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文档简介
1、不锈钢的基础知识,二六年九月,一、不锈钢的定义二、不锈钢的发展三、不锈钢的分类四、合金元素体的作用五、不锈钢的一般物理性质六、不锈钢的耐腐蚀性能七、各种腐蚀环境下不锈钢的合理材料选择八、不锈钢的定义不锈钢不锈钢和耐酸钢在合金化程度上有很大差异。 不锈钢具有不锈钢性,但不一定是耐酸的耐酸钢一般具有不锈钢性。 铬是不锈钢最重要的合金元素体(一般将Cr含量为10.5-30%的钢定义为不锈钢),通过添加铬在钢的表面形成透明的氧化铬(Cr2O3)保护层,使金属从外界隔离而不发生化学或电化学作用, 不锈钢比一般钢材具有更好的耐腐蚀性和耐热性,二是不锈钢的发展,不锈钢的发明星空卫视: 1906年法国人吉利特
2、(L.B.Guillet ),1909年法国人波特酒万(A.M. Portevin ),1909年英吉利人吉森(w 19081911年,德意志人蒙纳兹(P.Monnartz )和鲍切尔斯(W.Borchers )发现钝化现象,提出了高铬合金的钝化理论。 工业用不锈钢的发明的开端:英吉利人brearly (h.br early )于19121913年开发了含有Cr12%高碳马氏体的不锈钢的美国人丹齐泽(C.Dantsizen )和hotscy (w.r.whit sey )于19111914年开发了含有Cr12%的不锈钢在1912-1914年,德意志人的马勒(E.Maurer )和斯特劳斯(B.
3、Strauss )研制出了C1.0%、Cr15%-40%、Ni20%的奥氏体不锈钢。 1929年斯特拉斯(B.Strauss )获得了低碳18-8(Cr-18%、Ni-8% )的不锈钢发明专利权。 这样,不锈钢的三大钢种高碳马氏体、镍锌铁氧体、奥氏体几乎云同步地研制成功。 工业用不锈钢的发展:为了解决188钢的敏化态晶间腐蚀,1931年发明了德意志的保持途径(E.Houdreuot )含Ti的188钢(AISI321 )。 并且在云同步中,为了提高不锈钢的耐腐蚀性,分别添加Mo、Cu等元素体。 1927年Bain和Friffiths首先发现了两相组织。 1935年在德意志的Unieux实验室,
4、奥氏体不锈钢系不锈钢中含有镍锌铁氧体相后,钢的耐晶粒间腐蚀性能显着改善,双相不锈钢被研制出来。 1946年,美国的斯米尔埃塔(R.Smithetal )成功研制出了174PH的高碳马氏体沉淀硬化不锈钢,此后,能够以高强度进行冷加工成形的半奥氏体不锈钢沉淀硬化不锈钢177PH、PH15-7Mo等相继登场。 迄今为止,不锈钢家庭主要的5种高碳马氏体、镍锌铁氧体、奥氏体、两相、沉淀硬化钢种基本齐备。 4050年代,节Ni的Cr-Mn-N、Cr-Mn-Ni-N不锈钢。 超低碳(C0.03% )奥氏体不锈钢系不锈钢; 六十年代,是1:1的双相不锈钢,出现了C N150ppm的高纯度铁素体耐热钢和马氏体不
5、锈钢。 这进一步扩大了不锈钢的品种。 中国不锈钢的发展,中国不锈钢的生产始于20世纪50年代初,当时使用电弧炉熔化期生产不锈钢,先生生产Cr13型不锈钢,19511952年开始生产1Cr18Ni9Ti。 为了满足国内化工发展的需要,从50年代开始生产含有mo2%到3%的1Cr18Ni12Mo2Ti和1Cr18Ni12Mo3Ti等。 为节省贵重元素体的镍,从1956年开始模仿Mn、n代Ni的1Cr17Mn6Ni5N和1Cr18Mn8Ni5N。 从50年代末到六十年代初,在工业上试制了1Cr17Ti、1Cr17Mo2Ti和1Cr25Mo3Ti等无镍铁元素素体不锈钢,开始研究抗发烟硝酸腐蚀的高硅不锈
6、钢1Cr17Ni14Si4ALTi (这个钢种实际上是双相不锈钢)由于六十年代采用国内化工、宇宙航行、航空、核电源等工业发展的需要和电炉氧炼钢技术,大量的新钢种,例如17-4PH、17-7PH、PH15-7Mo等沉淀硬化不锈钢,从含有C0.03%的超低碳不锈钢00crri的70年代开始, 部分Cr-Ni双相不锈钢相继研制完成,正式生产和应用,主要钢号为1Cr21Ni5Ti、00Cr26Ni7Mo2Ti、00Cr18Ni5Mo3Si2(3RE60 )和00cr18nni的80年代以来, 研制完成了超低碳严格特罗尔控钢中磷含量和相量的尿素级不锈钢00Cr18Ni14Mo2和00Cr25Ni22Mo
