【基础科学】不锈钢ppt模版课件.ppt

1、09MnV,45Mn2, 09Mn2,9SiCr,12Mn,65Mn,09MnCuPTi， 25Si2Mn2CrNiMoV,10MnSiCu,40MnVB,12MnV,14MnNb, 50CrMnA,16Mn,GCr6,Cr06,Cr12,16MnRe,55SiMnMoV, 10MnPNbRe,8MnSi15MnV,40Cr,16MnNb,9Cr2,40CrMn, 14MnVTiRe,15MnVN,35CrMo,40CrNi,CrWMn,GCr9SiMn, W6Mo5Cr4V2,Cr12MoV,W18Cr4V,第九章 不锈钢,9.0 不锈钢概述,定义：在自然环境或一定介质中具有耐腐蚀性的钢种。

2、 不锈钢的主要性能指标：耐蚀性 使用不锈钢的目的： 提高材料耐蚀性， 减少消耗， 延长使用寿命。,9.1 金属的腐蚀与防护,9.1.1金属的化学腐蚀和电化学腐蚀 腐蚀：金属和合金由于外部介质的化学作用和电化学作用而 引起的破坏。分为化学腐蚀和电化学腐蚀 （1）化学腐蚀：金属在腐蚀过程中没有电流流动，产物在 金属表面产生，如金属的高温氧化。 （2）电化学腐蚀：腐蚀过程中有电流流动 产生条件：1）金属各部位或不同金属间存在电极电位差； 2）电极电位不同的金属相接触或中间连接； 3）各部位金属在同一电解质溶液中，且电解质 相互联通。,双电层的建立,由于金属晶体是由金属原子、金属 离子和自由电子所组成

3、，当金属侵入 电解质溶液中时，由于极性水分子的 作用以及本身的热运动，金属表面上 的正离子将发生水化。,负电性金属,（1）如果水化时产生的水化能足以克服金属 晶格中金属正离子与电子间的引力，一些离 子将脱离金属表面而进入液层中形成水化离 子，而与这些离子保持电中性的电子仍然留 在金属上，使金属表面带负电，靠近金属表 面的液层中排列着带正电的金属水化离子， 在金属溶液界面上形成了“双电层”。,正电性金属,（2）如果金属离子的水化能不足以克服金 属离子与电子的吸引力，则溶液中的水化离 子可能被金属上的电子吸引而进入金属晶 格，金属表面带正电荷，与之相邻的液层中 聚集阴离子而带负电荷，称之为正电性金

4、 属。, 形成腐蚀电池的原因,金属方面 环境方面 成分不均匀 金属离子浓度差异 组织结构不均匀 氧含量的差异 表面状态不均匀 温度差异 应力和形变不均匀 热处理差异,腐蚀电池形成原因举例,(a)不同金属组合 (b)金属中含杂项 表面状态不同,（d）应力及形变差异 （e）氧浓度差异 （f）金属离子浓度差异,渗碳体,铝,钢,铁,新管道,新管道,应力集中,砂土,粘土,铜,铜,表面状态不同缝内Cu2+浓度比缝外高,极化及极化原因,极化：腐蚀电池中由于有电流流动而造成电极 电位变化的现象。极化使腐蚀电池的电极 反应速度减小。 极化原因：电子转移速度大于电极反应速度。 阴极极化：电流流动而造成电极电位变小

5、的现 象。（由于电子的堆积） 阳极极化：电流流动而造成电极电位变大的现象。,Zn,Cu,测Zn电极电位的电路没画出来,A,r,V,参比电极,高阻电压表,K 开路时，i=0, Cu和Zn的电位分别为静止电位Eoc(Cu),Eoa(Zn) K 闭路，电流通，r 减小， 电路欧姆电阻 R减小，电流 i 增大，Zn电位正移，Cu电位负移，,K,测量电偶腐蚀电池的极化曲线的装置,用上图装置测量的极化曲线（Zn和Cu面积相等）,欧姆电阻压降iR,E,Eoc（cu）,Ec（cu）,Ea（Zn）,Eoa（Zn）,i imax,腐蚀极化图的应用,腐蚀极化图是研究电化学腐蚀的重要工具， 利用极化图可以确定腐蚀的主

