4不锈钢培训解析课件

7/24/20231苏州热工研究院·化学及状态评估所不锈钢及其应用培训教材课程提纲第一讲不锈钢分类及合金化原理第二讲典型不锈钢的牌号及标准第三讲不锈钢冶炼及加工工艺第四讲不锈钢在核电站里的应用第五讲典型失效7/24/20232定义：在空气中或化学介质中能够抵抗腐蚀的一种高合金钢。

具有美观的表面、较好的耐蚀性能。

为什么不锈？

不锈钢含有Cr，表面形成一层很薄的富Cr氧化膜，这个膜将外界环境与基体分隔开。为了保证耐蚀性，不锈钢必须含有12%以上的Cr。7/24/20233第一讲不锈钢分类及合金化原理

不锈钢的主要合金元素一类是扩大奥氏体形成元素：C，N，Mn，Ni,Cu等。一类是F形成元素：Cr，Si，Ti，Nb，Mo等。7/24/20234第一讲不锈钢分类及合金化原理

①按化学成分分类7/24/20235Cr不锈钢Cr-Ni不锈钢Cr-Mn-N不锈钢Cr-Mn-Ni-N不锈钢

第一讲不锈钢分类及合金化原理

②按金相组织分类7/24/20236不锈钢船用螺旋桨不锈钢管式换热器第一讲不锈钢分类及合金化原理

第一讲不锈钢分类及合金化原理

Cr对不锈钢的耐蚀性起决定作用，不锈钢必须含有12%以上的Cr：

①

Cr使铁基固溶体电极电位提高

②Cr吸收铁的电子使铁钝化

③形成致密氧化膜C是钢铁材料的主要元素之一，钢的性能与组织在很大程度上决定于碳在不锈钢中的含量及其分布的形式：

①C是奥氏体稳定元素，作用约为奥氏体的30倍

②C和Cr亲和力很大，与Cr形成一系列复杂的碳化物

从强度与耐蚀性两方面看，C在不锈钢中的作用是相互矛盾的。根据使用环境，选择不同碳含量的不锈钢。7/24/202377/24/20238Ni的作用：

①

奥氏体稳定化元素，增大γ相区

②

与Cr同时存在，提高基体耐蚀性

③

提高韧性，改善工艺性能Mn和N：

工业的发展导致不锈钢的需求越来越大，镍的矿藏量越来越少，且分布在较少地区，镍的供/需方存在矛盾，一些贫Ni国家广泛研究以Mn和N作为Ni的替代元素。

①Mn降低临界淬火速度，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存，但对耐蚀性提高作用不大

②N提高奥氏体稳定性，提高基体强度，较少时同时保持良好的塑韧性第一讲不锈钢分类及合金化原理

7/24/20239Nb和Ti：C的稳定化元素，在900-950℃长时间停留，形成MC、防止C与Cr的结合，造成晶间贫Cr，提高不锈钢的抗晶间腐蚀能力。一般添加量为5-10C。Mo和Cu：提高不锈钢的某些耐蚀性能

①Mo提高不锈钢耐还原性介质的腐蚀性能和耐点蚀、耐缝隙腐蚀等的性能。

②Mo含量过高可促进奥氏体不锈钢中金属间相，如sigma相、Laves相等，对钢的耐蚀性和力学性能都产生不利影响，导致塑、韧性下降，为保证单一的奥氏体组织，奥氏体稳定元素（Ni、N、Mn等）也须相应提高。

③Cu提高不锈钢的耐海水腐蚀、大气腐蚀能力，并提高奥氏体的强度。第一讲不锈钢分类及合金化原理

7/24/202310其他元素：Si：铁素体形成元素，一般为常存杂质元素。

Co：提高不锈钢硬度，但反应堆用材料一般要求Co≤0.05%。B：微量B可改善不锈钢的热塑性。P：杂质元素，也可作为时效硬化不锈钢的合金元素。S和Se：降低不锈钢的耐蚀性，提高切削性能。稀土元素：净化晶界，改善不锈钢的加工性能。第一讲不锈钢分类及合金化原理

7/24/202311一、铁素体不锈钢1.成分特点Cr：13～30％（提高电极电位，钝化）C：低碳：0.08-0.15％附加元素：Ti，N，Mo，Si，AlTi：稳定碳，防止高Cr铁素体不锈钢晶间腐蚀。N：细化铸态组织Mo，Al，Si进一步强化钝化膜，提高在非氧化介质中的耐蚀性。主要用于受力不大的耐酸结构和抗氧化结构，相对其他类型的不锈钢，铁素体不锈钢应用范围相对较少。第一讲不锈钢分类及合金化原理

7/24/202312Cr13型：

0Cr13，0Cr13A，

1Cr14SCr17型：

1Cr17，0Cr17Ti，

1Cr17Ti，1Cr17Mo2TiCr25～Cr28型：

1Cr25，

1Cr25Ti，1Cr28铁素体不锈钢的组织：F＋碳化物第一讲不锈钢分类及合金化原理

高压加热器传热管TP439，相当于OCr17Ti铁素体不锈钢的主要缺点：脆性大

1.晶粒粗大脆性2.σ相析出脆性3.475℃脆性4.高温脆性7/24/202313钢中σ相第一讲不锈钢分类及合金化原理

7/24/202314晶粒粗大脆性：不锈钢铸态组织晶粒粗大，并且不能通过热处理消除，只能通过压力加工碎化。σ相脆性：一种Fe，Cr的金属间化合物，HRC在68以上，一般从δ铁素体中析出（600-900℃长时间停留或应力诱导），使钢材变脆。而σ相通常沿晶界析出，可引起晶间腐蚀。475℃脆性：Cr>15%时，在400－525℃长时间加热，或在此温度范围内缓冷F内的Cr原子趋于有序化，形成许多富Cr的小区域（80％Cr＋20％Fe）并与母相共格，引起点阵畸变和内应力，造成脆性，可通过在高于475℃加热，随后快冷消除。高温脆性：从900—1000℃高温急冷时，晶粒粗化、碳化物向晶界偏聚。第一讲不锈钢分类及合金化原理

