不銹鋼知識（科普）
不銹鋼定義
從字面上理解，不銹鋼管就是不生銹的鋼。其實不銹鋼并非任何情況下都不生銹，更科學的理解為，在空氣中或化學腐蝕介質(zhì)中能夠抵抗腐蝕的一種高合金鋼，不銹鋼是具有美觀的表面和耐腐蝕性能好，不必經(jīng)過鍍色等表面處理，而發(fā)揮不銹鋼所固有的表面性能,使用于多方面的鋼鐵的一種，通常稱為不銹鋼。代表性能的有13鉻鋼，18-鉻鎳鋼等高合金鋼。（鉻 讀音同各）
從金相學角度分析，因為不銹鋼含有鉻而使表面形成很薄的鉻膜，這個膜隔離開與鋼內(nèi)侵入的氧氣起耐腐蝕的作用。
為了保持不銹鋼所固有的耐腐蝕性，鋼必須含有12%以上的鉻。
不銹鋼種類：
不銹鋼可以按用途、化學成分及金相組織來大體分類。
以奧氏體系類的鋼由18%鉻-8%鎳為基本組成，各元素的加入量變化的不同，而開發(fā)各種用途的鋼種。
以化學成分分類：
①． CR系列：鐵素體系列、馬氏體系列
②． CR-NI系列：奧氏體系列，異常系列，析出硬化系列。
以金相組織的分類：
①． 奧氏體不銹鋼
②． 鐵素體不銹鋼
③． 馬氏體不銹鋼
④． 雙相不銹鋼
⑤． 沉淀硬化不銹鋼
不銹鋼的標識方法
鋼的編號和表示方法
①用國際化學元素符號和本國的符號來表示化學成份，用阿拉伯字母來表示成份含量：
如：中國、俄國 12CrNi3A
②用固定位數(shù)數(shù)字來表示鋼類系列或數(shù)字；如：美國、日本、300系、400系、200系；
③用拉丁字母和順序組成序號，只表示用途。
我國的編號規(guī)則
①采用元素符號
②用途、漢語拼音，平爐鋼：P、 沸騰鋼：F、 鎮(zhèn)靜鋼：B、甲類鋼：A、T8：特8、
GCr15：滾珠
◆合結(jié)鋼、彈簧鋼，如：20CrMnTi 60SiMn、（用萬分之幾表示C含量）
◆不銹鋼、合金工具鋼（用千分之幾表示C含量），如：1Cr18Ni9 千分之一（即
0.1%C）,不銹 C≤0.08% 如0Cr18Ni9,超低碳C≤0.03% 如0Cr17Ni13Mo
國際不銹鋼標示方法
美國鋼鐵學會是用三位數(shù)字來標示各種標準級的可鍛不銹鋼的。其中：
①奧氏體型不銹鋼用200和300系列的數(shù)字標示，
②鐵素體和馬氏體型不銹鋼用400系列的數(shù)字表示。例如，某些較普通的奧氏體不銹鋼
是以201、 304、 316以及310為標記，
③鐵素體不銹鋼是以430和446為標記，馬氏體不銹鋼 是以410、420以及440C為標
記，雙相（奧氏體－鐵素體），
④不銹鋼、沉淀硬化不銹鋼以及含鐵量低于50%的高合金通常是采用專利名稱或商標命名。
4)．標準的分類和分級
4-1分級：
①國家標準GB
②行業(yè)標準YB
③地方標準
④企業(yè)標準Q/CB
4-2 分類：
①產(chǎn)品標準
②包裝標準
③方法標準
④基礎(chǔ)標準
4-3 標準水平（分三級）：
Y級：國際先進水平
I級：國際一般水平
H級：國內(nèi)先進水平
4-4國標
GB1220-84 不銹棒材（I級）
GB4241-84 不銹焊接盤園（H級）
GB4356-84 不銹焊接盤園（I級）
GB1270-80 不銹管材（I級）
GB12771-91 不銹焊管（Y級）
GB3280-84 不銹冷板（I級）
GB4237-84 不銹熱板（I級）
GB4239-91 不銹冷帶（I級）
不銹鋼專業(yè)名詞
通俗地說，不銹鋼就是不容易生銹的鋼，實際上一部分不銹鋼，既有不銹性，又有耐酸性（耐蝕性）。不銹鋼的不銹性和耐蝕性是由于其表面上富鉻氧化膜（鈍化膜）的形成。這種不銹性和耐蝕性是相對的。試驗表明，鋼在大氣、水等弱介質(zhì)中和硝酸等氧化性介質(zhì)中，其耐蝕性隨鋼中鉻含水量的增加而提高，當鉻含量達到一定的百分比時，鋼的耐蝕性發(fā)生突變，即從易生銹到不易生銹，從不耐蝕到耐腐蝕。不銹鋼的分類方法很多。按室溫下的組織結(jié)構(gòu)分類，有馬氏體型、奧氏體型、鐵素體和雙相不銹鋼；按主要化學成分分類，基本上可分為鉻不銹鋼和鉻鎳不銹鋼兩大系統(tǒng)；按用途分則有耐硝酸不銹鋼、耐硫酸不銹鋼、耐海水不銹鋼等等，按耐蝕類型分可分為耐點蝕不銹鋼、耐應力腐蝕不銹鋼、耐晶間腐蝕不銹鋼等；按功能特點分類又可分為無磁不銹鋼、易切削不銹鋼、低溫不銹鋼、高強度不銹鋼等等。由于不銹鋼材具有優(yōu)異的耐蝕性、成型性、相容性以及在很寬溫度范圍內(nèi)的強韌性等系列特點，所以在重工業(yè)、輕工業(yè)、生活用品行業(yè)以及建筑裝飾等行業(yè)中獲取得廣泛的應用。