6、要控制因素， 解释腐蚀现象，分析腐蚀过程的性质和影响 因素、计算腐蚀速度等。 Icorr = (EC-EA) / (PC + PA + R) PC与PA分别为阴极极化率与阳极极化率。,9.1.2 金属腐蚀破坏的基本类型,均匀腐蚀 晶间腐蚀 点蚀 应力腐蚀 磨损腐蚀 腐蚀疲劳,9.2 对不锈钢性能要求及影响其耐蚀性因素,9.2.1 不锈钢工作条件及其对性能的影响 工作环境：宇航，海洋，石化，动力等环境中。 许多设备长期在腐蚀环境介质中工作，腐蚀是主 要的失效原因之一。 降低设备精度 降低寿命,9.2 对不锈钢性能要求及影响其耐蚀性因素,不锈钢性能要求： 1、对具体使用环境，应具有尽可能高的耐蚀性

7、 某些不锈钢在特定的介质中耐蚀，在其他的介 质中可能不耐蚀。 2、力学性能要求 3、工艺性能要求 良好的冷热成型，焊接性能等,9.2.2 工作介质对不锈钢耐蚀性能的影响,金属的耐蚀性与工作介质的种类，浓度，温度等有关。 1.氧化性介质（HNO3）： 该介质含氧量较高，容易在钢表面形成钝化膜。 2. 非氧化介质 （HCl，有机酸等） 介质含氧量低，钝化膜不易形成，甚至不能钝化,9.2.3 提高不锈钢耐蚀性途径,提高电极电位 使金属钝化 使钢获得单相组织，并有均匀的化学成分，组织结构和高的纯净度,不锈钢的钝化,钝化：某些金属在特定的环境下失去金属活性，呈现与惰性金属相似的特性。 钝化机制：金属与周

8、围介质生产一层极薄的氧化膜（钝化膜），作为金属与介质之间的一个屏障，降低金属的腐蚀。 钝化的作用：使金属在一定条件下，阳极反应受阻，从而提高耐蚀性。 钝化作用局限：只在特定条件下有作用 常用的钝化元素：Cr，Al，Si,合金元素对Fe电极电位的影响,一般讲，金属固溶体的电极 电位比化合物低，所以在腐蚀过 程中，金属固溶体作为阳极被优 先腐蚀。 提高Fe基体的电极电位可提 高耐蚀性。 n/8规律 Fe基固溶体的电极电位随Cr含量达到Cr/Fe摩尔比的1/8,2/8,3/8n/8时，Fe的电极电位会发生跳跃式升高，腐蚀显著减弱的现象,铬含量对Fe-Cr合金电极电位的影响 (大气条件),合金元素对不

9、锈钢基体性能的影响,不锈钢的基体组织是获得所需力学性能和良好耐蚀性的保证，使钢在室温下得到单相组织（A，F），就可以减少微电池的数量，提高耐蚀性。 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,9.3 不锈钢分类,按耐蚀性分类 按金相组织分类 按化学成分分类,按金相组织分类,按不锈钢在900-1100加热，并在空气中冷却后的基体组织分类. 铁素体不锈钢 奥氏体不锈钢 马氏体不锈钢 FA双相钢 沉淀硬化不锈钢,按化学成分分类,Cr不锈钢 Cr-Ni不锈钢 Cr-Mn-N不锈钢 Cr-Mn-Ni-N不锈钢,9.4 铁素体、马氏体不锈钢,F

10、，M不锈钢一般都是含Cr量较高的FeCrC合金。 Cr13，为单相的F，无 转变。 12Cr13 仅发生部分 ，称F-M钢。,不锈钢船用螺旋桨,不锈钢剪刀,9.4.1 铁素体不锈钢,主要用作受力不大的耐酸结构 和抗氧化钢使用。 F不锈钢化学成分、种类和组织 1.化学成分 Cr：1330 （提高电极电位，钝化） C：低碳：0.08-0.15 附加元素：Ti，N，Mo，Si，Al Ti：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。,铁素体不锈钢制品,2.铁素体不锈钢的种类,Cr13型： 0Cr13，0Cr13A， 1C