7/24/202315锻轧高Cr铁素体不锈钢晶粒粗大，热加工时，一般采用较低的始锻温度（1040-1120℃）＆终锻温度（700-800℃）热处理为消除压力加工应力和获得成分均匀的F组织，锻轧后需退火。加热温度一般不超过900℃,为防止σ相析出脆性和475℃脆性，退火保温时间不能太长（1h）退火至600℃，快冷。第一讲不锈钢分类及合金化原理

加工工艺特点：特点：可热处理强化，较高的力学性能，但耐蚀性、塑性和焊接性能较其他不锈钢差。化学成分和种类化学成分：13～18％Cr0.1～0.9％C

附加一定的Ni，Mo种类（1）低中碳Cr13型：1Cr13，2Cr13，

3Cr13，4Cr13

（2）高碳Cr18型：9Cr18，9Cr18MoV

（3）低碳17％＋2%Ni:1Cr17Ni2压缩机转子、

船舶尾轴7/24/202316第一讲不锈钢分类及合金化原理

二、马氏体不锈钢：Cr13型马氏体不锈钢室温平衡组织:F＋碳化物。αγ7/24/202317Cr%较高过冷奥氏体稳定性高淬透性高，空冷即可获得马氏体按金相组织划分M＋F钢（1Cr13）M钢（2Cr13、3Cr13）M＋K钢（4Cr13）第一讲不锈钢分类及合金化原理

1.软化处理：降低硬度、有利切削、消除锻轧应力防止开裂。（1）高温回火：600-750℃，2-6h空冷，得到回火索氏体（2）完全退火：840-900℃，2-4h，≤25℃/h

冷至600℃，空冷组织为：F＋碳化物7/24/202318第一讲不锈钢分类及合金化原理

马氏体不锈钢的热处理：软化处理、淬火、回火2.淬火淬火温度：1000-1050℃3Cr13，4Cr13含碳量高，温度高些淬火后组织：1Cr13：F＋M2Cr13：M＋少量A残

3Cr13：M＋少量A残

4Cr13：M＋碳化物＋A残7/24/202319第一讲不锈钢分类及合金化原理

3.回火Cr13型马氏体不锈钢淬火后，硬度高，内应力大，易开裂，必须回火。回火方式：A.低温回火：要求高硬度，高耐磨性的零件回火温度：200-250℃Cr13，4Cr13多采用低温回火

回火后的组织：M＋碳化物＋A残B.高温回火：要求综合力学性能的零件回火温度：600-750℃，1Cr13、2Cr13常采用高温回火。回火后的组织：回火索氏体7/24/202320

第一讲不锈钢分类及合金化原理

回火马氏体、回火索氏体组织照片7/24/202321第一讲不锈钢分类及合金化原理

价格最低的不锈钢1Cr13，2Cr13主要制作要求塑性、韧性高与受冲击载荷的零件，如汽轮机叶片，水压机阀等，常温下耐蚀介质的的容器。3Cr13，4Cr13主要用于要求高硬度又具有耐蚀性要求的零件或工具，如医疗器械，滚珠轴承等。7/24/202322第一讲不锈钢分类及合金化原理

马氏体不锈钢小结不锈钢中用量最大的一种，约占不锈钢的2/3优点：较好的耐蚀性，冷加工成型性，可焊性缺点：强度低，不能淬火强化，易受晶间腐蚀，应力腐蚀分类（按化学成分分）：Cr－Ni，Cr－Mn－N，Cr－Mn－Ni－N7/24/202323第一讲不锈钢分类及合金化原理

三、奥氏体不锈钢：（一）Cr－Ni型奥氏体不锈钢(18-8)

1、18-8型奥氏体不锈钢的钢种，成分、组织、加工特点（1）钢种和牌号

0Cr18Ni9（304L）1Cr18Ni9（304）1Cr18Ni9Ti（321）1Cr18Ni12Mo2Ti7/24/202324第一讲不锈钢分类及合金化原理

（2）18-8型奥氏体不锈钢成分特点低碳（超低碳）高Cr（18％），高Ni（9％）：18-8a）为使18％Cr钢获得单相奥氏体，Ni必须达到9％

b）18％＋9％Ni接近n/8规律的n＝2时的电极电位值，钢的耐蚀性达到较高水平适当添加Ti，Nb，Mo等元素，消除晶间腐蚀，提高抗点蚀能力7/24/202325第一讲不锈钢分类及合金化原理

7/24/202326平衡组织：A＋F＋M23C6缓冷沿ES线析出碳化物缓冷至SK线以下，还要发生部分γ相转变为相奥氏体不锈钢热处理：加热到ES线以上，碳化物溶于A中，经固溶处理，高温状态的碳等元素的过饱和固溶体保持到室温，得到单一的奥氏体组织第一讲不锈钢分类及合金化原理

（3）18-8型奥氏体不锈钢组织特点热加工：18－8具有良好的热塑性，但由于钢在高温加热时易产生δ铁素体，其会降低不锈钢的热塑性冷变形加工：良好的冷变形能力，可以以此强化钢材。但塑性大大下降，原因一是点阵畸变，二是形变诱发马氏体焊接：焊接性好，但有热裂倾向7/24/202327第一讲不锈钢分类及合金化原理

（4）加工特性（1）、固溶处理：（1050-1150℃＋水冷）将SS加热到单项γ区，快冷使γ保持到室温，材料获得最低的强度，硬度，最高的耐蚀

性，同时可最大程度使晶粒再结晶、消除加

工应力。

7/24/202328第一讲不锈钢分类及合金化原理

奥氏体不锈钢的热处理（2）去应力处理

A、消除冷加工后的内应力，250-450℃，

1-2h，空冷。

B、消除冷加工对应力腐蚀的敏感性及焊接应力：>850℃保温，对于不含Ti，Nb的不锈钢加热后快冷到540℃空冷（躲过

Cr23C6的析出温区），含Ti，Nb的不锈钢直接空冷。7/24/202329第一讲不锈钢分类及合金化原理

（3）稳定化处理针对含Ti，Nb的18－8奥氏体不锈钢而设计的热

处理工艺，加Ti，Nb目的是与钢中碳反应生成

TiC＆NbC，而不生成Cr23C6，防止晶间腐蚀。稳定化处理就是让钢中的C只与Ti，Nb反应，而不和Cr反应，就是加热到高于Cr23C6分解温度以上，但低于TiC和NbC的溶解温度保温几个小

