蚀性的影响对不锈钢的耐腐蚀性的影响三、不锈钢基础知识简介CrNi当量的概念奥氏体形成元素：C、Ni、Mn、Cu、N等等铁素体形成元素：Cr、Si、Ti、Nb、Mo等Cr当量

5、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。三、不锈钢基础知识简介不锈钢的类别组织类别组织类别代表钢种代表钢种马氏体不锈钢(400系)1Cr13 2Cr13 3Cr13 1Cr17Ni2铁素体不锈钢(400系)00Cr11Ti 00Cr18Mo 2 1Cr17奥氏体不锈钢（300系）0Cr18Ni9 0Cr18Ni10Ti 00Cr19Ni10 00Cr17Ni14Mo2双相不锈钢1Cr21Ni5Ti 00Cr18Ni5Mo3Si2沉淀硬化不锈

6、钢0Cr17Ni7Al 0Cr17Ni4Cu4Nb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含量一般含量一般在在1218%牌号典型用途B410DB摩托刹车盘2Cr13N/2Cr13NH耐磨性和耐蚀性，五金刀具3Cr14N/3Cr14MnN更高强度和耐蚀性的高档刀具S135/165水轮机叶片和耐磨垫圈三、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

7、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含量一般在含量一般在1230%。牌号典型用途B443NT以其良好的耐蚀性，广泛替代304439提高耐蚀性，用于电梯面板和焊管B430LNT以良好的耐蚀性和成形性，用于家电和制品B442以其良好的耐蚀性，用于集装箱板B430KJ良好的深冲性和抗菌性，厨卫医疗B444/J1耐点腐蚀能力，太阳能和水处理三、不锈钢基础知识简介交通运输用不锈钢牌号典型用途B409M等等用于汽车排气系统低温端B436L等等用于汽车排气系统中温端B441等等用于汽车排气系统高温端B4003M高强度易焊接，用于铁道车辆301L轨道交通三、不

8、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。不锈钢工业板牌号典型用途B316L高强度，罐箱制造316LN核电B304N核电B317L高耐点蚀性，化工机械B2205/2304双相不锈钢309S/310S耐热不锈钢三、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

9、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)三、不锈钢基础知识简介三、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v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。v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

10、致密、稳定，厚度16nm。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。三、不锈钢基础知识简介不锈钢耐腐蚀性的分类点蚀应力腐蚀缝隙腐蚀晶间腐蚀原理当介质中存在某些活性阴离子（CI-）时，这些阴离子首先被吸附在金属表面某些点上，从而使不锈钢表面钝化膜发生破坏。一旦表面钝化膜破坏，在表面缺陷处易显露基体金属，使其呈活化态，而钝化膜处为钝态，这样就形成了活性

11、-钝性腐蚀电池，由于阳极面积比阴极面积小的多，阳极电流密度很大，腐蚀往深处发展，金属表面很快就被腐蚀成小孔。应力腐蚀（SCC）是指金属和合金在腐蚀介质和拉应力的同时作用下引起的金属破裂。金属与金属或金属与非金属之间所构成的缝隙内，有关物质的移动受到了阻碍，形成浓差电池从而产生局部腐蚀，这种腐蚀称为缝隙腐蚀。晶间腐蚀是材料沿着晶界受到腐蚀，使晶粒间丧失结合力的一种局部腐蚀现象。受到这种腐蚀破坏的零件，有时候外表仍是光亮完好的，但由于晶粒之间的结合力丧失，材料的强度已基本丧失，严重的会丧失金属声音。表象应力腐蚀的特征是形成腐蚀-机械裂缝，这种裂缝不仅可以沿着晶界发展，而且也可穿过晶粒。由于裂缝向金

12、属内部发展，使金属结构的机械强度大大降低，严重时能使金属设备突然损坏。缝隙腐蚀常发生在不锈钢设备的连接处。不论是奥氏体、铁素体或双相不锈钢都可能出现晶间腐蚀。奥氏体和双相不锈钢晶间腐蚀的敏化温度范围是450850，铁素体不锈钢在850以上。三、不锈钢基础知识简介不锈钢材料的基本性能1屈服强度屈服强度（力学符号0.2，英文缩写YSYS） 0.2=P0.2/F0 P0.2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v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抗拉强度抗拉强度（力学符号b，英文缩写TSTS） b=Pb/F0 Pb拉伸试样断裂前承受的

13、最大载荷 F0拉伸试样的原始截面积v材料的抗拉强度大，材料变形过程中不容易被拉断，利于塑性变形三、不锈钢基础知识简介3屈强比（0.2/b）v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 钢种钢种屈服强度屈服强度(N/mm(N/mm2 2) ) 抗拉强度抗拉强度(N/mm(N/mm2 2) ) 屈强比屈强比SUS304SUS3043003006706700.450.45SUS304(Cu)SUS304(Cu)295295640640