11、r14S Cr17型： 1Cr17，0Cr17Ti，1Cr17Ti，1Cr17Mo2Ti Cr25Cr28型：1Cr25，1Cr25Ti， 1Cr28,3.铁素体不锈钢的组织：,F碳化物,铁素体不锈钢的脆性,铁素体不锈钢的主要缺点：脆性大 1. 晶粒粗大脆性 2. 相析出脆性 3. 475脆性 4. 高温脆性,钢中相,铁素体不锈钢的脆性,F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，通过添加少量Ti消除。 相是一种Fe，Cr的金属间化合物，HRC在68以上，一般从铁素体中析出，使钢材变脆。而相通常沿晶界析出，可引起晶间腐蚀,铁素体不锈钢的脆性,Cr15%时，在4005

12、25 长时间加热，或在此 温度范围内缓冷，钢在室温下将变得很脆，特别 是在475 脆化最为明显，称为475 脆性。 原因是：475 加热时，F内的Cr原子趋于有序 化，形成许多富Cr的小区域（80Cr20Fe） 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。,铁素体不锈钢的脆性,F不锈钢在加热900-1100 以上，冷却到室 温，会出现严重脆化，抗蚀性能也大大降低， 称为高温脆性。 主要原因： 一、是C，N较多的F SS冷却时，会在晶界处或位 错处析出高Cr碳化物和氮化物引起脆性； 二、高温时，C，N在晶界吸附，使晶界区稳定A元 素浓度增高，形成一层包

13、围F晶粒的奥氏体层，在 冷却时转变为M，造成脆性。,铁素体不锈钢的压力加工及热处理,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。,9.4.2 马氏体不锈钢,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：1318Cr 0.10.9C 附加一定的Ni，Mo 种类（1）低中碳 13Cr型：

14、1Cr13，2Cr13， 3Cr13，4Cr13 （2）高碳 Cr18型：9Cr18 ，9Cr18MoV （3）低碳172%Ni:1Cr17Ni2 压缩机转子， 船舶尾轴,Cr13型马氏体不锈钢,Cr13型马氏体不锈钢室温平衡组织 F碳化物 特点 但由于Cr较高，过冷奥氏体稳定性高，淬透性高，空冷即可获得马氏体，所以又根据空冷的金相组织可以Cr13型马氏体不锈钢分为： 1Cr13：MF钢 2Cr13，3Cr13：M钢 4Cr13：M碳化物钢,Cr13型马氏体不锈钢,热处理：软化处理，淬火，回火 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：700-800，2-6h

15、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,Cr13型马氏体不锈钢,淬火 淬火温度：1000-1050 3Cr13，4Cr13 含碳量高，温度高些 淬火后组织：1Cr13：FM 2Cr13：M少量A残 3Cr13：M少量A残 4Cr13：M碳化物A残,Cr13型马氏体不锈钢,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： 低温回火：要求高硬度，高耐磨性时 回火温度： 200-250 3Cr13，4Cr13多采用低温回火：得到回火M碳化物A残 高温回火：要求综合力学性能的零件 回火温

16、度：600-750 ，1Cr13 ，2Cr13常采用。 回火后的组织：回火索氏体,1Cr17Ni马氏体不锈钢,化学成分：1Cr17基础上添加2的Ni 17Cr2Ni0.1C 优点：具有1Cr17的耐蚀性，又具有Cr13型不锈钢的的力学性能，在海水及HNO3中具有好的耐蚀性 热处理： 软化退火同Cr13型 淬火：980-1000 ，油冷，MFA残 回火：低温回火：275-350， 回火MF 高温回火：600-700，回火索氏体F 因475 回火脆性，不宜在350-550 回火,马氏体不锈钢主要用途,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，

17、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。,9.4.3 奥氏体不锈钢,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）：CrNi，CrMnN，CrMnNiN,CrNi型A不锈钢,（一）CrNi型奥氏体不锈钢(18-8) 1、18-8型奥氏体不锈钢的钢种，成分和组织 （1）钢种和牌号 0Cr18Ni9 1Cr18Ni9 1Cr18Ni9Ti 1Cr18Ni12Mo2Ti,（2）18-8型奥氏体不

18、锈钢成分特点,低碳（超低碳） 高Cr（18），高Ni（9）：18-8 a）为使18Cr钢获得单相奥氏体，Ni必须达到9 b）189Ni接近n/8规律的n2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,（3）188不锈钢组织,平衡组织： AFM23C6 缓冷沿ES线析出碳化物 缓冷至SK线以下，还要发生部分 相转变为相 奥氏体不锈钢是经热处理得到的 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,2. 188不锈钢冷，热加工,热加工：188具有良好的热塑性，但由于钢在高温加热时易产生铁素体，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