时，再冷却到室温，就可以实现不形成或少生

成Cr23C6。工艺：850-900℃，2-4h空冷7/24/202330第一讲不锈钢分类及合金化原理

7/24/202331第一讲不锈钢分类及合金化原理

304家族简介（二）、Cr-Mn，Cr-Mn-N，Cr-Mn-Ni-N奥氏体不锈钢由于Ni在全球都是稀缺资源，为了节省Ni，我国研制了很多节Ni和无Ni的奥氏体不锈钢。大约有三种：Cr-Mn，以Mn代NiCr-Mn-N，以Mn，N代NiCr-Mn-Ni-N，以Mn，N代替部分Ni7/24/202332第一讲不锈钢分类及合金化原理

（1）Cr-Mn奥氏体不锈钢代表：1Cr17Mn9组织：因Mn稳定A的能力不如Ni,故Cr－Mn奥氏体不锈钢不

能形成单一的A组织，而是两相(F+A)组织耐蚀性：仅取决于Cr应用：一般的非强腐蚀介质环境中,如食品工业7/24/202333第一讲不锈钢分类及合金化原理

（2）Cr-Mn-N奥氏体不锈钢N也是奥氏体稳定元素，一般无Ni不锈钢以N代Ni，一般含量为：0.3～0.5％。太高，钢中易出现N以N2形式析出而形成气孔，而且易于与Ti结合成TiN夹杂物代表：0Cr17Mn13Mo2N，我国研制的一种双相（A＋F）不锈钢，虽然冷热加工性能差些，但耐蚀性不错，能部分代替1Cr18Ni9Ti和1Cr18Ni2Mo2Ti等应用：化肥，化纤，印染等行业7/24/202334第一讲不锈钢分类及合金化原理

（3）Cr-Mn-Ni-N奥氏体不锈钢用Mn，N完全代替Ni，很难得到单一的A，但钢中少加点Ni就能得到单相A组织。代表：1Cr18Mn8Ni5N性能：良好的耐蚀性，较高的强度，塑性和可焊性应用：化肥，磷酸，醋酸等工业的耐蚀构件7/24/202335第一讲不锈钢分类及合金化原理

（三）奥氏体不锈钢的晶间腐蚀，应力腐蚀和点蚀晶间腐蚀，应力腐蚀和点蚀是奥氏体不锈钢使用过程中最为普遍的破坏形式，也是其使用的主要缺点。

a.晶间腐蚀晶间腐蚀是沿着金属晶粒边界附近发生的腐蚀倾向。这种腐蚀主要是从表面开始，沿着晶界向内部发展，使整个金属强度几乎完全丧失。其腐蚀特征是，在表面还看不出破坏时，晶粒之间已丧失了结合力，失去金属声音，严重时只要轻轻就可破坏。7/24/202336第一讲不锈钢分类及合金化原理

晶间腐蚀产生的条件产生晶间腐蚀的原因是晶界物质的物理化学状态与晶粒不同。（1）因晶界能量高，位错和空位在晶界富集；（2）溶质原子在晶界偏析；（3）在晶界析出异相，形成了某种元素的贫乏区。7/24/202337第一讲不锈钢分类及合金化原理

晶间腐蚀的机理晶间腐蚀的机理主要有贫化理论和晶界杂质选择溶解理论。贫铬理论：固溶处理的奥氏体不锈钢在450℃--850℃范围内保温或缓慢冷却，然后在一定腐蚀介质中暴露一定时间，就会产生晶间腐蚀。这是因为碳与铬在晶界形Cr23C6，使晶界处的含铬量远低于钝化所需的极限值，其电位比晶粒内部低。7/24/202338第一讲不锈钢分类及合金化原理

7/24/202339奥氏体不锈钢晶界的Cr23C6析出晶间腐蚀第一讲不锈钢分类及合金化原理

b.应力腐蚀奥氏体不锈钢易发生应力腐蚀。即在特定合金-环境体系中，应力与腐蚀共同作用引起的破坏。应力腐蚀易在含Clˉ的介质中发生，裂纹为树枝状。防止方法：从应力、介质和材料出发。降低应力、降低介质耐蚀性、优化材料。7/24/202340第一讲不锈钢分类及合金化原理

7/24/202341C、点蚀，亦称孔蚀。腐蚀破坏形态是金属表面局部位置形成蚀孔或蚀坑，一般孔深大于孔径。孔蚀的形成条件如下：(1)点蚀发生在表面有钝化膜的金属上；(2)在含有活性阴离子Cl-腐蚀介质中；(3)电位大于点蚀击穿电位Eb。第一讲不锈钢分类及合金化原理

腐蚀性阴离子在氧化膜表面吸附后穿过钝化膜所致。防止办法：加入Cr，Mo，N等7/24/202342第一讲不锈钢分类及合金化原理

研制思想：既防止铁素体不锈钢的脆性，又防止奥氏体不锈钢的晶间腐蚀、点蚀和应力腐蚀。7/24/202343特点：兼具F不锈钢和A不锈钢的特性a.A的存在降低了钢的脆性，提高了钢的可焊性和韧性b.F的存在提高了钢的屈服强度，抗应力腐蚀敏感性，