14、0.460.46SUS316SUS3163123126256250.50.5SUS316LSUS316L2452455255250.470.47SUS430SUS4303503505105100.690.69SUS409LSUS409L2412414104100.590.59三、不锈钢基础知识简介延伸率延伸率（力学符号,英文缩写ELEL）v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）v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

15、边、胀形各类变形都有利。v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。 三、不锈钢基础知识简介5应变硬化指数（应变硬化指数（n n）v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。v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（晶粒度（N N）v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。v304钢种的晶粒度一般要求在7-9级之间。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 v晶粒较大时，有利于提高材

16、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。 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v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。v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。v宝新生产的304Cu、304Ni8.5和304Ni9比较适合于这种冲压方式 三

17、、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 。三、不锈钢基础知识简介不锈钢常见表面加工等级等级特征及用途NO.1热轧后施以热处理及酸洗处理的表面。一般用于冷轧材料，工业用槽罐、化学工业装置等。NO.2D经冷轧后施以热处理及酸洗得到的无光泽冷轧产品。用于汽车零件、建筑材料、管类等。NO.2BNO.2D经过调质轧制后的产品，光泽度和平坦度比NO.2D表面好。采用改善机械性能的表面处理后，几乎满足所有用途

18、。NO.3100120号研磨带研磨出来的产品。具有较佳的光泽度，具有不连续的粗纹。用于建筑内外装饰材料、电器产品及厨房设备等。NO.4用150180号研磨带研磨出来的产品。具有较佳的光泽度，具有不连续的粗纹，条纹比NO.3细。用于浴池、建筑内外装饰材料、电器产品、厨房设备及食品设备等。#240将No.2D或No.2B加工材料用240号磨粒的研磨砂带进行了研磨，厨房器具。#320用320号研磨带研磨出来的产品。具有较佳的光泽度，具有不连续的粗纹，条纹比NO.4细。用于浴池、建筑内外装饰材料、电器产品、厨房设备及食品设备等。#400将No.2B材料用400号抛光进行了研磨加工，建筑材料，厨房用品。

19、HL 经适当粒度抛光砂带的连续研磨生成研磨花纹的产品（细分150320号）。主要用于建筑装饰，电梯，建筑物的门、面板等。BA经冷轧后施以光亮退火，并经过平整得到的产品。表面光泽度极好，有很高的反射率。如同镜面的表面。用于家电产品、镜子、厨房设备、装饰材料等。三、不锈钢基础知识简介不锈钢的标准标准名称标准名称 缩写缩写 标准或者制定相关的名称标准或者制定相关的名称 日本工业标准 JIS Japan Industrial Standard 美国钢铁协会标准 AISI American Iron and Steel Institute 美国材料试验协会标准 ASTM American Society

20、 For Testing and Materials 英国国家标准 BS British Standards 德国国家标准 DIN Deutche Industrie-Normen 欧洲标准 EN European Standards 中国国家标准 GB Guo Jia Biao Zhun三、不锈钢基础知识简介常见钢种化学成分和牌号对照类别执行标准主要化学成分类似标准日本工业标准宝新标准CSiMnPSNiCr其它中国标准美国标准JIS %GBASTM/AISI奥氏体系列SUS304 0.081.002.000.0450.0308.00-10.518.0-20.0 0Cr18Ni9304SUS3

21、04Cu0.081.002.000.0450.0308.00-10.518.0-20.0Cu 0.75-1.25 SUS304Ni90.081.002.000.0450.0309.00-10.518.0-20.0 SUS304L 0.031.002.000.0450.0309.00-13.018.0-20.0 00Cr19Ni10304LSUS316 0.081.002.000.0450.03010.0-14.016.0-18.0Mo 2.0-3.00Cr17Ni12Mo2316SUS316L 0.031.002.000.0400.03012.0-15.016.0-18.0Mo 2.0-3.0

22、00Cr17Ni14Mo2 0.030.752.000.0450.03010.0-14.016.0-18.0Mo 2.0-3.0 316LSUS321 0.081.002.000.0450.0309.00-13.0017.0-19.0Ti5xC%以上0Cr18Ni10Ti321SUS301 0.151.002.000.0450.0306.00-8.0016.0-18.0 1Cr17Ni7301SUS301L 0.0301.002.000.0450.0306.00-8.0016.0-18.0N0.20 铁素体系列SUH409L 0.031.001.000.0400.030-10.5-11.75T

23、i 6xC% SUS430 0.120.751.000.0400.030-16.0-18.0 1Cr17430 SUS436L 0.0251.001.000.0400.030-16.0-19.0Mo 0.75-1.50Ti Nb Zr 8x(C%+N%)-0.80 00Cr17Mo436 0.071.001.000.0400.030-17.0-19.0Ti 0.2+4*(C+N)- 1.10 439 SUS444 0.0251.001.000.0400.030-17.0-20.0Mo 1.75-2.50 Ti Nb Zr 8x(C%+N%)-0.80 00Cr18Mo2 马氏体系列SUS420

