不锈耐酸钢.

第六章不锈钢主要内容♥6.1概述♦6.2合金元素对不锈钢组织和性能的影响♦6.3铁素体不锈钢♣6.4马氏体不锈钢♣6.5奥氏体不锈钢6.1概述一、基本概念不锈钢：在自然界环境和一定工业介质中具有耐腐蚀性的钢。自然界不锈工业介质不锈大气、水气和水等弱介质中不锈钢耐酸、碱、盐等化学侵蚀性介质耐酸钢不锈钢耐酸钢0.01mm/a,完全耐蚀0.1mm/a,耐蚀0.1mm/a,完全耐蚀1mm/a,耐蚀6.1概述腐蚀按照其化学原理可分为两类：化学腐蚀：4Fe+3O2＝2Fe2O3Fe+2H2O═Fe(OH)2+H2电化学腐蚀：Fe-3e＝Fe3+6H++6e=3H2化学腐蚀的特点：不产生腐蚀电流，在反应表面形成一层化学生成物。氧化膜的形成及氧化膜的结构和性质是化学腐蚀的重要特征。致密的氧化物膜（钝化膜）能阻止进一步的腐蚀；不连续的或者多孔状的氧化膜对基体金属没有保护作用。不同组织、成分、应力区域之间都可构成微电池。电化学腐蚀的特点：有液体电介质存在，不同金属或不同相之间有电极电位差并连通或接触，同时有腐蚀电流产生。在金属材料中，电化学腐蚀是由金属材料中不同相之间的电极电位的不同，在介质存在时构成原电池而产生的。在生产实际中遇到的腐蚀主要是电化学腐蚀。图1-20珠光体组织发生电化学腐蚀的示意图a)珠光体的电化学腐蚀原理b)珠光体的微电池腐蚀c)珠光体组织的成像二、钢铁材料腐蚀的基本类型均匀腐蚀：腐蚀发生在金属裸露的整个表面上或零件使用的整个工作面上。又称一般腐蚀或连续腐蚀。晶间腐蚀：晶界的电极电位低于晶内，导致晶界比晶内腐蚀程度大。点腐蚀：在金属表面上极局部区域由于氯离子或氯化物盐引起的一种腐蚀破坏形式，它是由钝化膜的局部破坏所引起的。又称点蚀或孔蚀。应力腐蚀：在张应力状态和特定的腐蚀介质（主要是氯化物盐、碱的水溶液以及蒸汽介质）作用下，材料发生破裂的现象。氢脆：在张应力状态作用下的金属合金，发生腐蚀吸收阴极析出的氢（或其它氢）导致的脆化破裂。腐蚀疲劳：在腐蚀介质和交变载荷共同作用下发生的破坏。磨损腐蚀：在同时存在着腐蚀和机械磨损时，两者相互加速的腐蚀称为磨损腐蚀。另外，由于宏观电池作用也会产生腐蚀。例如，金属构件中铆钉与铆接材料不同、异种金属的焊接、船体与螺旋桨材料不同等因电极电位差别而造成的腐蚀。对不锈钢来说，晶间腐蚀、点腐蚀、应力腐蚀是不允许发生的，凡是有其中一种腐蚀，即认为不锈钢在该介质中是不耐蚀的。一、提高钢耐腐蚀性能的途径主要有：（1）形成稳定保护膜，→Cr、Al、Si有效。（2）↑固溶体电极电位或形成稳定钝化区→Cr、Ni、Si：Ni贵而紧缺，Si易使钢脆化，Cr是理想的。（3）获得单相组织→Ni、Mn→单相奥氏体组织。（4）机械保护措施或复盖层，如电镀、发兰、涂漆等方法。6.2合金元素对不锈钢组织和性能的影响不锈钢的分类根据不锈钢的基本组织，可将它分为五类：M不锈钢Cr13型，Cr17Ni2，9Cr18F不锈钢0Cr17Ti,Cr25Ti,Cr26Mo1A不锈钢1Cr18Ni9,1Cr18Ni9Ti,A-F不锈钢Cr21Ni5Ti,00Cr22Ni5Mo3N沉淀硬化不锈钢：在马氏体基体上析出金属间化合物，产生沉淀强化二、合金元素对铁的极化性能的影响C点影响降低C点：Cr升高C点：Ni，Ti，MoD点影响降低D点：Cr，Si升高D点：Ni，MoG点影响降低G点：Cr，Mo，V升高G点：Ni，Si三、合金元素对电极电位的影响Tammann定律：铁基固溶体中Cr含量达12.5%原子比（即1/8）时，电极电位有一个突跃升高；当Cr的含量提高到25%原子比（即2/8）时，铁基固溶体的电极电位又有一个突跃的升高。