A＋F降低了钢晶间腐蚀的倾向c.存在脆性倾向，尤其是在焊接区，主要是σ，χ，

η相沉淀和α’相析出引起。热处理：1000-1100℃淬火得到60％F＋40％A第一讲不锈钢分类及合金化原理

四、奥氏体-铁素体双相不锈钢：7/24/202344典型钢种：2205第一讲不锈钢分类及合金化原理

应用：压力器皿、高压储藏罐、高压管道、热交换器(化学加工工业)。石油天然气管道、热交换器管件。污水处理系统。纸浆和造纸工业分类器、漂白设备、贮存处理系统。高强度耐腐蚀环境下的回转轴、压榨辊、叶片、叶轮等。7/24/202345第一讲不锈钢分类及合金化原理

第二讲典型不锈钢的牌号及RCCM规范7/24/202346第二讲典型不锈钢的牌号及RCCM规范7/24/202347各国典型不锈钢牌号7/24/202348钢种C≤Mn≤P≤S≤Si≤NiCrMoTiNb+TaS4100.081.000.040.0301.00

11.50~13.50

4100.10~0.151.000.0300.0301.00≤0.6011.50~13.50

420J10.16~0.251.000.0350.0301.00≤0.6012.00~14.00

4300.121.000.0350.0300.75≤0.6016.00~18.00

440A0.6~0.751.000.0350.0351.00≤0.6016.00~18.00

440C0.9~1.000.800.0350.0300.80≤0.6017.0~19.0≤0.75

3040.082.000.0400.0300.758.00~11.0018.0~20.0

304L0.0352.000.0400.0300.758.00~13.0018.0~20.0

3160.082.000.0400.0300.7511.00~14.0016.0~18.02.00~3.00

316L0.0352.000.0400.0300.7510.00~15.0016.0~18.02.00~3.00

3210.082.000.0400.0300.759.00~13.0017.0~20.0

》5*C,且《0.6%

3470.082.000.0400.0300.759.00~13.0017.0~20.0

》10*C,且《1.0%第二讲典型不锈钢的牌号及RCCM规范成分要求各国不锈钢牌号说明7/24/202349第二讲典型不锈钢的牌号及RCCM规范1.中国牌号

根据GB/T221《钢铁产品牌号表示方法》的规定，采用汉语拼音字母、化学元素符号及阿拉伯数字组合的表示方式。

碳含量：一般在牌号头部用一位阿拉伯数字表示平均碳含量（以千分之几计）；平均碳含量小于千分之一的用“0”表示；碳含量不大于0.03%的用“00”表示。

合金元素含量：平均合金元素含量小于1.5%时，牌号中仅标明元素，一般不标明含量；平均合金元素含量为1.5%~2.49%、2.50%~3.39%...22.5%~23.49%......时，相应地标明2、3…23….。

专门用途的不锈钢，在牌号头部加上代表该钢用途的代号。

举例：0Cr18Ni9、Y1Cr17（易切削钢）

7/24/202350第二讲典型不锈钢的牌号及RCCM规范2.美国美国钢铁牌号表示方法较多，不锈钢普遍采用AISI牌号方法。AISI采用三位阿拉伯数字表示。第一位数字表示类别，第二、第三位

位数字表示顺序号。

第一位数字类别：

2：Cr-Ni-Mn系

3：Cr-Ni系4：Cr系

5：低Cr系

6：沉淀硬化系如：201、304、410、504等7/24/202351第二讲典型不锈钢的牌号及RCCM规范3.日本日本不锈钢牌号表示方法为SUS+数字编号。其中，S：钢，U：用途，S：不锈；数字编号基本采用美国AISI牌号表示方法。按照钢材的形状、用途和制造方法等，当需要代号时，在牌号的末尾加上相应的代号，如下：

B：棒材；CB：冷加工棒材；HP：热轧钢板；CP：冷轧钢板；HS：热轧钢带；CS：冷轧钢带；WR：线材；Y：焊接用线材；WP：弹簧用钢丝；TB：锅炉及热交换器用钢管等。