24、J2 0.26-0.401.001.000.0400.030-12.0-14.0 3Cr13420三、不锈钢基础知识简介常见钢种特性及用途钢种特性用途SUS304用途广泛，具有良好的耐蚀性、耐热性、低温强度和机械性能，冲压弯曲等热加工性好，无热处理硬化现象，无磁性家庭用品（1、2类餐具）、橱柜、室内管线、热水器、锅炉、浴缸、汽车配件、医疗器具、建材、化学、食品工业、农业、船舶部件SUS304Cu由于加入Cu,改善了成型性，有利于深加工，特别是深冲加工家庭用品，暖瓶，水槽、浴槽SUS304Ni9由于提高Ni含量,改善了成型性，有利于深加工，特别是深冲加工家庭用品，暖瓶，水槽、浴槽SUS304L碳

25、含量比SUS304低，耐晶间腐蚀性能优越，用于焊接后难以进行热处理的部件类。需要较高耐腐蚀性的化学、煤炭、石油产业部门的设备、建筑材料、耐热部件和难以进行热处理的部件。SUS316比SUS304更耐海水和其他溶剂腐蚀，高温强度特别好，可在苛刻的条件下使用，加工硬化性好，无磁性海水、化学、染料、造纸、草酸、肥料生产设备、照相、食品工业、沿海设施SUS316L碳含量比SUS316低,耐晶间腐蚀性比SUS316好，高温强度稍差，可在苛刻的条件下使用，加工硬化性好，无磁性海水用设备、化学、染料、造纸、草酸、肥料生产设备、照相、食品工业、沿海设施，铁别适用于机械及化工工业设备SUS321添加Ti含量，耐

26、晶间腐蚀性好、耐热性，高温强度及高温抗氧化性良好，加工性、焊接性能良好，不推荐用于表面装饰件耐热材料，汽车、飞行器排气管管路，锅炉炉盖、管道，化学装置、热交换器、喷气发动机、高压锅SUS301Cr、Ni含量低于304，通过冷轧加工后强度及硬度提高。冷轧后带有一定磁性列车、航空器、车辆、弹簧SUS301L在301的基础上降低C的含量，从而改善了晶间腐蚀。添加N，弥补C含量降低而引起的强度下降列车车辆结构及外部装饰SUH409L加工性能、焊接性能良好，高温抗氧化性能良好，能够承受的温度范围从室温直到575C广泛用于汽车尾气排气系统SUS410L与409L相比，含铬高0.5%，在常温下含有少量马氏体

27、组织，屈服强度、硬度较高，延伸率较低；不含Ti，与SUH409L钢种相比表面质量较好，但焊接性能稍差。 SUS410L钢种主要用于汽车排气系统部件、冷藏集装箱内衬、西餐刀具、餐具等。由于SUS410L钢种的机械性能接近于SUS430钢种，在耐蚀性要求不高的某些场合可替代SUS430使用。SUS430典型的铁素体不锈钢，热膨胀率低，成型性及耐氧化性好耐热器具、燃烧器、家电产品、2类餐具、厨房设备、装饰物及建筑装饰品SUS436L因添加了Mo、Ti及Nb，其耐蚀性、加工性、焊接性等优秀，极高度抗汽车尾气冷凝物性能汽车排气管、电磁炉锅具439由于Ti稳定元素的加入和C的降低，焊接后热影响区耐晶间腐蚀

28、和点蚀的能力加强。高温氧化性能增加。耐全面腐蚀能力稍有增加由于良好的焊接性、耐蚀性和高温氧化性，其2B、HL产品普遍应用在汽车排气管部件、电梯面板、家用电器、水槽等。SUS444因添加了Mo、Ti及Nb，其耐蚀性、加工性、焊接性等优秀，与SUS316相比应力耐蚀和点蚀性能更好热水器、水箱、汽车排气管SUS420J2淬火后强度硬度高，用于高强度机械性质的部件材料。刀具、管嘴、阀门、板尺、餐具三、不锈钢基础知识简介对200系不锈钢的认识 钢种钢种C CMnMnP PS SSiSiCrCrNiNiN N201(1Cr17Mn6Ni5N)201(1Cr17Mn6Ni5N) 0.150.155.5-7.

29、55.5-7.50.060.060.030.031116-1816-183.5-5.53.5-5.50.250.25202(1Cr18Mn8Ni5N)202(1Cr18Mn8Ni5N) 0.150.155.5-105.5-100.060.060.030.031116-1916-193.5-5.53.5-5.50.250.25 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解决镍供应量严重不足的困境，美国首先开发出含镍低的200200系不锈系不锈钢的产品，作为钢的产品，作为300300系列产品