金属材料学 第5章 不锈钢.ppt

1、第五章不锈钢是指在空气、水、盐水、酸和碱等腐蚀性介质中具有高化学稳定性的钢。只能抵抗大气、水和其他介质腐蚀的钢称为不锈钢，在酸、碱和其他介质中具有抗腐蚀能力的钢称为耐酸钢。能抵抗大气、水和其他介质腐蚀的不锈钢不一定是耐酸的，但耐酸钢肯定能抵抗大气、水和其他介质的腐蚀。传统上，它们被称为不锈钢，但它们有很大的不同。5.1概述，5.1.1金属腐蚀类型1。一般侵蚀腐蚀均匀地发生在材料表面，并损坏大量材料。容易找到，不是很有害。2.由于应力和其他原因，点腐蚀导致腐蚀集中在材料表面的小区域，发展到深处，最终渗透到金属中。晶间腐蚀晶界腐蚀是指腐蚀过程沿晶界进行，这是最有害的。像虫蛀的苹果。4.应力腐蚀在拉

2、伸应力下，钢中会出现应力腐蚀失效现象。没有警告，所以它的危害性比较大。5.腐蚀磨损同时在腐蚀介质中也有磨损，腐蚀和磨损相互促进和加速的现象称为磨损腐蚀。金属的各种腐蚀类型和电化学腐蚀现象：不同金属的直接接触，如铜和钢；同一金属在有浓度差的介质中，浓缩成电池，如铁桶装水，电极装在盐炉中；显微组织具有不同的电位、微孔、锈蚀和腐蚀等金相组织；成分不均匀，有微孔，如晶界和晶内；应力不均匀，如导线弯曲和铆钉头容易腐蚀。5.1.2性能要求和提高钢材耐腐蚀性的途径，性能要求，(1)不锈钢具有较高的耐腐蚀性，(2)不锈钢应具有一定的机械性能。许多部件在腐蚀介质下承受一定的载荷。(3)不锈钢应具有良好的工艺性能

3、。管道、板材、型材等。应加工并变形为组件，如容器、管道、锅炉等。因此，不锈钢的可制造性也非常重要，主要包括焊接性和冷变形性。提高钢的耐蚀性的主要途径有：(1)形成稳定的保护膜，保护膜中含有有效的铬、铝和硅。(2)铬、镍、硅：镍价格昂贵，供应不足，硅易脆化钢，所以铬是理想的。(3)获得了单相组织镍和锰的单相奥氏体组织。(4)机械保护措施或覆盖，如电镀、喷漆等。5.1.3不锈钢的结构和分类，铁素体形成元素：铬、钼、硅、钛、铌等。奥氏体形成元素：碳、氮、镍、锰、铜等。铬当量铬=Cr 1.5 mo 2.0 si 1.5 ti 1.75 nb 5.5 al 5v 0.75 w镍当量镍=镍钴0.5Mn 3

4、0C 25N 0.3Cu铬当量和镍当量的综合作用决定了不锈钢的织构状态图。图不锈钢的显微组织状态图(焊后冷却)，不锈钢的分类，m不锈钢：Crl3型，如1Crl34Crl3、Crl7Ni2、9Cr18等。不锈钢：0Cr17Ti、1Cr25Ti、00Cr27Mo等。不锈钢：单相a结构，如0Cr18Ni9，1Crl8Mn8Ni5N。A-F复相不锈钢：如0Cr21Ni5Ti，沉淀硬化不锈钢，5.2影响不锈钢组织和性能的因素，5.2.1合金元素对钢的组织和性能的影响。1.铬元素的作用，铬是决定钢耐蚀性的主要元素，具有固溶体电极电位和表面形成的致密氧化膜。抗铬腐蚀效果符合n/8定律。铬对铁铬电极电位的影响