这一现象称为二元合金固溶体电位的n/8规律。四、合金元素对不锈钢基体组织的影响不锈钢中的合金元素可分为两类:扩大γ相区：C,N,Ni,Mn,Cu等;缩小γ相区：Cr,Si,Ti,Nb,Mo等;谁占优势，就易形成以γ或α为基体的不锈钢组织；如果稳定γ元素其作用程度还不足以使钢的Ms点降到室温以下，则高温冷却时会发生M转变。为了简便起见，表明不锈钢的实际成分和所得组织的关系，制成铬当量[Cr]-镍当量[Ni]图（适合于Ni-Cr系）。钢中铁素体形成元素折合成铬的作用，奥氏体形成元素折合成镍的作用。[Ni]=Ni+Co+0.5Mn+30C+25N+0.3Cu[Cr]=Cr+Mo+2.0Si+1.5Ti+1.75Nb+5.5Al+5V+0.75W可以根据钢的实际化学成分来估算钢的组织.[Cr]与[Ni]状态图（焊后冷却）合金元素的作用Cr决定和提高耐蚀性的主要元素.提高基体的电极电位，但不是均匀的增加，而是突变式的。当Cr的含量达到1/8，2/8，3/8，……原子比时，Fe的电极电位就跳跃式显著提高，腐蚀也显著下降。这个定律叫做n/8规律。折算成重量比：12.5×52/56=11.7%，这便是不锈钢的最低铬含量。由于钢中存在C，与Cr能形成Cr23C6，则Cr的含量一般不少于13%。形成保护膜，钢钝化时能形成富铬的氧化物，具有尖晶石结构，在许多介质中具有稳定性。有利于形成单相F组织。稳定钝化区Ni稳定钝化区形成单相Ａ。提高基体的电极电位（也符合n/8规律，与Cr配合，才能充分发挥；C扩大γ相区，稳定γ相（Ni30倍）；C提高，强度提高；但C与Cr形成碳化物，降低耐蚀性。一般在不锈钢中C0.4%,多在0.1-0.2%。如：2Cr13（0.2%C）;0Cr17Ti（C0.08%）;00Cr18Ni10（C0.03%）只有滚动轴承、弹簧和刃具的不锈钢用高C：如9Cr18Mn，N提高高铬不锈钢在有机酸中的耐蚀性。Mo提高不锈钢的钝化能力，扩大其钝化介质范围（浓硫酸、稀盐酸、磷酸和有机酸），且能阻止点腐蚀倾向。含Mo的钝化膜：Fe2O3-Cr2O3-MoO3，致密，稳定性好，能防止Cl-穿透。Cu少量加入可有效地提高不锈钢在硫酸及有机酸中的耐蚀性。Si提高在盐酸、硫酸和高浓度硝酸中耐蚀性。Mo,Cu,Ni,Si复合加入如在Cr18Ni9中加入Mo,Cu,Ni后进一步扩大了在硫酸中的耐蚀性和使用温度范围。Ti,Nb在Cr-Ni奥氏体不锈钢和高铬铁素体不锈钢中均有晶间腐蚀倾向，加入Ti或Nb（固C），可防止晶间腐蚀。6.3铁素体不锈钢含碳量0.15%,含Cr量为13-30%（高Cr低碳）1.主要有三种类型：（1）Cr13型如0Cr13、0Cr13Al、0Cr11Ti等；（2）Cr17型如1Cr17、0Cr17Ti、1Cr17Mo等；（3）Cr25-30型如1Cr28、1Cr25Ti、00Cr30Mo2等。基本特点①含碳量0.15%，为提高某些性能，可加入Mo、Ti、Al、Si等元素；②在硝酸、氨水等介质中有较好的耐蚀性和抗氧化性；③力学性能和工艺性较差，脆性大，TK在室温左右。④无同素异构转变，多在退火软化态下使用。2用途广泛用于硝酸和氮肥工业的耐蚀件。合成氨厂硝酸生产装置铁素体不锈钢制品3、铁素体不锈钢的脆性高铬铁素体不锈钢的缺点是脆性大，主要有几个方面：（1）粗大的原始晶粒由于原子扩散快，晶粒粗化温度低和晶粒粗化速率高。在600℃以上晶粒就开始长大，而A不锈钢相应为900℃思考:为什么不能象一般钢那样经过重新加热重结晶而细化晶粒?