奧氏體不銹鋼：在常溫下具有奧氏體組織的不銹鋼。鋼中含Cr約18%、Ni 8%~10%、C約0.1%時，具有穩(wěn)定的奧氏體組織。奧氏體鉻鎳不銹鋼包括著名的18Cr-8Ni鋼和在此基礎(chǔ)上增加Cr、Ni含量并加入Mo、Cu、Si、Nb、Ti等元素發(fā)展起來的高Cr-Ni系列鋼。奧氏體不銹鋼無磁性而且具有高韌性和塑性，但強度較低，不可能通過相變使之強化，僅能通過冷加工進行強化。如加入S，Ca，Se，Te等元素，則具有良好的易切削性。此類鋼除耐氧化性酸介質(zhì)腐蝕外，如果含有Mo、Cu等元素還能耐硫酸、磷酸以及甲酸、醋酸、尿素等的腐蝕。此類鋼中的含碳量若低于0.03%或含Ti、Ni，就可顯著提高其耐晶間腐蝕性能。高硅的奧氏體不銹鋼濃硝酸肯有良好的耐蝕性。由于奧氏體不銹鋼具有全面的和良好的綜合性能，在各行各業(yè)中獲得了廣泛的應用。
鐵素體不銹鋼：在使用狀態(tài)下以鐵素體組織為主的不銹鋼。含鉻量在11%~30%，具有體心立方晶體結(jié)構(gòu)。這類鋼一般不含鎳，有時還含有少量的Mo、Ti、Nb等到元素，這類鋼具導熱系數(shù)大，膨脹系數(shù)小、抗氧化性好、抗應力腐蝕優(yōu)良等特點，多用于制造耐大氣、水蒸氣、水及氧化性酸腐蝕的零部件。這類鋼存在塑性差、焊后塑性和耐蝕性明顯降低等缺點，因而限制了它的應用。爐外精煉技術(shù)（AOD或VOD）的應用可使碳、氮等間隙元素大大降低，因此使這類鋼獲得廣泛應用。
奧氏體--鐵素體雙相不銹鋼：是奧氏體和鐵素體組織各約占一半的不銹鋼。在含C較低的情況下，Cr含量在18%~28%，Ni含量在3%~10%。有些鋼還含有Mo、Cu、Si、Nb、Ti，N等合金元素。該類鋼兼有奧氏體和鐵素體不銹鋼的特點，與鐵素體相比，塑性、韌性更高，無室溫脆性，耐晶間腐蝕性能和焊接性能均顯著提高，同時還保持有鐵素體不銹鋼的475℃脆性以及導熱系數(shù)高，具有超塑性等特點。與奧氏體不銹鋼相比，強度高且耐晶間腐蝕和耐氯化物應力腐蝕有明顯提高。雙相不銹鋼具有優(yōu)良的耐孔蝕性能，也是一種節(jié)鎳不銹鋼。
馬氏體不銹鋼：通過熱處理可以調(diào)整其力學性能的不銹鋼，通俗地說，是一類可硬化的不銹鋼。典型牌號為Cr13型，如2Cr13 ,3Cr13 ,4Cr13等。粹火后硬度較高，不同回火溫度具有不同強韌性組合，主要用于蒸汽輪機葉片、餐具、外科手術(shù)器械。根據(jù)化學成分的差異，馬氏體不銹鋼可分為馬氏體鉻鋼和馬氏體鉻鎳鋼兩類。根據(jù)組織和強化機理的不同，還可分為馬氏體不銹鋼、馬氏體和半奧氏體（或半馬氏體）沉淀硬化不銹鋼以及馬氏體時效不銹鋼等。
不銹鋼的物理化學機械特性
不銹鋼的物理性能主要用以下幾方面來表示：
①．熱膨脹系數(shù)：因溫度變化而引起物質(zhì)量度元素的變化。膨脹系數(shù)是膨脹－溫度曲線的斜率，瞬時膨脹系數(shù)是特定溫度下的斜率，兩個指定的溫度之間的平均斜率是平均熱膨脹系數(shù)。膨脹系數(shù)可以用體積或者是長度表示，通常是用長度表示。
②．密度：物質(zhì)的密度是該物質(zhì)單位體積的質(zhì)量，單位是kg/m3或1b/in3。
③．彈性模量：當施加力于單位長度棱住的兩端能引起物體在長度上的單位變化時，單位面積上所需的力稱為彈性模量。單位為1b/in3或N/m3。
④．電阻率：在單位長度立方體材料的兩對面之間測量的電阻，單位用Ω?m，μΩ?cm或（已廢的）Ω/(circular mil.ft)來表示。
⑤．磁導率：無量綱系數(shù)，表示物質(zhì)易被磁化的程度，是磁感應強度與磁場強度之比。
⑥．熔化溫度范圍：確定合金開始凝固和凝固完了的溫度。
⑦．比熱： 單位質(zhì)量的物質(zhì)溫度改變1度所需要的熱量。在英制和CGs制中二者比熱的數(shù)值相同，因為熱量的單位（Biu或cal)取決于單位質(zhì)量的水升高1度聽需的熱量。國際單位制中比熱的數(shù)值與英制或CGS制是不同的，因為能量的單位（J）是按不同的定義定的。比熱的單位是Btu(1b?0F)及J/（kg ?k）。
⑧．熱導率：物質(zhì)導熱的速率的量度。在單位截面積物質(zhì)上建立單位長度上的1度的溫度梯度時，那么熱導率定義為單位時間傳導的熱量，熱導率的單位為 Btu/(h?ft?0F)或w/(m ?K)。
⑨．熱擴散率：是確定物質(zhì)內(nèi)部溫度前遷速率的一種性能，是熱導率對比熱和密度乘積的比值，熱擴散率單位以Btu/(h?ft?0F)或w/(m?k)表示。
不銹鋼的性能與組織
目前已知的化學元素有100多種，在工業(yè)中常用的鋼鐵材料中可以遇到的化學元素約二十多種。對于人們在與腐蝕現(xiàn)象作長期斗爭的實踐而形成的不銹鋼這一特殊鋼系列來說，最常用的元素有十幾種，除了組成鋼的基本元素鐵以外，對不銹鋼的性能與組織影響最大的元素是：碳、鉻、鎳、錳、硅、鉬、鈦、鈮、鈦、錳、氮、銅、鈷等。這些元素中除碳、硅、氮以外，都是化學元素周期表中位于過渡族的元素。
