不锈钢材料基础知识+学习用

2016基础知识编辑：Leonzhang日期：2016/8/25不锈钢材料1不锈钢基础知识1、不锈钢简介2、不锈钢发展史3、不锈钢基本元素组成及作用4、不锈钢分类5、不锈钢性能6、不锈钢牌号表示方法及国内外牌号对照7、不锈钢腐蚀8、不锈钢表面保养方法9、不锈钢的表面处理方法10、不锈钢加工1、不锈钢简介在冶金学和材料科学领域中，依据钢的主要性能特征，将含铬量大于11.7%，且以耐蚀性和不锈性为主要使用性能的一系列铁基合金称为不锈钢。不锈钢是指在大气中不容易生锈的钢。不锈钢指在特定条件下在酸、碱、盐中耐蚀的钢。不锈钢示意图：不锈钢是不锈钢和耐酸钢的总称。21.1、不锈钢简介:Cr对不锈钢的耐腐蚀性的影响31.2、不锈钢简介:Fe-Cr二元合金相图41.3、不锈钢简介:碳、氮对Fe-Cr二元相图的影响5不锈钢简介[Cr]当量和[Ni]当量：[Cr]=Cr+Mo+1.5Si+1.5Ti+0.5Nb[Ni]=Ni+30(C+N)+0.5Mn+0.3Cu大体上来说，通过某一钢号[Cr][Ni]当量的值就能预测最终成品的组织和性能。[Cr][Ni]当量的概念奥氏体形成元素：C、Ni、Mn、Cu、N等，铁素体形成元素：Cr、Si、Ti、Nb、Mo等，62、不锈钢发展史•1797年，法国的沃克兰发现了化学元素铬。从红铅矿和盐酸反应的产物里提出Cr2O3，用木炭加热得到金属Cr。•1911年德国人蒙娜尔茨(P.Monnartz)揭示了钢的耐蚀性原理并提出了钝化的概念。•1913年，英国人布里尔利（H.Brearly）发明了含12-13%Cr的马氏体不锈钢并获得专利。•1914年，美国人Dantsizen发明了含16%Cr,0.10%C的铁素体不锈钢；•1914年，德国人毛雷尔(E.Maurer)和施特劳斯(B.Strauss)发明了0.1%C,15-20%Cr,20%Ni的奥氏体不锈钢，并于1929年取得了低碳18-8(Cr—18%,Ni—8%)的专利权；•1931年，在法国的Uniex实验室发现了奥氏体不锈钢中含有铁素体时，钢的晶间腐蚀性能有明显改善，从而开发了双相不锈钢。7我国不锈钢发展史•1952年以后我国开始生产加工不锈钢，用于餐具，钢笔和手表，并从苏联进口不锈钢材,在军工和重点项目上使用。•1956年仿制了1Cr18Mn8Ni5N(AISI204),在此基础上，先后开发了1Crl8Mn8Ni5Mo3N、0Cr18Mn14N和1Cr25Mn5N等。83、不锈钢基本元素组成及作用•⑴.不锈钢是一种合金钢，主要的合金元素有：铬、镍、硅、铝、钼、铜、锰、氮、钛、铌和碳。•⑵.主要合金元素的作用：※铬、硅、铝：为形成铁素体的元素，是不锈钢获得耐腐蚀性能的主要合金元素。当钢中铬的质量分数超过12%时，能产生一种与基体组织牢固结合的铬铁氧化物（FeCr）2O3的钝化膜,使金属与外界隔离而不发生化学反应。※镍：为形成奥氏体的元素，能使合金表面钝化，扩大钢在酸中的钝化范围，是耐蚀钢的主要合金元素。※钼：钼是形成铁素体的元素，在铬不锈钢中加入钼，可以改善钢的耐蚀性，提高强度与硬度。独特之处是能抵抗氯离子产生的点腐蚀。9•⑶碳化物的影响碳是降低耐蚀性的一种有害元素。在不锈钢中应尽量控制碳的含量，愈少愈好。在我国部锈钢牌号中，碳含量在0.06％～0.08％之间（牌号前加0表示），称为低碳不锈钢，碳含量≤0.03％的，谓之超低碳不锈钢（牌号前加00表示）。•(4)不锈钢防锈过程不锈钢表面在受到外来物体的损伤后，氧化膜会遭到破坏，但是不锈钢材料会在几分钟至数小时内在破损的表面上形成新的氧化膜。含Cr越高，形成越快，所以不锈钢材料在使用过程中能持续地产生防腐效果。3、不锈钢基本元素组成及作用不锈钢为什么不易生锈，与其在基体内加入12.5%以上的铬有关，在氧化性腐败无能蚀介质中，铬能使钢表面很快地生成一层致密的钝化膜，防止金属基体被破坏，当含铬量在12.5%以上时，形成一层致密的稳定的钝化膜，防锈性能发生跃进式的实变，耐锈蚀能力大大增强，这就是为什么不锈钢中的含铬量要有12%以上的原因。