举例：SUS304-B；SUS304-WR；SUS304-HP7/24/202352第二讲典型不锈钢的牌号及RCCM规范7/24/202353第二讲典型不锈钢的牌号及RCCM规范4.法国7/24/202354RCC-M标准中关于不锈钢的部分第二讲典型不锈钢的牌号及RCCM规范M3200马氏体不锈钢M3201用于压水堆泵A、B、C级不承压内件的铬-镍-钼马氏体不锈钢铸件M3202用于2、3级辅助泵传动轴的马氏体不锈钢锻件或轧件M3203用于制造压水堆蒸汽发生器支撑件的含13%Cr马氏体不锈钢钢板M32042、3级设备用马氏体不锈钢锻件M3205堆内构件压紧弹簧用Z12CN13马氏体不锈钢锻件M3206用于制造2、3级调节阀半制品件或壳体的马氏体不锈钢锻棒或轧棒M3207用于制造压水堆控制棒驱动机构控制棒的含铬马氏体不锈钢无缝管M32081、2、3级设备用马氏体不锈钢承压铸件7/24/202355第二讲典型不锈钢的牌号及RCCM规范M3300奥氏体不锈钢M3301用于1、2、3级设备的奥氏体不锈钢锻件和冲压件M3302用于制造堆芯支撑件和上部支撑板的Z3CN18-10控氮不锈钢锻造圆盘M3303用于1、2、3级热交换器的冷精整无缝奥氏体不锈钢钢管M3304用于1、2、3级设备的奥氏体不锈钢钢管（热交换器管除外）M3305用于制造压水堆冷却剂系统管路的Z2CN19-10和Z2CND18-12控氮的奥氏体不锈钢挤压锻造管M33061、2、3级设备的奥氏体不锈钢锻和轧棒件的半制品件M33071、2、3级设备的奥氏体不锈钢钢板M3308直径小于或等于50mm的奥氏体不锈钢变形硬化、热轧或热锻棒材—用于制造堆内构件的螺栓类材料7/24/202356第二讲典型不锈钢的牌号及RCCM规范M3309用于制造压水堆主泵轴的含铌稳定化奥氏体不锈钢锻件M3310用于制造压水堆堆内构件厚度为10~100mm的Z2CN19-10（控氮）奥氏体不锈钢钢板M3311用于2、3级设备管板的奥氏体不锈钢锻件M3312用于1、2、3级设备的奥氏体不锈钢冲压件M3313用于反应堆冷却剂系统管路的Z2CN19-10（控氮）和Z2CND18-12（控氮）奥氏体不锈钢锻造模压弯头M3314用于1、2、3级设备辅助管路以填充金属焊接的冷轧奥氏体不锈钢卷焊管M3315用于1、2、3级设备辅助管路冷加工或热加工成形并用填充金属焊接的奥氏体不锈钢管件7/24/202357第二讲典型不锈钢的牌号及RCCM规范M3316S1、S2级奥氏体不锈钢钢板、钢带和钢条M3317用于1、2、3级设备管道的冷、热加工成形奥氏体不锈钢焊接管件M3318用于压水堆稳压器波动管的Z2CND18-12（控氮）奥氏体不锈钢锻-钻管M3319用于1、2、3级设备换热器的不用填充金属焊接的奥氏体不锈钢卷焊管以及卷焊后的拔制管M3320用于1、2、3级设备的不用填充金属焊接和其后进行拉拔的奥氏体不锈钢卷焊管（热交换器管除外）7/24/202358第二讲典型不锈钢的牌号及RCCM规范M3400奥氏体-铁素体不锈钢M3401用于压水堆冷却剂泵蜗壳的不含钼的镍铬奥氏体—铁素体不锈钢铸件M3402奥氏体—铁素体不锈钢制造的1、2、3级设备中的承压铸件M3403用不含钼的铬镍奥氏体—铁素体不锈钢制造的铸造弯管和管嘴—用于压水堆冷却剂系统管路M3405用不含钼的铬镍奥氏体—铁素体不锈钢铸造的A、B、C级不承压内件—用于压水堆泵M3406用不含钼的铬镍奥氏体-铁素体不锈钢制造的离心浇铸管—用于压水堆主管道7/24/202359第二讲典型不锈钢的牌号及RCCM规范以M3303—用于1、2、3级热交换器的冷精整无缝奥氏体不锈钢钢管为例，介绍RCC-M对不锈钢部件的产品规范要求。7/24/202360第二讲典型不锈钢的牌号及RCCM规范第三讲不锈钢的冶炼及加工7/24/202361第三讲不锈钢的冶炼及加工7/24/202362

不锈钢的生产工艺流程冶炼—铸造—轧制（锻造）—热处理—深加工1、冶炼7/24/202363生产不锈钢的冶炼包括熔化、氧化和精炼还原。具体工艺可分为一步法、二步法和三步法。二步法：电弧炉AOD（氩氧脱碳）或电弧炉VOD（真空吹氧脱碳）其产量约占世界不锈钢总产量的70%。三步法：电弧炉转炉VOD（真空吹氧脱碳），其产量约占世界不锈钢总产量的20%。其他方法生产的只占10%。不锈钢冶炼的核心问题7/24/202364解决降C保Cr的矛盾是炼钢的核心问题：在正常冶炼温度下，要把碳降到≤0.03%以下，则平衡的Cr只能保持在4%左右。若提高冶炼温度固然能适当提高Cr的平衡含量，但耐火材料却难以承受。如要达到18%的Cr，钢液要作到降C保Cr，炼钢温度要达到1900℃以上。含Cr钢水的冶金物理化学反应为：

1、冶炼因此，为达到降C保Cr的目的，可采用两种方法：1、在真空下冶炼2、向钢中吹入Ar、N2等惰性气体稀释炉气中的CO进行精炼，降低气泡内CO分压，促进了脱碳，防止了Cr的氧化，实现了在较低温度下不使Cr大量氧化而迅速降低C，从而解决了

降C保Cr7/24/202365两步法三步法1、冶炼2、浇铸浇铸主要分为模铸和连铸两种。不锈钢浇铸，不论模铸还是连铸，都必须采取保护措施。因为不锈钢含有较多易氧化元素。如果钢液和空气接触，钢中的Cr、Mn、Si、Ti、Al就会和空气中的O、N反应，形成夹杂物，影响钢坯内部质量和表面质量。7/24/2023667/24/202367根据铁碳合金相图确定浇铸温度，一般在液相线以上150℃左右。并且还可选择流动性好的合金，即接近共晶成分的合金。其熔点低，结晶温度间隔小，流动性好，组织致密。2、浇铸不锈钢模铸分为上注法和下注法上注法优点：钢水在锭模中具有比较有利的凝固和结晶条件。钢锭致密度较好，带入钢水的外部夹杂较少，钢水的收得率也较高。但是上注法存在表面质量欠佳的缺点。下注法是将钢水浇入中注管，钢水经锭盘的沟道从底部进入锭模，同时浇铸数支钢锭。下注法优点较多，钢液在锭模内平稳上升，没有飞溅，同时利于保护浇铸措施，钢锭表面质量好，生产效率也较高。缺点是整模操作比较复杂，金属损失较多，钢水收得率相对较低。7/24/2023682、浇铸与模铸工艺相比，连铸不仅提高钢水收得率，使综合成材率提高，而且还省去开坯工序，大大降低了能耗，连铸与二次冶金(如热轧)相配合，使生产效率显着提高。连续铸钢的具体流程为：钢水不断地通过水冷结晶器，凝成硬壳后从结晶器下方出口连续拉出，经喷水冷却，全部凝固后切成坯料的铸造工艺过程。连铸坯组织均匀细小、偏析小，连铸生产劳动强度也较低。是现代化不锈钢生产的重要标志之一。7/24/2023692、连铸相对普通碳钢，不锈钢连铸在工艺和设备上要求更高，具体有以下特点：