實際上工業(yè)上應用的不銹鋼都是同時存在幾種以至十幾種元素的，當幾種元素共存于不銹鋼這一個統(tǒng)一體中時，它們的影響要比單獨存在時復雜得多，因為在這種情況下不僅要考慮各元素自身的作用，而且要注意它們互相之間的影響，因此不銹鋼的組織決定于各種元素影響的總和。
1)．各種元素對不銹鋼的性能和組織的影響和作用
1-1.鉻在不銹鋼中的決定作用：決定不銹鋼性屬的元素只有一種，這就是鉻，每種不銹鋼都含有一定數(shù)量的鉻。迄今為止，還沒有不含鉻的不銹鋼。鉻之所以成為決定不銹鋼性能的主要元素，根本的原因是向鋼中添加鉻作為合金元素以后，促使其內(nèi)部的矛盾運動向有利于抵抗腐蝕破壞的方面發(fā)展。這種變化可以從以下方面得到說明：
①鉻使鐵基固溶體的電極電位提高
②鉻吸收鐵的電子使鐵鈍化
鈍化是由于陽極反應被阻止而引起金屬與合金耐腐蝕性能被提高的現(xiàn)象。構(gòu)成金屬與合金鈍化的理論很多，主要有薄膜論、吸附論及電子排列論。
1-2. 碳在不銹鋼中的兩重性
碳是工業(yè)用鋼的主要元素之一，鋼的性能與組織在很大程度上決定于碳在鋼中的含量及其分布的形式，在不銹鋼中碳的影響尤為顯著。碳在不銹鋼中對組織的影響主要表現(xiàn)在兩方面，一方面碳是穩(wěn)定奧氏體的元素，并且作用的程度很大（約為鎳的30倍），另一方面由于碳和鉻的親和力很大，與鉻形成—系列復雜的碳化物。所以，從強度與耐腐燭性能兩方面來看，碳在不銹鋼中的作用是互相矛盾的。
認識了這一影響的規(guī)律，我們就可以從不同的使用要求出發(fā)，選擇不同含碳量的不銹鋼。
例如工業(yè)中應用最廣泛的，也是最起碼的不銹鋼——0Crl3~4Cr13這五個鋼號的標準含鉻量規(guī)定為12~14％，就是把碳要與鉻形成碳化鉻的因素考慮進去以后才決定的，目的即在于使碳與鉻結(jié)合成碳化鉻以后，固溶體中的含鉻量不致低于11.7％這一最低限度的含鉻量。
就這五個鋼號來說由于含碳量不同，強度與耐腐蝕性能也是有區(qū)別的，0Cr13~2Crl3鋼的耐腐蝕性較好但強度低于3Crl3和4Cr13鋼，多用于制造結(jié)構(gòu)零件，后兩個鋼號由于含碳較高而可獲得高的強度多用于制造彈簧、刀具等要求高強度及耐磨的零件。又如為了克服18－8鉻鎳不銹鋼的晶間腐蝕，可以將鋼的含碳量降至0.03％以下，或者加入比鉻和碳親和力更大的元素（鈦或鈮），使之不形成碳化鉻，再如當高硬度與耐磨性成為主要要求時，我們可以在增加鋼的含碳量的同時適當?shù)靥岣吆t量，做到既滿足硬度與耐磨性的要求，又兼顧—定的耐腐蝕功能，工業(yè)上用作軸承、量具與刃具有不銹鋼9Cr18和9Cr17MoVCo鋼，含碳量雖高達0.85~0.95％，由于它們的含鉻量也相應地提高了，所以仍保證了耐腐蝕的要求。
總的來講，目前工業(yè)中獲得應用的不銹鋼的含碳量都是比較低的，大多數(shù)不銹鋼的含碳量在0.1~0.4％之間，耐酸鋼則以含碳0.1~0.2％的居多。含碳量大于0.4％的不銹鋼僅占鋼號總數(shù)的一小部分，這是因為在大多數(shù)使用條件下，不銹鋼總是以耐腐蝕為主要目的。此外，較低的含碳量也是出于某些工藝上的要求，如易于焊接及冷變形等。
1-3. 鎳在不銹鋼中的作用是在與鉻配合后才發(fā)揮出來的
鎳是優(yōu)良的耐腐蝕材料，也是合金鋼的重要合金化元素。鎳在鋼中是形成奧氏體的元素，但低碳鎳鋼要獲得純奧氏體組織，含鎳量要達到24％；而只有含鎳27％時才使鋼在某些介質(zhì)中的耐腐蝕性能顯著改變。所以鎳不能單獨構(gòu)成不銹鋼。但是鎳與鉻同時存在于不銹鋼中時，含鎳的不銹鋼卻具有許多可貴的性能。
基于上面的情況可知，鎳作為合金元素在不銹鋼中的作用，在于它使高鉻鋼的組織發(fā)生變化，從而使不銹鋼的耐腐蝕性能及工藝性能獲得某些改善。
1-4. 錳和氮可以代替鉻鎳不銹鋼中鎳
鉻鎳奧氏體鋼的優(yōu)點雖然很多，但近幾十年來由于鎳基耐熱合金與含鎳20％以下的熱強鋼的大量發(fā)展與應用，以及化學工業(yè)日益發(fā)展對不銹鋼的需要量越來越大，而鎳的礦藏量較少且又集中分布在少數(shù)地區(qū)，因此在世界范圍內(nèi)出現(xiàn)了鎳在供和需方面的矛盾。所以在不銹鋼與許多其他合金領(lǐng)域（如大型鑄鍛件用鋼、工具鋼、熱強鋼等）中，特別是鎳 的資源比較缺乏的國家，廣泛地開展了節(jié)鎳和以其他元素代鎳的科學研究與生產(chǎn)實踐，在這方面研究和應用比較多的是以錳和氮來代替不銹鋼與耐熱鋼中的鎳。