104、不锈钢分类•（1）按合金成分分:铬不锈钢、铬镍不锈钢、铬锰氮不锈钢以及低碳不锈钢、超低碳不锈钢和高纯度不锈钢。（2）按性能特点分：耐热不锈钢、耐酸不锈钢（3）按金相组织分：铁素体型（F）、马氏体型（M）、奥氏体型（A）、奥氏体－铁素体型（A－F）、奥氏体－马氏体型（A－M）、沉淀硬化型（PH）。【注】通常都是以金相组织进行分类，下面重点讲述。114、不锈钢分类:按化学成分分类Cr系CrSeriesCr-Ni系Cr-NiSeries铁素体系列FerriticSeries马氏体系列MartensiticSeries奥氏体系列AusteniticSeries双相系列DuplexSeries沉淀硬化系列PrecipitationHardeningSeriesChemicalComposition124、不锈钢分类13（1）铁素体型不锈钢•※Cr含量：11%－30%之间•※材质较脆，强度较高，冷加工硬化倾向较低，加工时不会产生马氏体，加工后不会时效开裂，只会在加工过程中开裂。•无法通过热处理强化，焊接工艺性较差，有磁性。•※国家标准牌号主要有：00Cr12、1Cr17、00Cr17Mo、00Cr30Mo2等。其中1Cr17可称之为430（美国牌号),又可称为18∕0（德国牌号），是一种较为常见的铁素体不修钢。•※主要用途：制造硝酸化工设备的吸收塔、热交换器、储槽和运输硝酸用的槽罐以及制造其他承受冲力载荷的零部件和设备。炊具行业应用非常广泛。14（1）铁素体型不锈钢15（1）铁素体型不锈钢16（2）、马氏体不锈钢•※显微组织为马氏体。•※Cr的含量为11.5%－18.0%之间。•※C的最高含量可达0.6%，是一类可以用热处理（淬火回火）手段调整其性能的钢（可以硬化的钢种）。高的强度和硬度，焊接性较差，有磁性。•可以分为马氏体铬不锈钢与马氏体铬镍不锈钢。•※国家主要牌号有：1Cr13（410）、2Cr13（420）、3Cr13（420）、1Cr17Ni2•※用途：广泛用来制造对韧性和冲击韧度要求较高的零件，如汽车轮胎的叶片、内燃机排气阀和医疗器械。17（2）、马氏体不锈钢18（3）、奥氏体不锈钢•其显微组织为奥氏体。•不能通过热处理强化，冷加工硬化程度高，容易出现时效开裂现象。可以采用以下方法避免加工硬化：1、提高镍元素的含量；2、退火处理：将产生的马氏体转变成奥氏体，有口部退火与整体退火(整体退火一定要在最后一次拉深的前一次进行）。3、加快冲压速度，使马氏体来不及转变。4、升高温度，可以减少马氏体产生。•无磁性，经冷加工后会产生少量马氏体而出现磁性（可用热处理消除）。•有较好的塑性和韧性，好的冲压和焊接性能，有优良的耐蚀性和耐热性能。19（3）、奥氏体不锈钢•※主要牌号：0Cr18Ni9（304）、0Cr18Ni9Ti、1Cr18Ni9（302）、1Cr18Ni9Ti、00Cr18Ni10其中0Cr18Ni9可叫304（美国牌号），又可叫18∕8与18∕10。•用途：应用非常广泛，其产量与用量占不锈钢总量的70％。205.1不锈钢的性能215.2不锈钢的物理性能钢种比重热膨胀系数导热率(20℃下)比热电阻系数(20~200℃)(20℃下)(20℃下)马氏体7.710.5×10-6304600.55铁素体7.710×10-6254600.60奥氏体7.9316×10-6155000.73双相钢7.813×10-6155000.80碳钢7.8511×10-6505020.17225.3、不锈钢的性能•（1）物理性能•密度（从小到大）：铁素体－碳钢－奥氏体430：7.70；Q235：7.86；304：7.93；•电阻率（从小到大）：碳钢－铁素体－奥氏体•线膨胀系数（从小到大）：碳钢－铁素体－奥氏体（奥氏体钢比碳钢大40%）•热导率（从小到大）：奥氏体－铁素体－碳钢（奥氏体钢约为碳钢的1/3）•23•（2）力学性能•奥氏体不锈钢：综合性能最好，既有足够的强度，又有极好的塑性，同时硬度又不高。