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不锈钢知识目录不锈钢的定义不锈钢的发展历史不锈钢冶炼工艺的发展不锈钢的种类不锈钢的特性不锈钢的标识方法不锈钢的性能与组织不锈钢的耐腐蚀性及其种类不锈钢的应用各国不锈钢团体标准对照表不锈耐酸钢级薄壁无缝钢管不锈钢的室温力学性能不锈钢的物理化学机械特性不锈钢专业网站不锈钢钢厂介绍一、不锈钢的定义在空气中或化学腐蚀介质中能够抵抗腐蚀的一种高合金钢，不锈钢是具有美观的表面和耐腐蚀性能好，不必经过镀色等表面处理，而发挥不锈钢所固有的表面性能,使用于多方面的钢铁的一种，通常称为不锈钢。代表性能的有13铬钢，18-铬镍钢等高合金钢。从金相学角度分析，因为不锈钢含有铬而使表面形成很薄的铬膜，这个膜隔离开与钢内侵入的氧气起耐腐蚀的作用。为了保持不锈钢所固有的耐腐蚀性，钢必须含有12%以上的铬。通俗地说，不锈钢就是不容易生锈的钢，实际上一部分不锈钢，既有不锈性，又有耐酸性（耐蚀性）。不锈钢的不锈性和耐蚀性是由于其表面上富铬氧化膜（钝化膜）的形成。这种不锈性和耐蚀性是相对的。试验表明，钢在大气、水等弱介质中和硝酸等氧化性介质中，其耐蚀性随钢中铬含水量的增加而提高，当铬含量达到一定的百分比时，钢的耐蚀性发生突变，即从易生锈到不易生锈，从不耐蚀到耐腐蚀。不锈钢的分类方法很多。按室温下的组织结构分类，有马氏体型、奥氏体型、铁素体和双相不锈钢；按主要化学成分分类，基本上可分为铬不锈钢和铬镍不锈钢两大系统；按用途分则有耐硝酸不锈钢、耐硫酸不锈钢、耐海水不锈钢等等，按耐蚀类型分可分为耐点蚀不锈钢、耐应力腐蚀不锈钢、耐晶间腐蚀不锈钢等；按功能特点分类又可分为无磁不锈钢、易切削不锈钢、低温不锈钢、高强度不锈钢等等。由于不锈钢材具有优异的耐蚀性、成型性、兼容性以及在很宽温度范围内的强韧性等系列特点，所以在重工业、轻工业、生活用品行业以及建筑装饰等行业中获取得广泛的应用。奥氏体不锈钢在常温下具有奥氏体组织的不锈钢。钢中含Cr约18%、Ni8%~10%、C约0.1%时，具有稳定的奥氏体组织。奥氏体铬镍不锈钢包括著名的18Cr-8Ni钢和在此基础上增加Cr、Ni含量并加入Mo、Cu、Si、Nb、Ti等元素发展起来的高Cr-Ni系列钢。奥氏体不锈钢无磁性而且具有高韧性和塑性，但强度较低，不可能通过相变使之强化，仅能通过冷加工进行强化。如加入S，Ca，Se，Te等元素，则具有良好的易切削性。此类钢除耐氧化性酸介质腐蚀外，如果含有Mo、Cu等元素还能耐硫酸、磷酸以及甲酸、醋酸、尿素等的腐蚀。此类钢中的含碳量若低于0.03%或含Ti、Ni，就可显着提高其耐晶间腐蚀性能。高硅的奥氏体不锈钢浓硝酸肯有良好的耐蚀性。由于奥氏体不锈钢具有全面的和良好的综合性能，在各行各业中获得了广泛的应用。铁素体不锈钢在使用状态下以铁素体组织为主的不锈钢。含铬量在11%~30%，具有体心立方晶体结构。这类钢一般不含镍，有时还含有少量的Mo、Ti、Nb等到元素，这类钢具导热系数大，膨胀系数小、抗氧化性好、抗应力腐蚀优良等特点，多用于制造耐大气、水蒸气、水及氧化性酸腐蚀的零部件。这类钢存在塑性差、焊后塑性和耐蚀性明显降低等缺点，因而限制了它的应用。炉外精炼技术（AOD或VOD）的应用可使碳、氮等间隙元素大大降低，因此使这类钢获得广泛应用。奥氏体--铁素体双相不锈钢是奥氏体和铁素体组织各约占一半的不锈钢。在含C较低的情况下，Cr含量在18%~28%，Ni含量在3%~10%。有些钢还含有Mo、Cu、Si、Nb、Ti，N等合金元素。该类钢兼有奥氏体和铁素体不锈钢的特点，与铁素体相比，塑性、韧性更高，无室温脆性，耐晶间腐蚀性能和焊接性能均显着提高，同时还保持有铁素体不锈钢的475℃脆性以及导热系数高，具有超塑性等特点。与奥氏体不锈钢相比，强度高且耐晶间腐蚀和耐氯化物应力腐蚀有明显提高。双相不锈钢具有优良的耐孔蚀性能，也是一种节镍不锈钢。马氏体不锈钢通过热处理可以调整其力学性能的不锈钢，通俗地说，是一类可硬化的不锈钢。