錳對于奧氏體的作用與鎳相似。但說得確切一些，錳的作用不在于形成奧氏體，而是在于它降低鋼的臨界淬火速度，在冷卻時增加奧氏體的穩(wěn)定性，抑制奧氏體的分解，使高溫下形成的奧氏體得以保持到常溫。在提高鋼的耐腐蝕性能方面，錳的作用不大，如鋼中的 含錳量從0到10．4%變化，也不使鋼在空氣與酸中的耐腐蝕性能發(fā)生明顯的改變。這是因為錳對提高鐵基固溶體的電極電位的作用不大，形成的氧化膜的防護作用也很低，所以工業(yè)上雖有以錳合金化的奧氏體鋼（如40Mn18Cr4,50Mn18Cr4WN、ZGMn13鋼等），但它們不能作為不銹鋼使用。 錳在鋼中穩(wěn)定奧氏體的作用約為鎳的二分之一，即2％的氮在鋼中的作用也是穩(wěn)定奧氏體，并且作用的程度比鎳還要大。例如，欲使含18％鉻的鋼在常溫下獲得奧氏體組織，以錳和氮代鎳的低鎳不銹鋼與元鎳的鉻錳氮不誘鋼，目前已在工業(yè)中獲得應用，有的已成功地代替了經(jīng)典的18-8鉻鎳不銹鋼。
1-5.不銹鋼中加鈦或鈮是為了防止晶間腐蝕。
1-6.鉬和銅可以提高某些不銹鋼的耐腐蝕性能。
1-7.其他元素對不銹鋼的性能和組織的影響
以上主要的九種元素對不銹鋼的性能和組織的影響，除這些元素對不銹鋼性能與組織影響較大的元素以外，不銹鋼中還含有一些其他的元素。有的是和一般鋼一樣為常存雜質(zhì)元素，如硅、硫、磷等．也有的是為了某些特定的目的而加入的，如鈷、硼、硒、稀土元素等。從不銹鋼的耐腐蝕性能這一主要性質(zhì)來說，這些元素相對于已討論的九種元素，都是非主要方面的，雖然如此，但也不能完全忽略，因為它們對不銹鋼的性能與組織同樣也發(fā)生影響。
硅是形成鐵素體的元素，在一般不銹鋼中為常存雜質(zhì)元素。
鈷作為合金元素在鋼中應用不多，這是因為鈷的價格高及其在其它方面（如高速鋼、硬質(zhì)合金、鈷基耐熱合金、磁鋼或硬磁合金等）有著更重要的用途。在一般不銹鋼中加鈷作合金元素的也不多，常用不銹鋼如9Crl7MoVCo鋼（含1.2-1.8％鈷）加鈷，目的并不在于提高耐腐蝕性能而在于提高硬度，因為這種不銹鋼的主要用途是制造切片機械刃具、剪刀及手術(shù)刀片等。
硼：高鉻鐵素體不銹鋼Crl7Mo2Ti鋼中加0．005％硼，可使在沸騰的65％醋酸中的耐腐蝕性能提高。加微量的硼（0.0006~0.0007％）可使奧氏體不銹鋼的熱態(tài)塑性改善。少量的硼由于形成低熔點共晶體，使奧氏體鋼焊接時產(chǎn)生熱裂紋的傾向增大，但含有較多的硼（0．5~0．6％）時，反而可防止熱裂紋的產(chǎn)生。因為當含有0．5~0．6％的硼時，形成奧氏體－硼化物兩相組織，使焊縫的熔點降低。熔池的凝固溫度低于半溶化區(qū)時，母材在冷卻時產(chǎn)生的張應力，由處于液態(tài)．固態(tài)的焊縫金屬承受，此時是不致引起裂縫的，即使在近縫區(qū)形成了裂紋，也可以為處于液態(tài)－固態(tài)的熔池金屬所填充。含硼的鉻鎳奧氏體不銹鋼在原子能工業(yè)中有著特殊的用途。
磷：在一般不銹鋼中都是雜質(zhì)元素，但其在奧氏體不銹鋼中的危害性不像在一般鋼中那樣顯著，故含量可允許高一些，如有的資料提出可達0．06％，以利于冶煉控制。個別的含錳的奧氏體鋼的含磷量可達0．06％（如2Crl3NiMn9鋼）以至0.08％（如Cr14Mnl4Ni鋼）。利用磷對鋼的強化作用，也有加磷作為時效硬化不銹鋼的合金元素，PH17－10P鋼(含0．25％磷)乃PH－HNM鋼（含0．30磷）等。
硫和硒：在一般不銹鋼中也是常有雜質(zhì)元素。但向不銹鋼中加0．2~0．4％的硫，可提高不銹鋼的切削性能，硒也具有同樣的作用。硫和硒提高不銹鋼的切削性能，是因為它們降低不銹鋼的韌性，例如一般18－8鉻鎳不銹鋼的沖擊值可達30公斤/厘米2。含0．31％硫的18－8鋼（0．084％C、18．15％Cr、9．25％Ni）的沖擊值為1．8公斤/平方厘米；含0。22％硒的18－8鋼（0．094％C、18．4％Cr、9％Ni）的沖擊值為3．24公斤/平方厘米。硫與硒均降低不銹鋼的耐腐蝕性能，所以實際應用它們作為不銹鋼的合金化元素的很少。
稀土元素：稀土元素應用于不銹鋼，目前主要在于改善工藝性能方面。如向Crl7Ti鋼和Cr17Mo2Ti鋼中加少量的稀土元素，可以消除鋼錠中因氫氣引起的氣泡和減少鋼坯中的裂紋。奧氏體和奧氏體－鐵素體不銹鋼中加0．02~0．5％的稀土元素（鈰鑭合金），可顯著改善鍛造性能。曾有一種含19．5%鉻、23％鎳以及鉬銅錳的奧氏體鋼，由于熱加工工藝性能在過去只能生產(chǎn)鑄件，加稀土元素后則可軋制成各種型材。
2)．按金相組織對不銹鋼的分類及各類不銹鋼的一般特點
按化學成分（主要是含鉻量）及用途，不銹鋼分為不銹與耐酸兩大類。工業(yè)上還按自高溫（900-1100度）加熱空氣冷卻后鋼的基體組織的類型對不銹鋼進行分類，這是基于我們上面所討論的碳及合金元素對不銹鋼組織影響的特點決定的。
工業(yè)上應用的不銹鋼按金相組織可分為三大類：鐵素體不銹鋼，馬氏體不銹鋼，奧氏體不銹鋼。可以把這三類不銹鋼的特點歸納(如下表)，但需要說明的是馬氏體不銹鋼并不是都不可焊接，只是受某些條件的限制，如焊前應預熱焊后應作高溫回火等，而使焊接工藝比較復雜。實際生產(chǎn)中一些馬氏體不銹鋼如1Cr13,2Cr13以及2Cr13與45鋼焊接還是比較多的。