（2）F不锈钢存在475℃脆性当15％Cr时，随Cr↑其脆化倾向也↑。在400~525℃长时间加热或缓慢冷却时，钢就变得很脆,以475℃加热为最甚原因:在脆化T范围内长期停留时，铬有序化→α″相，与母相共格→大内应力。→AK↓↓（3）金属间化合物σ相的形成σ相具有高硬度，有大的体积效应，且常沿晶界分布，所以使钢产生了很大的脆性6.4、马氏体不锈钢这类钢主要含12~18%Cr，淬火冷却能产生M。（一）马氏体不锈钢的成分和组织特点马氏体不锈钢可分为三类：（1）Cr13型，有1Cr13、2Cr13、3Cr13、4Cr13等钢号；（2）高碳高铬钢，如9Cr18、9Cr18MoV等；（3）低碳17%Cr-2%Ni钢，如1Cr17Ni2。1Cr13：M+F2Cr13：M3Cr13：M4Cr13：M+K类似于调质钢制造不锈结构件类似于工具钢制造耐蚀工具（手术刀等）透平转轮医疗器械用于要求耐蚀、耐磨件，医疗器械、量具等。（二）马氏体不锈钢的热处理特点常用的热处理工艺有软化处理、球化退火、调质处理和淬火+低温回火。软化处理软化处理有两种方法：一是进行高温回火，将锻轧件加热至700~800℃保温2~6小时后空冷，使马氏体转变为回火索氏体。另外也可以采用完全退火。调质处理1Cr13、2Cr13常用于结构件→调质。因为铬↑抗回火性和AC1点，所以调质回火温度也相应↑.通常为640~700℃。回火后应采用油冷?淬火低回3Cr13、4Cr13常做有一定耐蚀性的工具，所以采用淬火低温回火。T淬在1000~1050℃，为减少变形，可用硝盐分级冷却。组织为马氏体+碳化物+少量AR透平转轮6.5、奥氏体不锈钢一、特点与F或M-F不锈钢相比，1）有很高耐蚀性（主要在氧化性酸如HNO3）；2）高塑性，易于成形（板、带、管、丝、材）；3）焊接性能较好（无相变）；4）韧性和低温韧性好，无冷脆倾向；5）可用作550℃热强钢（奥氏体的T再高）；6）价格贵；容易加工硬化，切削加工性不好；7）导热性差，加热和冷却时要注意。二、主要钢种18-8型铬镍奥氏体不锈钢1Cr18Ni9,1Cr18Ni9Ti,0Cr18Ni18Mo2Cu2Ti00Cr18Ni12Mo2Ti广泛用于化工设备及管道反应釜(316L)大型化工储罐(304)热交换器(316L)（三）奥氏体不锈钢的晶间腐蚀1.现象奥氏体不锈钢焊接后,焊缝及热影响区(550-800℃）在许多介质中产生晶间腐蚀。[介质：热浓硝酸（50-65%）、含铜盐和氧化铁的硫酸溶液、热有机酸等]2.形成原因贫铬理论奥氏体不锈钢晶间腐蚀主要是晶界上析出网状富铬的Cr23C6引起晶界周围基体产生贫铬区，贫铬区的宽度约10-5cm，Cr12%。在许多介质中没有钝化能力,贫铬区成为微阳极而发生腐蚀。3.影响因素C%：C0.03%时无晶间腐蚀;化学成分：加入Ti,Nb固C，使奥氏体内固溶的C0.03%以下。加热温度：550-800℃（650℃最敏感），T800℃时K重溶；T500℃，扩散困难。加热时间：时间很长或很短，都难以存在晶间腐蚀。4.改善与预防超低C，如00Cr18Ni10,00Cr18Ni12Mo2；改变K类型：加Ti,Nb固C，并稳定化处理；固溶处理：重新使K溶解于γ中;获得γ+δ（10-50%）双相组织；由于δ在500-800℃间发生相间沉淀，Cr23C6在δ/γ相界δ相一侧析出呈点状，排除了在γ晶界析出Cr23C6，且δ相内铬的扩散系数比γ相内高103倍，不致产生贫铬区。采用固溶处理。即加热到1100℃使碳化物溶解后水冷。组织为单相奥氏体。四、A不锈钢的热处理