具有良好的弯折、卷曲和冲压成形性，便于制成各种形状的零件。可以经受住多次拉伸（为防止中途破裂，中间须增加退火处理,退火温度多在850～970度之间）。•铁素体不锈钢：普通纯度高铬铁素体不锈钢，如430，与奥氏体不锈钢相比，由于含碳量较高，其室温脆性较大，焊接工艺性较差。难以进行深加工，经过深拉伸时很容易起皱或破裂，一般经过3次拉伸后，就已经很难再往下继续拉伸。5.4、不锈钢的性能245.5、不锈钢的性能及用途分类表1钢种特性用途SUS304用途广泛，具有良好的耐蚀性、耐热性、低温强度和机械性能，冲压弯曲等热加工性好，无热处理硬化现象，无磁性家庭用品（1、2类餐具）、橱柜、室内管线、热水器、锅炉、浴缸、汽车配件、医疗器具、建材、化学、食品工业、农业、船舶部件SUS304Cu由于加入Cu,改善了成型性，有利于深加工，特别是深冲加工家庭用品，暖瓶，水槽、浴槽SUS304Ni9由于提高Ni含量,改善了成型性，有利于深加工，特别是深冲加工家庭用品，暖瓶，水槽、浴槽SUS304L碳含量比SUS304低，耐晶间腐蚀性能优越，用于焊接后难以进行热处理的部件类。需要较高耐腐蚀性的化学、煤炭、石油产业部门的设备、建筑材料、耐热部件和难以进行热处理的部件。SUS316比SUS304更耐海水和其他溶剂腐蚀，高温强度特别好，可在苛刻的条件下使用，加工硬化性好，无磁性海水、化学、染料、造纸、草酸、肥料生产设备、照相、食品工业、沿海设施SUS316L碳含量比SUS316低，耐晶间腐蚀性比SUS316好，高温强度稍差，可在苛刻的条件下使用，加工硬化性好，无磁性海水用设备、化学、染料、造纸、草酸、肥料生产设备、照相、食品工业、沿海设施，铁别适用于机械及化工工业设备SUS321添加Ti含量，耐晶间腐蚀性好、耐热性，高温强度及高温抗氧化性良好，加工性、焊接性能良好，不推荐用于表面装饰件耐热材料，汽车、飞行器排气管管路，锅炉炉盖、管道，化学装置、热交换器、喷气发动机、高压锅SUS301Cr、Ni含量低于304,通过冷轧加工后强度及硬度提高。冷轧后带有一定磁性列车、航空器、车辆、弹簧255.5、不锈钢的性能及用途分类表2钢种特性用途SUS301L在301的基础上降低C的含量，从而改善了晶间腐蚀。添加N，弥补C含量降低而引起的强度下降列车车辆结构及外部装饰SUH409L加工性能、焊接性能良好，高温抗氧化性能良好，能够承受的温度范围从室温直到575°C广泛用于汽车尾气排气系统SUS410L与409L相比，含铬高0.5%，在常温下含有少量马氏体组织，屈服强度、硬度较高，延伸率较低；不含Ti，与SUH409L钢种相比表面质量较好，但焊接性能稍差。SUS410L钢种主要用于汽车排气系统部件、冷藏集装箱内衬、西餐刀具、餐具等。由于SUS410L钢种的机械性能接近于SUS430钢种，在耐蚀性要求不高的某些场合可替代SUS430使用。SUS430典型的铁素体不锈钢，热膨胀率低，成型性及耐氧化性好耐热器具、燃烧器、家电产品、2类餐具、厨房设备、装饰物及建筑装饰品SUS436L因添加了Mo、Ti及Nb，其耐蚀性、加工性、焊接性等优秀，极高度抗汽车尾气冷凝物性能汽车排气管、电磁炉锅具439由于Ti稳定元素的加入和C的降低，焊接后热影响区耐晶间腐蚀和点蚀的能力加强。高温氧化性能增加。耐全面腐蚀能力稍有增加由于良好的焊接性、耐蚀性和高温氧化性，其2B、HL产品普遍应用在汽车排气管部件、电梯面板、家用电器、水槽等。SUS444因添加了Mo、Ti及Nb，其耐蚀性、加工性、焊接性等优秀，与SUS316相比应力耐蚀和点蚀性能更好热水器、水箱、汽车排气管SUS420J2淬火后强度硬度高，用于高强度机械性质的部件材料。刀具、管嘴、阀门、板尺、餐具266.1、不锈钢牌号表示方法及国内外牌号对照⑴国内牌号表示方法(GB)：第一位数表示平均含碳量（千分之