不銹鋼的分類、主要成分及性能比較
分類 大概成分 （%） 淬火性 耐蝕性 加工性 可焊接性 磁性
C Cr Ni
鐵素體系 0．35以下 16-27 - 無 佳 尚佳 尚可 有
馬氏體系 1．20以下 11-15 - 自硬性 可 可 不可 有
奧氏體系 0．25以下 16以上 7以上 無 優(yōu) 優(yōu) 優(yōu) 無
以上分類僅是按鋼的基體組織分的，由于鋼中穩(wěn)定奧氏體及形成鐵素體的元素的作用不能互相平衡，以及由于大量的鉻使平衡圖S點左移，工業(yè)中應用的不銹鋼的組織除了上面講的三種基本類型以外，還有馬氏體—鐵素體，奧氏體－鐵素體，奧氏體－馬氏體等過渡型的復相不銹鋼，以及具有馬氏體－碳化物組織的不銹鋼。
2-1.鐵素體鋼
含鉻大于14％的低碳鉻不銹鋼，含鉻大干27％的任何含碳量的鉻不銹鋼，以及在上述成分基礎(chǔ)上再添加有鉬、鈦、鈮、硅、鋁、、鎢、釩等元素的不銹鋼，化學成分中形成鐵素體的元素占絕對優(yōu)勢，基體組織為鐵素。這類鋼在淬火（固溶）狀態(tài)下的組織為鐵素體，退火及時效狀態(tài)的組織中則可見到少量碳化物及金屬間化合物。
屬于這一類的有Crl7、Cr17Mo2Ti、Cr25，Cr25Mo3Ti、Cr28等。鐵素體不銹鋼因為含鉻量高，耐腐蝕性能與抗氧化性能均比較好，但機械性能與工藝性能較差，多用于受力不大的耐酸結(jié)構(gòu)及作抗氧化鋼使用。
2-2.鐵素休－馬氏體鋼
這類鋼在高溫時為y+a（或δ）兩相狀態(tài)，快冷時發(fā)生y-M轉(zhuǎn)變，鐵素體仍被保留，常溫組織為馬氏體和鐵素體,由于成分及加熱溫度的不同，組織中的鐵素體量可在百分之幾至幾十的范圍內(nèi)變化。0Crl3鋼，lCrl3鋼，鉻偏上限而碳偏下限的2Cr13鋼，Cr17Ni2鋼，Cr17wn4鋼，以及在ICrl3鋼基礎(chǔ)上發(fā)展起來的許多改型12％鉻熱強鋼（這類鋼也叫做耐熱不銹鋼）中的許多鋼號，如Cr11MoV，Cr12WMoV，Crl2W4MoV，18Crl2WMoVNb等均屬干這一類。
鐵素體—馬氏體鋼可以部分地接受淬火強化，故可獲得較高的機械性能。但它們的機械性能與工藝性能在很大程度上受組織中鐵素體的含量及分布形態(tài)的影響。這類鋼按成分中的含鉻量分屬12~14％與15~18％兩個系列。前者具有抵抗大氣及弱腐蝕性介質(zhì)的能力，并且具有良好的減震性及較小的線膨脹系數(shù)；后者的耐腐蝕性能與相同含鉻量的鐵素體耐酸鋼相當，但在一定程度上也保留著高鉻鐵素體鋼的某些缺點。
2-3.馬氏體鋼
這類鋼在正常淬火溫度下處在y相區(qū)，但它們的y相僅在高溫時穩(wěn)定，M點一般在3OO℃左右，故冷卻時轉(zhuǎn)變?yōu)轳R氏體。
這類鋼包括2Cr13,2Cr13Ni2,3Cr13以及部分改型12％鉻熱強鋼，如13Cr14NiWVBA，Cr11Ni2MoWVB鋼等。馬氏體不銹鋼的機械性能、耐腐蝕性能、工藝性能與物理性能，均和含鉻12~14％的鐵素體-馬氏體不銹鋼相近。由于組織中沒有游離的鐵素體，機械性能比上述鋼要高，但熱處理時的過熱敏感性較低。
2-4.馬氏體—碳化物鋼
Fe－C合金的并析點的含碳為0.83％，在不銹鋼中由于鉻使S點左移，含12％鉻和大于0.4％碳的鋼（圖11-3），以及含18％鉻和大于0.3％碳的鋼（圖卜）3）均屬于過共析鋼。這類鋼在正常淬火溫度加熱，次生碳化物不能完全溶于奧氏體，因此淬火后的組織為馬氏體和碳化物組成。
屬于這一類的不銹鋼牌號不多，卻是一些含碳比較高的不銹鋼，如4Crl3、9Cr18、9Crl8MoV 、9Crl7MoVCo鋼等，含碳量偏上限的3Crl3鋼在較低的溫度下淬火，也可能出現(xiàn)這樣的組織。由于含碳量高,上述9Cr18等三個鋼號中雖含有較多的鉻，但其耐腐蝕性能僅與含12~14％鍺的不銹鋼相當。這類鋼的主要用途是要求高硬及耐磨的零件，如切削工具、軸承、彈簧及醫(yī)療器械等。
2-5.奧氏體鋼
這類鋼含有較多擴大y區(qū)和穩(wěn)定奧氏體的元素，在高溫時為均為y相，冷卻時由于Ms點在室溫以下，所以在常溫下具有奧氏體組織。 18-8， 18－12、25-20、20-25Mo等鉻鎳不銹鋼，以錳代替部分鎳并加氮的低鎳不銹鋼如Cr18Mnl0Ni5,Cr13Ni4Mn9,Cr17Ni4Mn9N,Cr14Ni3Mnl4Ti鋼等均屬于這一類。
奧氏體不銹鋼具有前已述及的許多優(yōu)點，雖然機械性能也比較低，和鐵素體不銹鋼—樣不能熱處理強化，但可以通過冷加工變形的方法，利用加工硬化作用提高它們的強度。 這類鋼的缺點是對晶間腐蝕及應力腐蝕比較敏感，需通過適當?shù)睾辖鹛砑觿┘肮に嚧胧┫?/p>