典型牌号为Cr13型，如2Cr13,3Cr13,4Cr13等。粹火后硬度较高，不同回火温度具有不同强韧性组合，主要用于蒸汽轮机叶片、餐具、外科手术器械。根据化学成分的差异，马氏体不锈钢可分为马氏体铬钢和马氏体铬镍钢两类。根据组织和强化机理的不同，还可分为马氏体不锈钢、马氏体和半奥氏体（或半马氏体）沉淀硬化不锈钢以及马氏体时效不锈钢等。二、不锈钢的发展历史中华名族是世界上最早冶铁炼钢的国家，我们的祖先远在三千年前就掌握了一些冶铁、炼钢、铸锻和热处理的技艺，比欧洲各国要早1700多年，对世界文明与人类进步作出过重要的贡献。钢铁对于现代化的工农业生产、交通运输、国防乃至人民生活来说，已成为最基本、最重要的材料。当前，尽管各种新型的无机材料和有机合成材料已得到很大发展。但从生产成本、广泛的适用性能等方面来看，它们还远远不能取代钢铁。因此钢铁的生产能力仍不失为衡量一个国家国力的重要标志之一。钢铁材料之所以得到如此广泛的应用是因为铁矿矿藏集中，贮藏量大，开采、冶炼比较经济，钢铁半成品冷、热变形能力强。制成品具有优良的力学性能（强度，塑性及抗冲击能力）和加工性能（切削，焊接、冷变形等）。但是与硅酸材料、高分子合成材料及某些有色金属相比，它的最大的缺点是：在大气或酸、碱、盐等各种介质条件下，易于因腐蚀而失重损耗，乃至完全破坏。1、钢铁的腐蚀及其防止方法1-1．腐蚀的产生及其分类金属腐蚀是金属表面和介质之间发生化学或电化学多相反应造成的，故有化学腐烛及电化学腐蚀之分。化学腐烛是因金属表面与介质发生化学作用而引起的，它的特点是在腐蚀过程中没有电流产生。化学腐烛又可分为气体腐烛和非电解质溶液腐蚀两种。气体腐蚀又称干蚀。是指金属在干燥气体中（表面上没有湿气冷凝）发生的腐蚀，如金属在高温加热时（轧钢，热处理）表面形成氧化皮，内燃机活塞烧坏等。非电解质溶液腐蚀是指金属与电解质溶液作用所发生的腐蚀。它的特点是在腐蚀过程中有电流产生，这是金属表面发生腐蚀电池作用的结果。通常在电化学腐蚀中规定电极电位较低的金属为阳极，电极电位较高的金属为阴极。当两种电极电位不同的金属相接触或同种金属的不同部位具有不同电极电位时，它们浸入电解质溶液（潮湿气体、海水，酸、碱、盐的水溶液或土壤等）后会形成腐蚀电池，结果作为阳极的（电极电位低的）金属由于不断失去电子并将自己的离子投入溶液而被腐蚀，而作为阴极的（电极电位高的）金属由于仅起着传递电子的作用，本身没有发生腐蚀及其它变化。1-2．腐蚀的防止方法人们在使用钢铁材料的过程中，逐步认识了导致钢铁腐蚀的各种内部与外部原因，已经选择了一些有条件的、暂时和相对的方法，来控制钢铁腐蚀发生和发展的速度与程度。目前可供工业性应用的防腐方法大致可分为下列四大类：①加入合金元素，改变钢的组织结构，从而提高钢的抗腐蚀性能。在此基础上，发展了各种不锈钢、耐酸钢、耐热钢及海水用钢。在钢中添加各种合金元素在提高钢抗大气腐蚀能力方面的效果。②使金属形成表面转化层和“永久性”表面覆层来防止腐蚀。过类方法可分为：◆化学及电化学转化覆层——通过氧化、磷化、铬酸盐化、氟化等形成；◆表面合金化——通过氮化、渗金属（渗铬、渗铝、渗氮等）形成；◆金属覆层——包括电镀金属、喷镀金属、化学镀、气相镀等；◆非金属涂层——包括无机涂覆层如搪瓷、陶瓷覆层，有机覆层如橡胶、塑料、油漆回层等。其中搪瓷、塑料等“永久性”覆层，不能去除及自动生成，故不宜作刀具，量具、轴承等的工作面。③阴极保护，即使金属表面变成阴极。例如在海水中，用镁块作阳极与钢板联在一起，可使钢板成为阴极而不受海水腐烛。某些化工容器、塔罐和地下管道，也可用同样的方法加一阳极，通上电流，使管道、容器成为阴极而得到保护。④“暂时性”防锈法。这是指在生产、运输和贮存钢铁制品、构件时的表面防蚀保护法，由于防锈涂层可以在使用时顺利去除，故称为“暂时性”方法。实际上，这种方法的防锈时间可长达数年，甚至十年以上。常用的有以下六种：◆使用防锈水；◆加工过程中采用乳化油起冷却、润滑和防锈作用；◆使用防锈油．