(1)不锈钢连铸对钢水的温度和化学成分的要求很严格，而且要求浇注温度稳定控制在比较窄的范围内；(2)为了防止二次氧化，连铸生产过程要采取无氧化保护浇注；(3)不锈钢连铸对钢包、中间包、滑动水口、浸入式水口等的耐火材料也有严格要求。(4)为了改善铸坯的凝固组织，减少夹杂物、中心偏析、中心缩孔、内裂等缺陷，获得高质量的连铸坯，一般采用电磁搅拌技术。(5)对不锈钢连铸坯的质量要求比普通钢严格得多。7/24/2023702、连铸3、锻造开坯锻造开坯：将金属锭锻压加工成具有一定规格和性能的坯料的生产过程。合金钢钢锭内存在着偏析及其他铸态组织，锻造加工可以根据原料的种类和尺寸不同，选用合适的锻压规范和锻造比，使钢锭内的空洞焊合和组织致密；采用不定向的变形，有助于消除偏析等缺陷。开坯锻造时，加热温度不宜过高，以免晶界氧化和碳化物偏聚，导致局部熔化而开裂。终锻温度不能过低，以免产生锻造裂纹。7/24/2023714、深加工不锈钢的后续深加工有：棒材加工、丝材加工、热轧板带（3mm以下的热轧钢板）、厚板（3mm以上的热轧钢板，厚板大多数为奥氏体不锈钢，少量马氏体钢，铁素体不锈钢基本不生产厚板，轧出的钢板经辊式热矫直，冷矫直，切割后进行热处理。奥氏体不锈钢进行固溶化处理，马氏体不锈钢需要退火处理。热处理后的钢板还需矫直-酸洗-修磨-检验）、管材加工。管材加工又分为无缝钢管和焊管。核岛内冷却剂输送管道和各级换热管都是不锈钢无缝管，本课程以无缝不锈钢管为例，详细介绍不锈钢无缝管的生产过程。7/24/2023727/24/2023735、不锈钢无缝管的制造环形炉、一次感应、润滑、扩孔、除磷、二次感应、润滑7/24/202374热穿孔制管生产工艺（合金度较高的不锈钢）5、不锈钢无缝管的制造5.1热穿孔7/24/202375热穿孔不同方式简介（1）按轧辊型式分类1.锥式穿孔机2.桶式穿孔机3.盘式穿孔机7/24/20237676（2）