2-6.奧氏體－鐵素體鋼
這類鋼因擴大y區(qū)和穩(wěn)定奧氏體元素的作用程度，不足以使鋼在常溫或很高的溫度下具有純奧氏體組織，因此為奧氏體－鐵素體復相狀態(tài)，其鐵素體量也因成分及加熱溫度不同而可在較大的范圍內(nèi)變化。
屬于這一類的不銹鋼很多，如低碳的18－8鉻鎳鋼，加鈦、鈮、鉬的18－8鉻鎳鋼，特別是在鑄鋼的組織中均可見到鐵素體，此外含鉻大于14~15％而碳低于0．2％的鉻錳不銹鋼（如Cr17Mnll），以及目前研究的和已獲得應用的大多數(shù)鉻錳氮不銹鋼等。與純奧氏體不銹鋼比較，這類鋼的優(yōu)點很多，如屈服強度較高，抗晶間腐蝕的能力較高，應力腐蝕的敏感性低，焊接時產(chǎn)生熱裂紋的傾向小，鑄造流動性好等等。缺點是壓力加工性能較差，點腐蝕傾向較大，易產(chǎn)生c相脆性，在強磁場作用下表現(xiàn)出弱磁性等。所有這些優(yōu)點和缺點均來源于組織中的鐵素體。
2-7.奧氏缽－馬氏體鋼
這類鋼的Ms點低于室溫，固溶處理以后為奧氏體組織，易于成形和焊接。通?？捎脙煞N工藝方法使之發(fā)生馬氏體轉(zhuǎn)變。一是固溶處理以后經(jīng)700~800度加熱，奧氏體因析出碳化鉻而轉(zhuǎn)變?yōu)榻榉€(wěn)定狀態(tài)，Ms點升高至室溫以上，冷卻時轉(zhuǎn)變?yōu)轳R氏體；二是固溶處理以后直接冷卻至Ms與Mf點之間，使奧氏體轉(zhuǎn)變?yōu)轳R氏體。后一方法可獲得較高的耐腐蝕性能，但固溶處理以后至深冷的間隔時間不宜過久，否則會因奧氏體的陳化穩(wěn)定作用而使深冷的強化效應降低。經(jīng)上述處理以后鋼再經(jīng)400~500度時效，使析出金屬間化合物進—步強化。這類鋼的典型鋼號有17Cr一7Ni一A1、15Cr－9Ni－A1,17Cr—5Ni－Mo、15Cr-8Ni－Mo一A1等等。這類鋼也稱為奧氏體－馬氏體時效不銹鋼，并因為實際上這些鋼的組織中除奧氏體和馬氏體以外，還存在不同數(shù)量的鐵素體，故也稱為半奧氏體沉淀硬化不銹鋼。
這類鋼是50年代后期發(fā)展和應用的新型不銹鋼，它們總的特點是強度高（C可達100一150）及熱強性好，但由于含鉻量較低并在熱處理時有碳化鉻析出，因此耐腐蝕性能比標準的奧氏體不銹鋼要低一些。也可以說這類鋼的高強度是在犧牲一部分耐腐蝕性能與其他性能（如非磁性）的情況下獲得的，目前這類鋼主要用于航空工業(yè)及火箭導彈生產(chǎn)方面，一般機械制造中應用尚不普遍，并且在分類上也有把它們納為超高強度鋼的一個系列。
不銹鋼的耐蝕性能
腐蝕的種類和定義
一種不銹鋼可在許多介質(zhì)中具有良好的耐蝕性，但在另外某種介質(zhì)中，卻可能因化學穩(wěn)定性低而發(fā)生腐蝕。所以說，一種不銹鋼不可能對所有介質(zhì)都耐蝕。 在眾多的工業(yè)用途中，不銹鋼都能提供今人滿意的耐蝕性能。根據(jù)使用的經(jīng)驗來看，除機械失效外，不銹鋼的腐蝕主要表現(xiàn)在：不銹鋼的一種嚴重的腐蝕形式是局部腐蝕（亦即應力腐蝕開裂、點腐蝕、晶間腐蝕、腐蝕疲勞以及縫隙腐蝕）。這些局部腐蝕所導致的失效事例幾乎占失效事例的一半以上。事實上，很多失效事故是可以通過合理的選材而予以避免的。
金屬的腐蝕，按機理可分為特理腐蝕、化學腐蝕與電化學腐蝕三種。生活實際、工程實際中的金屬腐蝕，絕大多數(shù)都屬于電化學腐蝕。
應力腐蝕開裂（SCC）：是指承受應力的合金在腐蝕性環(huán)境中由于烈紋的擴展而互生失效的一種通用術(shù)語。應力腐蝕開裂具有脆性斷口形貌，但它也可能發(fā)生于韌性高的材料中。發(fā)生應力腐蝕開裂的必要條件是要有拉應力（不論是殘余應力還是外加應力，或者兩者兼而有之）和特定的腐蝕介質(zhì)存在。型紋的形成和擴展大致與拉應力方向垂直。這個導致應力腐蝕開裂的應力值，要比沒有腐蝕介質(zhì)存在時材料斷裂所需要的應力值小得多。在微觀上，穿過晶粒的裂紋稱為穿晶裂紋，而沿晶界擴圖的裂紋稱為沿晶裂紋，當應力腐蝕開裂擴展至其一深度時（此處，承受載荷的材料斷面上的應力達到它在空氣中的斷裂應力），則材料就按正常的裂紋（在韌性材料中，通常是通過顯微缺陷的聚合）而斷開。因此，由于應力腐蝕開裂而失效的零件的斷面，將包含有應力腐蝕開裂的特征區(qū)域以及與已微缺陷的聚合相聯(lián)系的“韌窩”區(qū)域。
點腐蝕：點腐蝕是指在金屬材料表面大部分不腐蝕或腐蝕輕微而分散發(fā)生高度的局部腐蝕，常見蝕點的尺寸小于1.00mm，深度往往大于表面孔徑，輕者有較淺的蝕坑，嚴重的甚至形成穿孔。