5、，塔曼定律，将稳定的甲组分加入到活性的乙组分固溶体中。当A组分含量达到n/8原子比时，固溶体电极的电位突然升高，耐蚀性也急剧变化。也称为二元合金固溶体势的n/8定律，2。碳和氮的作用，碳：碳，强度，冷变形性，焊接性和耐腐蚀性；综合因素：碳含量应尽可能低，氮：结构稳定，强度高，塑性韧性好，耐腐蚀，特别是抗局部腐蚀，三种类型：控氮型(0.050.10%)，中氮型(0.100.40%)，高氮型(0.40%)，第三，其他元素的影响可形成单相奥氏体；锰可以部分替代镍，但不能单独添加；钛和铌能形成稳定的钾和固定的碳，使铬能溶解在基体中，从而防止晶界腐蚀；钼可以钝化不锈钢，扩大钝化介质的范围。5.2.2腐蚀

6、介质对钢材耐蚀性和金属耐蚀性的影响与介质类型、浓度、温度和压力等环境条件密切相关。必须根据工作介质的特性正确选择不锈钢耐腐蚀钢。在大气、水、蒸汽和其他弱腐蚀性介质中。13Cr 2，氧化介质，如硝酸。钝化氧化膜容易形成，17Cr和Cr含量越高越好。3.非氧化性酸，如稀硫酸。以17Cr、钼和铜为基础；4.强有机酸，以铬锰不锈钢为基础，添加钼和铜；5.含氯离子的介质，如海水，氯离子含量低，腐蚀性强。铁素体不锈钢主要有三种类型：(1)Cr13型，如0Cr13、0Cr13Al、0Cr11Ti等。(2)Cr17类型，如1Cr17、0Cr17Ti、1Cr17Mo等。3)Cr25-30型，如1Cr28、1Cr

7、25Ti、00Cr30Mo2等。含碳量为0.25%。为了改善某些性能，可以加入钼、钛、铝、硅等元素；在硝酸、氨等介质中具有良好的耐腐蚀性和抗氧化性；差的机械性能和可制造性、高脆性、室温下的TK。没有同构变换，大多用于退火软化状态。铁素体不锈钢的脆性高铬铁素体不锈钢的缺点是其脆性，主要包括以下几个方面：(1)粗大原始晶粒具有原子扩散快、晶粒粗化温度低、晶粒粗化率高的特点。当不锈钢的晶粒度达到900时，晶粒度开始超过600。为什么3360不能像普通钢一样再加热和再结晶以细化晶粒尺寸？(2)不锈钢具有475脆性。当它是15Cr时，它倾向于与铬一起变脆。当在400-525下长时间加热或缓慢冷却时，钢会

8、变脆，尤其是在475下加热时。原因是铬有序相和母相在脆化温度范围内长时间停留时会产生较大的内应力。AK(3)金属间化合物相的形成相具有高硬度和大体积效应，且往往沿晶界分布，使钢产生很大的脆性。5.4马氏体不锈钢主要含1218%的铬，可通过淬火和冷却生产m。1.马氏体不锈钢的成分和显微组织特征马氏体不锈钢可分为三类：(1)Cr13型，有1Cr13、2Cr13、3Cr13、4Cr13等钢种；(2)高碳高铬钢，如9Cr18和9Cr18MoV(3)低碳17%铬-2%镍钢，如1Cr17Ni2。问题：4Cr13为什么是过共析钢？9 Cr18中的铬含量已达到18%，但它只是耐大气腐蚀的不锈钢。1cr13:

9、m f，2cr13: m，3cr13: m，4cr13: m k，类似于淬火和回火钢，制造不锈钢结构件，类似于工具钢，制造耐腐蚀工具(手动刀等。)，马氏体不锈钢的热处理特点，常用的热处理工艺包括软化处理、球化退火和调质处理。软化处理有两种方法：一是高温回火，将锻件加热至700800，保温26小时，然后空冷，将马氏体转变为回火索氏体。此外，也可以使用完全退火。1Cr13和2Cr13通常用于结构构件的硬化和回火。由于铬的抗回火性和AC1点，回火温度也相应，通常为640700。回火后应采用油冷却？淬火火低，3Cr13和4Cr13常被用作具有一定耐腐蚀性的工具，因此采用低温淬火和回火。t淬火在1000