可防锈1～5年；◆采用气相缓蚀剂；◆采用环境封存技求；◆◆采用可剥性塑料包装。2．不锈钢的研究与开发尽管钢铁材料防锈的方法很多，但对要求材料整体都有防蚀性的某些机械零件、化工容器、生活用品及其它特殊用品（如医疗用的针、手术刀具，钳和假牙等）来说．添加合金元素提高钢铁耐腐蚀性能的方法无疑是最吸引人的。不锈钢的诞生和大多数科研成果一样，并非个别人的研究结果，而是许多冶金工作者长期努力、互相借鉴，不断研究的结果。最后于本世纪初，在社会已具有一定的物质生产条件（主要是低碳铬铁的制成）以及理论研究已取得进展（主要是铁铬合金中碳耐腐烛性的影响），而产业部门又急需的情况下，不锈钢才应运而生了。从开始研究不锈钢到初步研制成攻（1797～1910年）经历了整整一个世纪。在本世纪初，由于理论的进展和工业发展的需要，几乎在同时好几个国家都研制成功了不锈钢。1913年H.Brearley在研制舰载炮炮筒用钢时发明了可硬化的不锈钢，并发表了题为《耐蚀性取决于热处理和合金成分范围》的论文。从此可硬化的铁－铬－碳合金作为实用性的不锈钢而诞生了。这就是具有淬硬性的那一系列被称为“马氏体类不锈钢”的不锈钢。他们的研究结果表明，这种钢的成分范围是：C0.70%Cr=9-16%，其中0.35%C,13%Cr的钢主要用于制作刀具，即现在的3Cr13（AISI420）钢。1911年C.Dantsizen在从事电阻丝研究时研制了一种铬含量同Brearley钢相同。但碳含量较低并具有极低硬度的材料。1914年，他提出钢的成分范围应为：0．07～0．15%C，14～46%Cr，这是一种低碳铁素体Cr13系不锈钢，其成分与目前的1Cr13相似。1924年F.M.B.eeket研制了一种含铬量更高（含25～27%Cr）的不锈钢，相当于目前的铁素体不锈耐酸钢（AISI446）。在此同时，与铬－铁系不锈钢组织完全不同的铁一铬－镍系不锈钢也得到了发展。1909～1912年，E.Maurez和B.Stauss在研究热电偶保护套管用钢时，对高铬钢及铬－镍钢进行了对比分析。结果在1912年将耐蚀性很高的铬－镍不锈钢商品化。他们将高铬的马氏体系不锈钢命名为“V1M”，而将奥氏体系的命名为“V2A”。后者就是今天的18－8型不锈钢的雏型，当时它的成分范围是：0.25%C，20%Cr和7%Ni。后来通过对V2A钢的耐蚀性、加工性和机械性能不断进行研究，使之发展成为现在的1Cr18Ni9、1Cr18Ni9Ti钢（AISI302、304）。1910～1914年，作为现代不锈钢基础的1Cr13～4Cr13，Cr17-Cr28，18－8等马氏体、铁素体和奥氏体不锈钢都先后问世，可以说经历了一百多年的研究，人类终于找到了具有工业实用性的不锈钢雏型。从此以后，不锈钢的研究只是在腐蚀理论方面不断深入，并按日益增多的使用要求，对成分作了适当调整，从而又发展了不少新的钢种，因此可以认为，不锈钢诞生于1910～1914年，而这以后的70年，只是在此基础上不断发展完善。3.不锈钢钢种的发展1910～1914年诞生的组织分别为马氏体、铁素体和奥氏体的不锈钢，从化学成分来看，主要属Fe-Cr和Fe-Cr-Ni两大体系。从第一次世界大战结束到第二次世界大战结束的近三十年中（即1919年至1945年）。随着各种工业的发展，不锈钢为适应工作条件而发生了分化，即在原来两大体系三种组织状态的基础上，通过增减碳含量和添加多种其它的合金元素而衍生出了许多新型的不锈钢。从二次大站结束直至目前为止的三十多年中，主要为适应抗海水或盐类腐烛，吸收Y射线及中子、获得超高强度、节约镍等需要而发展了抗点蚀不锈钢、原子能工业用不锈钢、沉淀硬化不锈钢和锰氮代镍不锈钢。近年来．为了解决奥氏体不锈钢的晶间腐烛和应力腐蚀问题，又分别发展了超低碳不锈钢和超纯铁素体不锈钢。目前，已投入市场的不锈钢的品种已达到230种以上，经常使用的也有近50种，其中约有80%是奥氏体不锈钢（18铬－8镍）的衍生物，而其余20%则是由13铬钢演