晶間腐蝕：晶粒間界是結(jié)晶學取向不同的晶粒間紊亂錯合的界城，因而，它們是鋼中各種溶質(zhì)元素偏析或金屬化合物（如碳化物和δ相）沉淀析出的有利區(qū)城。因此，在某些腐蝕介質(zhì)中，晶粒間界可能先行被腐蝕乃是不足為奇的。這種類型的腐蝕被稱為晶間腐蝕，大多數(shù)的金屬和合金在特定的腐蝕介質(zhì)中都可能呈現(xiàn)晶間腐蝕。晶間腐蝕是一種有選擇性的腐蝕破壞，它與一般選擇性腐蝕不同之處在于，腐蝕的局部性是顯微尺度的，而宏觀上不一定是局部的。
縫隙腐蝕：是指在金屬構(gòu)件縫隙處發(fā)生斑點狀或潰瘍形的宏觀蝕坑，是局部腐蝕的一種形式，它可能發(fā)全于溶液停滯的縫隙之中或屏蔽的表面內(nèi)。這樣的縫隙可以在金屬與金屬或金屬與非金屬的接合處形成，例如，在與鉚釘、螺栓、墊片、閥座、松動的表面沉積物以及海生物相接燭之處形成。
全面腐蝕：是用來描述在整個合金表面上以比較均勺的方式所發(fā)生的腐蝕現(xiàn)象的術(shù)語。當發(fā)生全面腐蝕時，村料由于腐蝕而逐漸變薄，甚至材料腐蝕失效。不銹鋼在強酸和強堿中可能呈現(xiàn)全面腐蝕。全面腐蝕所引起的失效問題并不怎么令人擔心，因為，這種腐蝕通常可以通過簡單的浸泡試驗或查閱腐蝕方面的文獻資料而預測它。
均勻腐蝕：是指接觸腐蝕介質(zhì)的金屬表面全部產(chǎn)生腐蝕的現(xiàn)象。根據(jù)不同的使用情況對耐蝕提出不同的指標要求，一般可分為兩大類：
1. 不銹鋼 指在大氣及弱腐蝕介質(zhì)中耐蝕的鋼。腐蝕速率小于0.01mm/年的，認為是"完全耐蝕"；腐蝕速率小于0.1mm/年的，認為是"耐蝕"的。
2. 耐蝕鋼 指在各種強烈腐蝕介質(zhì)中能耐蝕的鋼。
2.各種不銹鋼的耐腐蝕性能
304 是一種通用性的不銹鋼，它廣泛地用于制作要求良好綜合性能（耐腐蝕和成型性）的設(shè)備和機件。
301 不銹鋼在形變時呈現(xiàn)出明顯的加工硬化現(xiàn)象，被用于要求較高強度的各種場合。
302 不銹鋼實質(zhì)上就是含碳量更高的304不銹鋼的變種，通過冷軋可使其獲得較高的強度。
302B 是一種含硅量較高的不銹鋼，它具有較高的抗高溫氧化性能。
303和303Se 是分別含有硫和硒的易切削不銹鋼，用于主要要求易切削和表而光浩度高的場合。303Se不銹鋼也用于制作需要熱鐓的機件，因為在這類條件下，這種不銹鋼具有良好的可熱加工性。
304L 是碳含量較低的304不銹鋼的變種，用于需要焊接的場合。較低的碳含量使得在靠近焊縫的熱影響區(qū)中所析出的碳化物減至最少，而碳化物的析出可能導致不銹鋼在某些環(huán)境中產(chǎn)生晶間腐蝕（焊接侵蝕）。
304N 是一種含氮的不銹鋼，加氮是為了提高鋼的強度。
305和384 不銹鋼含有較高的鎳，其加工硬化率低，適用于對冷成型性要求高的各種場合。
308 不銹鋼用于制作焊條。
309、310、314及330 不銹鋼的鎳、鉻含量都比較高，為的是提高鋼在高溫下的抗氧化性能和蠕變強度。而30S5和310S乃是309和310不銹鋼的變種，所不同者只是碳含量較低，為的是使焊縫附近所析出的碳化物減至最少。330不銹鋼有著特別高的抗?jié)B碳能力和抗熱震性．
316和317 型不銹鋼含有鋁，因而在海洋和化學工業(yè)環(huán)境中的抗點腐蝕能力大大地優(yōu)于304不銹鋼。其中，316型不銹鋼由變種包括低碳不銹鋼316L、含氮的高強度不銹鋼316N以及合硫量較高的易切削不銹鋼316F。
321、347及348 是分別以鈦，鈮加鉭、鈮穩(wěn)定化的不銹鋼，適宜作高溫下使用的焊接構(gòu)件。348是一種適用于核動力工業(yè)的不銹鋼，對鉭和鉆的合量有著一定的限制。
表面加工等級、特征及用途
原面：NO.1 熱軋后施以熱處理及酸洗處理的表面。一般用于冷軋材料，工業(yè)用槽罐、化學工業(yè)裝置等，厚度較厚由2.0MM-8.0MM。
鈍面：NO.2D 冷軋后經(jīng)熱處理、酸洗者，其材質(zhì)柔軟，表面呈銀白色光澤，用於深沖壓加工，如汽車構(gòu)件、水管等。
霧面：NO.2B 冷軋后經(jīng)熱處理、酸洗，再以精軋加工使表面為適度之光亮者。由於表面光滑，易於再研磨，使表面更加光亮，用途廣泛，如餐具、建材等。采用改善機械性能的表面處理后，幾乎滿足所有用途。
粗砂NO.3 用100-120號研磨帶研磨出來的產(chǎn)品。具有較佳的光澤度，具有不連續(xù)的粗紋。用于建筑內(nèi)外裝飾材料、電器產(chǎn)品及廚房設(shè)備等。
細砂：NO.4 用粒度150-180號研磨帶研磨出來的產(chǎn)品。具有較佳的光澤度，具有不連續(xù)的粗紋，條紋比 NO.3細。用于浴池、建筑內(nèi)外裝飾材料、電器產(chǎn)品、廚房設(shè)備及食品設(shè)備等。
#320 用320號研磨帶研磨出來的產(chǎn)品。具有較佳的光澤度，具有不連續(xù)的粗紋，條紋比 NO.4細。用于浴池、建筑內(nèi)外裝飾材料、電器產(chǎn)品、廚房設(shè)備及食品設(shè)備等。