10、-1050，以减少显微组织为马氏体碳化物，含少量氩，5.5奥氏体不锈钢，是使用最广泛的耐酸钢，约占不锈钢总产量的2/3。奥氏体不锈钢具有以下优点：(1)耐腐蚀性高；可塑性好，易于加工和改变成各种形状的钢；加热过程中没有类质同象转变，焊接性好；韧性和低温韧性都很好，一般没有冷脆的倾向，并且有一定的热强度；没有磁性；它价格昂贵，难以切割，而且导热性差。5.5.1奥氏体不锈钢的成分特征奥氏体不锈钢的主要成分是铬和镍，18Cr和8Ni的组合是全世界奥氏体不锈钢的典型成分。铬镍=18 8=26，耐蚀电位接近n/8定律中n=2的电位值，具有良好的钝化性能，单相奥氏体结构，耐蚀性达到较高水平。铬和镍更好。，

11、绘制不锈钢(焊后冷却)、钛和Nb:的显微组织状态图，以稳定钾和抗晶间腐蚀。Mo:不锈钢钝化，点蚀倾向，钢在有机酸中的耐蚀性；Cu:钢在硫酸中的耐腐蚀性：Si:钢的抗应力腐蚀开裂性。奥氏体铁素体碳化物结构处于平衡状态，固溶处理后获得单相奥氏体。5.5.2奥氏体不锈钢的晶间腐蚀，现在，当奥氏体不锈钢焊接后在腐蚀介质中工作时，在离焊缝不远的地方会产生严重的晶间腐蚀。在焊缝和热影响区(450800)，23C6沿晶界析出，晶界附近出现贫铬区(低于1/8定律的临界值)。不锈钢晶界腐蚀的贫铬区图解，敏感性处理在铬镍奥氏体不锈钢中，450-800时效处理可检测不锈钢晶间腐蚀的敏感性。敏化机理和灵敏度之间的关系

12、通常用TTS(时间-温度-敏化)曲线表示，如下图所示。敏化处理后，在金相组织上可以看到碳化物沿晶界沉淀。曲线1表明钢中开始发生晶间腐蚀，曲线2是由于时间足够，晶间腐蚀的趋势不再出现，即晶间腐蚀现象的终点。曲线包围的区域是晶间腐蚀的温度和时间范围。与强钾形成元素钛和铌形成合金的不锈钢被称为稳定钢。该钢析出钾的温度范围可分为两个区域，如上图右侧所示。曲线1显示M23C6型钾沉淀的富铬区域，曲线3显示微晶纤维素型钾沉淀的区域，曲线2显示晶间腐蚀发生的区域。在只有MC碳化物沉淀的区域没有晶间腐蚀的趋势。镍、钴和硅能促进晶间腐蚀，而钼、钛、铌、锰和钒能不同程度地阻止晶间腐蚀趋势。显然，随着钢中碳含量的增

13、加，钢的晶间腐蚀倾向也增加。为了防止不锈钢的晶间腐蚀，可以采取以下措施：(1)降低钢中的碳含量；(2)加入钛和铌沉淀特殊的钾，稳定结构；(3)在10501100进行固溶处理，保证铬含量；(4)对不稳定的不锈钢进行退火，使成分均匀化，消除贫铬区；(5)对于稳定钢，通过热处理形成特殊的钛铌钾，以稳定固溶体中的铬含量，保证铬含量水平。5.5.3奥氏体不锈钢的热处理和固溶处理：奥氏体不锈钢的固溶处理温度一般为10501150，常用于10501100。为了确保高温奥氏体不分解，固溶处理后的冷却速度应该更快。在正常情况下，经常使用水冷。固溶处理是奥氏体不锈钢的最大软化处理。此时，奥氏体具有最高的合金化程度，因此它也具有最高的耐腐蚀性。稳定化，也称为稳定化退火。这种处理仅用于含钛和铌的不锈钢。Choosi含钛奥氏体不锈钢的热处理工艺5.5.4奥氏体不锈钢主要有三种类型：铬锰奥氏体不锈钢、铬锰氮奥氏体不锈钢和铬锰镍、铬锰镍氮奥氏体不锈钢。氮对稳定奥氏体有很大的作用，可以抑制相的形成，有效地提高钢的强度而不降低室温下的韧性，并且对耐腐蚀性没有影响。然而，氮含量受溶解度的限制，一般氮含