7、2N两种品牌。 从1949年到1979年是低速发展时期,生产的不锈钢以工业使用和国防尖端使用的发展为主,产量有限,且技术落后,成本高,产品不稳定。 这个时期,也可以生产国外生产的主要不锈钢品种的国内制造商,但主要生产品种比较单一。 例如1Cr18Ni9Ti一个品牌的产量占我国Cr-Ni不锈钢产量的95%以上,这种情况一直持续到1988年。 由于包括Ti在内的18-8型Cr-Ni奥氏体钢存在一系列缺陷,美、日等工业发达国家已经实现了由含Ti不锈钢向低碳、超低碳不锈钢的过渡,而中国在19851990年间致力于低碳、超低碳不锈钢的研发、生产和应用。 从20世纪80年代到90年代中期,国内不锈钢厂的技
8、术、装备得到了快速改善和发展。 1995年以后是国内不锈钢发展最快的时期。 在这个时期,随着国家经济调整和市场需求的拉动,从产量到技术装备水平,我国的不锈钢产业发展迅速。 三、不锈钢的分类、不锈钢种类多、性能也不同,常见的分类方法是用马氏体不锈钢、铁素体耐热钢、奥氏体不锈钢系不锈钢、二相系不锈钢等钢的组织架构分类。 根据钢中的主要化学成分或钢中的几个特征要素进行分类。 例如铬不锈钢、铬镍不锈钢、铬镍钼不锈钢和超低碳不锈钢、高钼不锈钢、高纯度不锈钢耐硝酸(硝酸级)不锈钢、耐硫酸不锈钢、耐点蚀不锈钢、耐应力腐蚀不锈钢低温不锈钢、非磁性不锈钢、易切削不锈钢、超塑性不锈钢等,按照钢的功能特征进行分类。
9、 目前常用的分类方法是钢的组织架构特征和钢的化学成分特征以及两者相结合的方法进行分类。 例如,将现在的不锈钢分类到马氏体钢、镍锌铁氧体钢、奥氏体钢、双相钢和沉淀硬化模具钢5种,或者铬不锈钢、铬镍不锈钢和铬锰氮不锈钢。 奥氏体不锈钢含有较多奥氏体区和稳定奥氏体扩大后的元素体,由于高温时为奥氏体相,蒸发制冷时Ms点为室温以下,因此在常温下具有奥氏体组织。 根据维持合金的奥氏体基体所采用的合金化方式,奥氏体不锈钢可分为铬镍不锈钢和铬锰氮不锈钢两个系列。 前者是以镍为主要成分的奥氏体化元素体,云同步中含有适量的氮;后者是以锰、氮为主要成分的奥氏体化元素体,云同步中含有适量的镍。 奥氏体组织的钢无磁性,
10、具有高韧性、塑性,硬度小,加工性能和焊接性能良好,但强度低,不能通过热处理强化,只能通过冷加工强化。 铬镍奥氏体不锈钢系不锈钢是目前使用最广泛的不锈钢,这些个的钢以18-8型铬镍钢为代表,包括基于18-8化学基发展而成的铬镍奥氏体不锈钢系不锈钢。 所谓铁素体耐热钢,是指铬含量为110%,具有体心立方晶结构,在使用状态下以镍锌铁氧体组织为主的不锈钢。 铁元素素体不锈钢根据钢中铬量大致可分为Cr11%-15%、Cr16%-20%、Cr21%-30%这3种。 这种钢一般不含镍,有时含有少量的Mo、Ti、Nb等元素体。铁素体耐热钢强度高,冷加工硬化倾向低,耐氧化性好,耐应力腐蚀优异,导热率大,奥氏体不
11、锈钢的1300%,线膨胀系数小,铬镍奥氏体不锈钢的60p%。 铁素体耐热钢缺陷明显,室温、低温韧性差,缺口易感性高,对晶粒间腐蚀敏感,并且这些个缺陷因铁素体耐热钢截面尺寸增加、蒸发制冷速度慢和焊接热影响更强。 铁素体耐热钢在通常的淬火温度中处于奥氏体相区域,但这些个的奥氏体相只在高温时稳定,m点一般为300左右,在蒸发制冷时变化为马氏体。 马氏体不锈钢是能够通过热处理(淬火)调整其性能不锈钢,一般是能够固化的不锈钢,决定了这样的钢需要具备两个基本条件的其二,为了在合金上形成耐腐蚀性的钝化膜,铬含量在10.5%以上根据钢中合金元素体的不同,可以将马氏体不锈钢分类为高碳马氏体系铬系不锈钢和高碳马氏
12、体系铬镍系不锈钢两种。 高碳马氏体系铬不锈钢可以分类低碳、中碳、高碳3种。 高碳马氏体铬镍不锈钢有普通的高碳马氏体铬镍不锈钢、沉淀硬化不锈钢、高碳马氏体时效不锈钢。 具有高强度和高硬度,可通过热处理调整钢的力学性能。 马氏体不锈钢的耐腐蚀性比奥氏体不锈钢和铁素体耐热钢稍差。 马氏体不锈钢、奥体镍锌铁氧体双相不锈钢是指由奥体和镍锌铁氧体体二相组织构成的不锈钢,这些个二相组织独立存在,含量多。 两相的比例可以通过合金成分和热处理条件的变更来调整。 考虑到奥氏体基体具有15%的铁元素原材,或铁元素原材基体具有15%的奥氏体,可以说均为奥氏体铁元素原材双相不锈钢。 在实际工序中使用的奥氏体镍锌铁氧体双