按轧辊位置分类立式穿孔机卧式穿孔机（3）

按轧辊数量分类二辊穿孔机三辊穿孔机5.1热穿孔7/24/202377F纵轧穿孔机斜轧穿孔机纵轧：由独立构件提供动力，轧辊反向旋转，坯料直行前进斜轧：由轧辊提供动力，轧辊同向旋转，坯料螺旋前进5.1热穿孔7/24/2023781231.轧辊2.导板3.顶头二辊立式斜轧穿孔机由上下轧辊，左右导板，顶头构成圆环孔型，并保证轧辊中心线，导板中心线及顶头中心线在同一位置5.1热穿孔7/24/202379穿孔工模具简介a.轧辊（以二辊立式锥形穿孔机为例）轧辊作用：提供变形动力。轧辊材质：一般采用60Mn钢。轧辊形状：由入口锥、出口锥及压缩带三部分组成α1-入口锥角α2—出口锥角β—辗轧角5.1热穿孔7/24/202380上下轧辊布置送进角：在水平平面内理论轧制中心线和轧辊中心线的倾角；碾压角：在垂直平面内理论轧制中心线和轧辊中心线的倾角；β–辗压角r--送进角另外，两轧辊喉径处距离决定穿孔机的一个极为重要的参数----轧辊距，它主要是影响坯料在穿孔轧制前的压下变形量，为穿孔提供所需的孔腔。5.1热穿孔7/24/202381作用：主要是抑制金属横向流动。材质：一般采用热铸钢，如Cr28由于导板工作条件恶劣，导板磨损或粘钢后需要及时更换或修磨导板形状：由入口锥、出口锥及压缩带三部分组成导板形状示意图5.1热穿孔b.导板7/24/202382c.顶头作用：主要是抑制金属纵向流动，形成空心荒管材质：一般采用钼基合金顶头，穿孔前要预热到850~950℃，穿孔时在顶头表面涂一层玻璃粉，起到润滑与保护作用。在使用过程中，应防止与水接触。形状：通常由四部分组成（鼻部、穿轧段、均壁段和反锥）连结：采用内螺纹连结加热：采用专用加热炉清理：点磨L1—鼻部L2—穿轧段L3—均壁段L4—反锥5.1热穿孔7/24/202383尺寸超差﹕外径或壁厚超出其公差范围。外螺纹﹕荒管外表面有螺纹状刮伤。内裂﹕荒管内表面出现肉眼可见裂纹。外裂﹕荒管表面出现肉眼可见裂纹。内雀﹕荒管内表面出现肉眼可见皱皮。沾钢﹕荒管内表面出现肉眼可见凹坑短尺﹕荒管头尾部缺陷需经切除才能处理，并造成荒管长度不够。5.1热穿孔内裂外裂热穿孔常见缺陷7/24/202384内螺纹外螺纹5.1热穿孔7/24/202385内雀粘钢5.1热穿孔常见缺陷处理方法7/24/202386缺陷名称产生原因预防方法处理方法尺寸超差1）钼顶头规格不合理1）选用合适的钼顶头规格改制2）穿孔参数（轧辊距，导板距，顶头前伸量）不合理2）严格按作业标准作业3）钼顶头，导板磨损严重及时修磨及更换工模具5.1热穿孔7/24/202387缺陷名称产生原因预防方法处理方法内裂1）坯料有非金属夹杂物聚集备料前先做成份偏析试验重处理2）塑性严格按作业标准加热3）坯料α相高于1.0级α相固溶高于1.0级4）顶头前压下量过大1.严格按作业标准操作2.采用大送进角穿孔工艺3.采用顶推穿孔工艺4.采用锥式穿孔机5）顶头温度太低保证穿孔节奏6）顶头/导板表面质量及时修磨7）孔型形状不合理1.椭圆度系数取1.03-1.152.导板设计合理3.顶头设计合理4.轧辊设计合理5.1热穿孔7/24/202388缺陷名称产生原因预防方法处理方法外折1）坯料表面细小裂纹清除坯料表面质量缺陷重处理2）坯料塑性保证加热质量3）穿孔变形量选用合适的穿孔变形量4）穿孔工具表面质量及时修磨穿孔工具5）孔型形状1.合适的椭圆度2.轧辊与导板之间的间隙合理5.1热穿孔7/24/202389缺陷名称产生原因预防方法处理方法内螺纹1）轧辊磨损过大及时更换轧辊重处理2）顶头磨损严重及时更换顶头3）导板磨损严重及时更换导板外螺纹1）加热温度不合理严格按作业标准操作2）导板磨损过大及时更换3）轧辊表面有凹坑及时修磨5.1热穿孔7/24/202390缺陷名称产生原因预防方法处理方法内雀皮1）定心孔不准确严格按作业标准操作重处理2）顶头不光滑1.及时修磨顶头2.顶头添加涂层外雀皮1）坯料表面缺陷处理不干净严格按作业标准操作2）轧辊磨损严重、粘钢及时修磨、更换3）坯料加热时间过长严格按作业标准作业5.1热穿孔7/24/202391缺陷名称产生原因预防方法处理方法内粘钢1）加热温度不合理严格按作业标准操作重处理2）顶头粘钢及时修磨顶头外粘钢1）加热温度不合理严格按作业标准操作2）轧辊磨损严重、粘钢及时修磨、更换3）顶头润滑不良顶头添加涂层5.1热穿孔7/24/202392缺陷名称产生原因预防方法处理方法壁厚不均1）加热不均匀清除坯料表面质量缺陷重处理2）坯料定心不准保证加热质量3）穿孔变形量选用合适的穿孔变形量4）穿孔工具表面质量及时修磨穿孔工具5）孔型形状1.合适的椭圆度2.轧辊与导板之间的间隙合理5.1热穿孔7/24/202393一种塑性成型工艺，适用于长、直、半成品的金属制品生产，例如：棒、管、板、线、实心或中空型材。将挤锭(billet)置入盛锭筒(container)内，盛锭筒后面的压杆(stem)前进挤压挤锭，使金属流经过挤压筒前方的模具(die)，而成形一特定截面的长条状型材。工作温度工作材料室温~300℃铅、锡300~600℃铝、镁、锌600~1000℃铜、钛、锆、铍、铀>1000℃镍、钢何谓挤压：5.2热挤压7/24/202394原理受挤压的金属材料，流经过模具与心棒之间的环形空隙管材规格控制模具，决定外径心棒，决定内径挤锭实心挤锭：在挤压筒内直接穿孔，然后挤型空心挤锭：挤锭预先穿孔(或车削)，再放入挤压筒5.2热挤压7/24/202395不锈钢的挤型温度很高，对工模具会产生热应力，而钢坯容易发生热损失，所以钢坯接触工模具的时间要短，挤速要快。挤压比为10~100，一般在20~25。出口速度1~2m/s。主缸速度一般介在40~100mm/s挤型长度一般为15~25m，以不破坏润滑层为前提。一般是利用感应炉加热钢坯，加热时间在5~15分钟内不太会形成表面锈皮，若能通入惰性气体，则防锈效果更佳。一旦钢坯从感应炉移出，必须立刻滚涂上玻璃粉，及尽快输送至挤压机。同时，将玻璃垫放在模具前方。玻璃垫厚度设计：以挤出长度为25m的条件下，能够在钢管表面形成0.02mm厚的润滑层。挤型完成后，挤压筒打开，锯台前进将钢管与料饼锯开。滑出台机构带走钢管，模具、压余(discard)、挤压垫片(dummyblock)退出。必须换上新模具、挤压垫片，启动下一个挤型程序。压余一般为10~20mm。5.2热挤压冷加工工艺主要有冷轧和冷拔。冷轧的特点是过程的周期性，而冷拔则是过程的连续性。冷拔：设备简单、工模具制作方面、操作容易掌控、规格更换容易、能拔制尺寸精度和表面质量都较高的小口径薄壁管。冷轧：设备较复杂、工模具制作也较为困难。但其一次变形量大，一般为冷拔的3倍以上。冷加工周期大为缩短，壁厚精度和表面质量都高于冷拔但外径尺寸精度不如冷拔。7/24/2023966、冷加工因此，一般采取以冷拔为主的轧-拔联合工艺。前者定壁、实现变形，用冷拔控制外径，以满足不同品种的要求。7/24/2023976、冷加工脱脂

目的：是经过轧或拔后的管子,将钢管内外表面的油污去净,避免热处理过程中产生C与Cr结合出现渗碳,而导致晶界处出现贫Cr现象，使得钢管在后续酸洗过程中容易出现过酸。

原理：通过酸液与钢管表面的油污进行反应,将表面的油污剥离,从而达到附着表面的油污与钢管表面分离。目前我公司，主要采用硝酸加氢氟酸的混合酸液进行去油处理。退火

退火是一种金属热处理工艺，指的是将金属缓慢加热到一定温度，保持足够时间，然后以适宜速度冷却。目的是降低硬度，改善切削加工性；使组织发生再结晶，消除残余应力，稳定尺寸，减少变形与裂纹倾向；细化晶粒，调整组织，消除组织缺陷。矫直：对金属退火后由于冷却不均产生的管壁弯曲、变形进行矫正，是重要的精整工序之一。7/24/2023986、脱脂&退火&酸洗酸洗：

目的：其主要目的是采用酸液去除钢管在热处理过程中生成的有一层厚度的氧化膜。原理：钢在高温下表面会形成厚度为0.02—0.05mm的氧化膜，此膜由内向外分三层，其成份分别为FeO、Fe3O4、Fe2O3，三者的比例分别约占约占50%、40%、10%。

