搜索
不锈钢（3）主讲侯哲哲石家庄铁道大学金属材料学#一、铁素体不锈钢1.1常用铁素体不锈钢及特点特点化学成分特点:Wc=0.1%左右WCr=13~30%热处理特点:不能进行热处理强化。##铁素体不锈钢主要有三种类型（1）Cr13型如0Cr13、0Cr13Al、0Cr13Ti等；（2）Cr17型如1Cr17、0Cr17Ti、0Cr17Mo等；（3）Cr25-30型如1Cr28、0Cr25Ti、00Cr30Mo2等；#基本特点①含碳量0.25%，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。#牌号:1Cr17、1Cr17Ti、1Cr28等。用途:化工设备中要求耐蚀性高、塑性好、强度低的容器、管道等。#铁素体型不锈钢的用途硝酸生产装置合成氨生产装置铁素体型钢添加Si、Al等增加Cr加S提高耐蚀性Cr13Si3Cr13SiAl提高耐蚀性Cr28Cr25Cr17提高切削性Cr14SMe的作用#1.2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范围内长时间停留时，铬有序化→ɑ〞相，与母相共格→大内应力。→AK↓↓(3)金属间化合物相的形成相具有高硬度，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。#在Fe—Cr相图中，45%Cr当T820℃，开始析出σ相。（如图9-19）但由于显微偏析及其它Me的影响，当Cr%≥17%时，就形成σ相。生成σ相【σ相】：是一种硬而脆的中间相。简单正方点阵，晶胞内含有30个原子。σ相形成#【σ相的特征】：1、硬度↑（HRC68以上）σ相引起很大的脆性，并能促进晶间腐蚀。2、形成速度与T有关。在接近共析温度时，形成速度↑↑←→T↓→形成速度↓。加热到T850℃时半小时后，σ相将全部消失，恢复韧性。#Me对σ相的影响：•有利于析出σ相的因素：Cr↑C化物形成元素Mn预先冷加工•不利于析出σ相的因素：Ni，C、N#1.3、F不锈钢的热处理热处理的意义——消除晶间腐蚀倾向高Cr—F不锈钢平衡组织——F+Cr的碳化物#F不锈钢的热处理•在加热和冷却过程中有碳化物的溶解、析出过程。•∴这类钢的热轧退火——富Cr的合金F+C化物•→碳化Cr的析出，导致其周围贫Cr→易产生晶间腐蚀或点蚀；•高温下，部分F→A相变→在冷却时A→M→↑脆性，并促进晶间腐蚀倾向。•为了获得成分均匀的F组织，↓碳化Cr的析出→消除晶间腐蚀倾向。热轧后要进行热处理。#•淬火——消除贫Cr区：870~950℃，水冷。避开σ相析出及晶间腐蚀区。•退火——消除应力：560~800℃×τ。τ要考虑、。热处理工艺→淬火+退火##二、马氏体不锈钢这类钢主要含有12~18%Cr，淬火冷却能产生M。2.1马氏体不锈钢的成分和组织特点##1Cr13:M+F2Cr13:M类似于调制钢制造不锈钢结构件4Cr13:M+K类似于工具钢制造耐蚀工具（手术刀等）3Cr13:M#马氏体型不锈钢---1Cr13型钢化学成分特点:Wc=0.1～0.4%WCr=13%热处理特点:正火后的组体是马氏体。牌号:1Cr13～4Cr13用途:医疗器械医用镊子#马氏体型钢增加C增加Cr,C增加S,Se提高强度、硬度热强度2Cr133Cr13加Mo提高耐蚀性、提高强度韧性Cr17Ni2Cr13Ni2提高切削性1Cr13S，4Cr13Se4Cr13提高强度9Cr18MoV增加Ni,Cr提高淬火硬度提高强度3Cr13Mo9Cr18加Mo,V#M不锈钢的重要成分是Cr、C•1）按n/8规律：n=1时，Cr%ωt=11.7%ωt。•2）Cr13•3）9Cr18•4）1Cr17Ni2是这类钢中耐蚀性最好的#M不锈钢种类钢种室温组织（平衡）1Cr13钢α+（Cr、Fe）4C2Cr13、3Cr13α+（Cr、Fe）4C+（Cr、Fe）7C34Cr13α+（Cr、Fe）7C3#2.2Cr13型马氏体类钢的热处理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##1Cr17Ni2钢的设计思路：•为了↑耐蚀性：•为了获得M:•特征：是M不锈钢中，耐蚀性最好，强度最高•用途：与海水接触的部件•缺点：#1Cr13金相组织图1Cr13供货状态组织(化染)580#三、奥氏体不锈钢•奥氏体不锈钢是应用最广泛的耐酸钢，约占不锈•钢总产量的2/3。