毛絲面HAIRLINE：HL NO.4經(jīng)適當粒度拋光砂帶的連續(xù)研磨生成研磨花紋的產(chǎn)品（細分 150-320號）。主要用于建筑裝飾，電梯，建筑物的門、面板等。
亮面：BA 經(jīng)冷軋后施以光亮退火，并經(jīng)過平整得到的產(chǎn)品。表面光澤度極好，有很高的反射率。如同鏡面的表面。用于家電產(chǎn)品、鏡子、廚房設(shè)備、裝飾材料等。
產(chǎn)品特性及用途
SUS304：具有良好的耐蝕性、耐熱性、低溫強度和機械性能,沖壓彎曲等熱加工性好,無熱處理硬化現(xiàn)象,無磁性。廣泛用于家庭用品（1、2類餐具）、櫥柜、室內(nèi)管線、熱水器、鍋爐、浴缸、汽車配件、醫(yī)療器具、建材、化學、食品工業(yè)、農(nóng)業(yè)、船舶部件。
SUS304L：奧氏體基本鋼種，用途最為廣泛；耐蝕性和耐熱性優(yōu)良；低溫強度和機械性能優(yōu)良；單相奧氏體組織，無熱處理硬化現(xiàn)象（無磁性，使用溫度-196--800℃）。
SUS304Cu：以17Cr-7Ni-2Cu為基本組成的奧氏不銹鋼；成形性優(yōu)良，特別是拔絲和抗時效裂紋性好；--耐腐蝕性與304相同。
SUS316： 耐蝕性和高溫強度特別好，可在苛刻的條件下使用,加工硬化性好,無磁性。適于海水用設(shè)備、化學、染料、造紙、草酸、肥料生產(chǎn)設(shè)備、照相、食品工業(yè)、沿海設(shè)施
SUS316L：鋼中添加Mo（2-3%），故耐蝕性和高溫強度優(yōu)良；SUS316L含碳量比SUS316低，因此，抗晶間腐蝕性比SUS316優(yōu)良；高溫蠕變強度高?？稍诳量痰臈l件使用,加工硬化性好,無磁性。 適于海水用設(shè)備、化學、染料、造紙、草酸、肥料生產(chǎn)設(shè)備、照相、食品工業(yè)、沿海設(shè)施
SUS321：在304鋼中添加Ti，故抗晶間腐蝕性優(yōu)良；高溫強度和高溫抗氧性優(yōu)良；成本高，加工性比SUS304差。耐熱材料、汽車、飛行器排氣管管路，鍋爐爐蓋、管道,化學裝置、熱交換器.
SUH409H： 加工性能、焊接性能良好,高溫抗氧化性能良好,能夠承受的溫度范圍從室溫直到575℃。廣泛用于汽車尾氣排氣系統(tǒng)。
SUS409L：控制鋼中的C和N含量，故焊接性、成形性和耐蝕性優(yōu)良；含11%Cr，高溫和常溫下為具有BCC結(jié)構(gòu)的鐵素體不銹鋼；因填了Ti，750℃以下有空氧化性和耐蝕性。
SUS410：馬氏體代表鋼種，強度高，硬度高（有磁性）；抗腐蝕性差，不適合于嚴重腐蝕環(huán)境下使用；含C量低，加工性好，通過熱處理可使表面硬化。
SUS420J2：馬氏體代表鋼種，強度高，硬度高（有磁性）；耐腐蝕性差，加工成形性差，耐磨性好；能夠進行熱處理改善機械性能。廣泛用于加工刀具、管嘴、閥門、板尺、餐具。
SUS430：熱膨脹率低,成型型及耐氧化性好 適用于耐熱器具、燃燒器、家電產(chǎn)品、2類餐具、廚房洗滌槽。價格低，加工性好是理想的SUS304的替代品；抗英里腐蝕性好，典型的非熱處理硬化性鐵素體系不銹鋼。
不銹鋼的物理性能、力學性能和耐熱性能
不銹鋼的物理性能
不銹鋼和碳鋼的物理性能數(shù)據(jù)對比，碳鋼的密度略高于鐵素體和馬氏體型不銹鋼，而略低于奧氏體型不銹鋼；電阻率按碳鋼、鐵素體型、馬氏體型和奧氏體型不銹鋼排序遞增；線膨脹系數(shù)大小的排序也類似，奧氏體型不銹鋼最高而碳鋼最?。惶间?、鐵素體型和馬氏體型不銹鋼有磁性，奧氏體型不銹鋼無磁性，但其冷加工硬化生成成氏體相變時將會產(chǎn)生磁性，可用熱處理方法來消除這種馬氏體組織而恢復其無磁性。
奧氏體型不銹鋼與碳鋼相比，具有下列特點：
1）高的電陰率，約為碳鋼的5倍。
2）大的線膨脹系數(shù)，比碳鋼大40％，并隨著溫度的升高，線膨脹系數(shù)的數(shù)值也相應地提高。
3）低的熱導率，約為碳鋼的1/3。
不銹鋼的力學性
不論不銹鋼板還是耐熱鋼板，奧氏體型的鋼板的綜合性能最好，既有足夠的強度，又有極好的塑性同時硬度也不高，這也是它們被廣泛采用的原因之一。奧氏體型不銹鋼同絕大多數(shù)的其它金屬材料相似，其抗拉強度、屈服強度和硬度，隨著溫度的降低而提高；塑性則隨著溫度降低而減小。其抗拉強度在溫度15~80°C范圍內(nèi)增長是較為均勻的。更重要的是：隨著溫度的降低，其沖擊韌度減少緩慢，并不存在脆性轉(zhuǎn)變溫度。所以不銹鋼在低溫時能保持足夠的塑性和韌性。
不銹鋼的耐熱性能
耐熱性能是指高溫下，既有抗氧化或耐氣體介質(zhì)腐蝕的性能即熱穩(wěn)定性，同時在高溫時雙有足夠的強度即熱強性。
 |
|
|