方法：一般采用氢氟酸加硝酸的混合酸，加热到50－70度来达到酸洗的目的。此时硝酸的作用是使有机污垢氧化分解并使不锈钢表面钝化，氢氟酸则对无机污垢有温和的溶解作用。7/24/202399酸洗用的槽6、脱脂&退火&酸洗7.制造工艺对不锈钢无缝管耐蚀性能的影响7/24/2023100内部Mo顶头，穿孔时要涂玻璃粉穿孔工艺不当或润滑不良荒管内壁粗糙冷加工难以改善粗糙处脱脂去油困难固溶处理易渗碳晶腐性能7/24/2023101挤压的核心问题是玻璃粉润滑。润滑分为三种：外润滑、内润滑和玻璃垫。三种润滑对玻璃粉的成分、粒度和加入量都有讲究(分钢种不同而不同)。若内润滑玻璃粉加入量过大，或成分粒度不合理使得软化点过高都会造成管内壁褶皱不平或橘皮组织。可通过修磨或冷加工加以改善。若是hot-finished管子，则内表面抗点蚀性能将会大大降低。7.制造工艺对不锈钢无缝管耐蚀性能的影响7/24/2023102正常润滑油轧机7.制造工艺对不锈钢无缝管耐蚀性能的影响7/24/2023103若轧机润滑油较多，大管子可后期去油脱脂去除干净，小管子如换热管规格19.05X2.11，内壁难以去除干净，很容易在固溶处理时发生渗碳，造成晶腐不合格。若冷轧润滑油品质不佳，则润滑油很难在下道次的脱脂去油工艺中去除干净，易在固溶处理时造成渗碳，导致晶腐不合格。上图为去油时间超过20小时(中途倒缸冲水5次)后打棉球检验结果，仍然有油污。7.制造工艺对不锈钢无缝管耐蚀性能的影响7/24/2023104304H成品管金相照片，内壁严重渗碳，出现细晶层，晶腐不合格更严重者表面耐腐蚀性能严重下降，固溶后酸洗直接发生局部过酸。7.制造工艺对不锈钢无缝管耐蚀性能的影响7/24/2023105连续固溶炉—进炉连续固溶炉—出炉由于冷却不均匀，固溶后在冷却时钢管容易发生弯曲，因此需在固溶后加一道矫直处理。若矫直前弯曲度过大，则会留下较大的矫直应力。对一些强度高、硬度大的不锈钢钢管(如2205/2507等双相不锈钢)，残留矫直应力加以Cl-腐蚀环境可能诱发SCC。7.制造工艺对不锈钢无缝管耐蚀性能的影响7/24/2023106矫直应力过大，2205成品管，GB/T-17898:42%MgCl2,143℃，5h后即出现裂纹实践证明：改进冷却水的排放以及矫直工艺可改善此现象。5h15hαγ7.制造工艺对不锈钢无缝管耐蚀性能的影响7/24/2023107去油不尽引起晶腐倾向：高碳的﹥低碳的。304H﹥304L固溶处理。固溶的目的是固溶部分第二相如碳化物、消除冷加工应力、晶粒发生再结晶。若固溶温度偏高，晶粒长大过于严重，也会造成潜在晶腐敏感性，特别是大口径厚壁管。晶粒大-晶界少-冷却时碳化物易于在晶界扎堆析出，也会有晶腐倾向。特殊材料的问题：Inconel800、825等.相比一般3系列不锈钢氧化皮不容易去除，因此需较高浓度的酸液（HNO3/HF，20%/2%）。酸洗温度为50°C（最好别超过50°C）。酸洗时间需谨慎，控制在最小值，因为8系列镍基合金合金在此溶液中有晶间腐蚀倾向。

7.制造工艺对不锈钢无缝管耐蚀性能的影响第四讲不锈钢在核电站里的应用7/24/2023108第四讲不锈钢在核电站里的应用核电站的特点：很强的中子、γ射线辐照、巨大的核能释放及放射性裂变产物。为保证反应堆安全运行和设计寿命，各部件在服役期必须具有稳定性、完整性和可靠性。因此，对材料的要求主要有：7/24/2023109力学性能：足够的强度、韧性和耐热性，以保证结构的稳定性和完整性。耐蚀性能：抗局部腐蚀、抗全面腐蚀、抗高温氧化、对晶间腐蚀和应力腐蚀不敏感、对冷却剂和燃料兼容性好。物理性能：导热率大、热膨胀系数小、熔点高。辐照性能：对辐照不敏感、组织结构稳定、杂质和气体含量少、硫磷等杂质含量少。工艺性能：冶炼、铸造、锻造、热处理、冷热加工加工及焊接性能均应良好、淬透性大。经济性：原材料来源方便、生产工艺简单、成本低廉、使用经验丰富。7/24/2023110第四讲不锈钢在核电站里的应用核电站涉及的材料领域非常广泛，其中不锈钢作为反应堆结构材料得到广泛应用。据统计，一台百万千瓦级的核电站消耗钢材约5万吨以上。反应堆压力容器、堆内构件、控制棒驱动机构、一回路设备等关键部位用的钢多达数千吨。就PWR而言，与一回路冷却剂相接触的设备和构件几乎都是不锈钢和镍基合金。7/24/2023111第四讲不锈钢在核电站里的应用7/24/2023112第四讲不锈钢在核电站里的应用1.RPV核电站最关键的设备，是核电站寿期内唯一不可更换的设备，堆芯设备及堆内构件放置于压力容器中并承载核裂变，压力容器是防止放射性外逸的重要屏障。RPV一般采用合金结构钢，但为防止腐蚀，必须在内壁堆焊308、309不锈钢。7/24/2023113第四讲不锈钢在核电站里的应用2.堆内构件、控制棒驱动机构堆内构件的板材、锻才、管材主要材料为304、304L、321、316、316Ti等。由于304焊接后存在晶间腐蚀敏感性、304L高温强度不满足要求，法国压水堆对内构件大量选用控氮的304NG，如内部销爪组件、销钉、弹簧等。

控制棒驱动机构主要由高耐磨及高强度的马氏体不锈钢和沉淀硬化马氏体不锈钢。驱动杆组件采用410、连接件采用403等。7/24/20231