13、相不锈钢大多以奥氏体为基础,含有200%的铁元素原材。 现在广泛使用的奥氏体镍锌铁氧体双相不锈钢含有约50%的奥氏体和约50%的铁元素铁素体。 与纯奥氏体不锈钢系不锈钢相比,屈服强度高,对晶粒间腐蚀的耐受力高,对应力腐蚀的易感性低,焊接时产生热裂纹的倾向小,铸造流变性好等。 此类钢与铁元素素不锈钢相比,韧性好,脆性转变温度低,耐晶间腐蚀和焊接性能均显着提高。 缺点有冲压加工性能差、点腐蚀倾向大、易发生相脆性、强磁场显示弱磁性等。 这些个的优点和缺点都来自于组织中的镍锌铁氧体。奥氏体不锈钢镍锌铁氧体双相不锈钢、析出硬化不锈钢根据其组织而分别为高碳马氏体析出硬化不锈钢(以0Crl7Ni4Cu4Nb
14、为代表)、半奥氏体不锈钢析出硬化不锈钢(以OCrl7Ni7Al和OCrl5Ni25Ti2MoVB为代表) 和奥氏体不锈钢镍锌铁氧体沉淀硬化不锈钢(PH55A,b,的这些个的共同特点是在钢中添加铜、铝、钼、钛、铌等元素体,这些个的元素体在奥氏体不锈钢和镍锌铁氧体中固溶度小,时效处理后使金属间化合物分散沉淀以强化钢。 此类不锈钢可通过热处理工艺调整其性能,使其在钢的成型、设备制造过程中处于易加工、易成型的组织状态。沉淀硬化不锈钢、常用不锈钢的品种和分类:马氏体不锈钢1Cr13 (410 )、24cr13、9cr18、1cr17ni2铁素体耐热钢00Cr12(409 )、00Cr12Ti(409L,
15、非GB) 1Cr18Ni9(302 )、0Cr18Ni9(304 )、 接口接口接口接口、接口接口接口接口、接口接口接口接口接口接口接口接口接口接口接口接口接口接口接口接口接口接口接口接口接口接口接口接口接口接口接口接口接口接口接口接口接口接口接口接口接口接口接口接口接口接口接口接口接口接口接口接口接口接口接口接口接口接口接口接口接口接口接口接口接口接口接口接口接口接口接口接口接口接口接口接口接口接口接口接口接口接口含铬钢在氧化介质中能够在其表面迅速形成致密的富铬氧化膜,该氧化膜能够防止金属基体的进一步氧化。 铬是镍锌铁氧体形成元素体。 钢的耐腐蚀性随铬含量的升高而急剧提高。 钢中铬含量达到1
16、2.5%(1/8)原子比时(即质量比达到11.7%时),钢材的耐腐蚀性能以第一个突然变异提高,达到25%(2/8)时以第二个突然变异提高。 这样,每当铬含量达到1/8、2/8、n/8原子比时,钢的耐腐蚀性能就会突然变异提高,这种变化规律称为n/8法则。 在钢中加入一定量的铬,电极电位就会上升。 实验证明,向铁元素中添加约13%的铬后,铁元素的电极电位从-0.56V急剧上升到0.2V,因此耐受力显着提高。 镍在不锈钢中的作用必须与铬配合才能发挥。 镍是在钢中形成奥氏体不锈钢的元素体。 镍是优良的耐腐蚀性材料,也是合金钢材重要的合金化元素体。 然而,仅在含有镍27的情况下,钢的一部分介质的耐腐蚀性
17、能显着变化。 镍不能单独构成不锈钢。 但是,如果镍和铬在不锈钢中存在于云同步中,则能够提高表面氧化膜的稳定性,使钢具有耐若干还原性介质的性能。 镍能够提高韧性和延展性,加工、制造、焊接变得容易。 碳:是强奥氏体形成元素体,可以显着提高钢的强度,但钢中的碳含量越高塑性越差,另外碳对耐腐蚀性也有不良影响。 氮:是强奥氏体的形成元素体,可以显着提高钢的强度。 但是,由于不锈钢对时效裂纹的影响很大,所以在冲压用途的不锈钢中必须严格控制氮含量。 在奥氏体和双相不锈钢中,氮可以提高耐点腐蚀能力,减少高温和焊接时金属间相()析出的机会。 锰对奥氏体不锈钢的作用与镍相似。 但准确地说,锰的作用不是形成奥氏体不锈钢,而是降低钢的临界淬火速度,提高蒸发制冷时的奥氏体不锈钢稳定性,抑制奥氏体不锈钢分解,使高温形成的奥氏体不锈钢保持在常温。 为了提高钢的耐腐蚀性能,锰的作用不大,如钢中锰的含量从0 %变化到10.4%,空气和酸中钢的耐腐蚀性能也不显着变化。 这是因为锰提高铁元素化学基固态溶液的电极电位的作用少,
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