奥氏体不锈钢优点如下：①具有很高的耐腐蚀性；②塑性好，容易加工变形成各种形状钢材；③加热时没有同素异构转变，焊接性好；④韧度和低温韧度好，一般情况下没有冷脆倾向，有一定的热强性；⑤不具有磁性；⑥价格较贵，切削加工较困难，导热性差。#3.1奥氏体不锈钢的成分特点奥氏体不锈钢的主要成分是Cr和Ni，18Cr和8Ni的配合是世界各国奥氏体不锈钢的典型成分。Cr+Ni=18+8=26耐蚀电位接近n/8定律中n=2的电位值具有良好钝化性能单相奥氏体组织耐蚀性达到较高的水平.Cr、Ni再↑,更为优良#图不锈钢组织状态图（焊后冷却）#Ti、Nb:稳定K，↑抗晶间腐蚀的能力；Mo:↑不锈钢钝化作用，↓点腐蚀倾向，↑钢在有机酸中的耐蚀性；Cu:↑钢在硫酸中的耐蚀性；Si:↑钢抗应力腐蚀断裂的能力。平衡态时为奥氏体+铁素体+碳化物组织，经过固溶处理后获得了单相奥氏体。##3.2奥氏体不锈钢的晶间腐蚀现象奥氏体不锈钢焊接后，在腐蚀介质中工作时，在离焊缝不远处会产生严重的晶间腐蚀。原因在焊缝及热影响区(450~800℃)，沿晶界析出了K（Cr,Fe）23C6，晶界附近区域产生贫Cr区（低于1/8定律的临界值）。##晶间腐蚀机制的基本类型：1、防腐蚀元素在晶界区贫化；2、在晶界产生的析出物化学稳定性低；3、降低耐蚀性的表面元素沿晶界偏析。#敏化处理在Cr-Ni奥氏体不锈钢中，在450~800℃的温度范围内时效处理，可考察不锈钢晶间腐蚀的敏感性。敏化处理和敏感性的关系通常用TTS（Time-Temperature-Sensitivation）曲线来表示，如下图所示.敏化处理后，在金相组织上可看到碳化物沿着晶界析出.#曲线1表示钢开始产生晶间腐蚀，曲线2是由于时间充分，晶间腐蚀倾向已不再出现，也就是产生晶间腐蚀现象结束线。曲线包围的区域是产生晶间腐蚀的温度、时间范围。#经强K形成元素Ti、Nb合金化的不锈钢称为稳定性钢。这种钢析出K的温度范围可分成两个区域，如上图右。曲线1表示析出M23C6型K的富Cr区域，曲线3表示析出MC型K的区域，曲线2是产生晶间腐蚀的区域。在仅有MC型碳化物析出的区域，没有晶间腐蚀倾向。Ni、Co、Si，促进产生晶间腐蚀，Mo、Ti、Nb、Mn、V，都能不同程度地阻止晶间腐蚀的倾向。显然，钢中含碳量的提高，钢的晶间腐蚀倾向也增大。#为防止A不锈钢的晶间腐蚀，可采取以下措施：（1）降低钢中的含C量；（2）加入Ti、Nb，析出特殊K，稳定组织；（3）进行1050~1100℃的固溶处理，保证Cr含量；（4）对非稳定性A不锈钢进行退火处理，使A成分均匀化，消除贫Cr区;（5）对稳定性钢，通过热处理形成Ti、Nb的特殊K，以稳定固溶体中Cr含量，保证含Cr量水平.##3.2奥氏体不锈钢的热处理固溶处理：奥氏体不锈钢的固溶处理温度一般为1050~1150℃，比较常用1050~1100℃。为了保证高温奥氏体不发生分解，固溶处理后冷速应较快。一般情况下，多采用水冷。固溶处理是奥氏体不锈钢最大程度的软化处理。由于这时的奥氏体具有最大的合金度，所以也具有最高的耐蚀性能。#稳定化处理也称为稳定化退火。这种处理只是在含Ti、Nb的A不锈钢中使用。合理选择稳定化处理的温度和时间，→获得最佳的效果。一般原则高于Cr23C6的溶解温度而低于TiC的溶解温度。通常采用850~950℃，保温2~4h后空冷，如下图所示。在稳定化退火过程中，能将Cr23C6转变为TiC，→彻底消除晶间腐蚀倾向。#A+MCCr23C6的溶解曲线TC%1000℃760℃MC的溶解曲线##奥氏体型不锈钢---18–8型钢化学成分特点:Wc=0.08～0.14%WCr=17～19%WNi=8～11%Cu、Ti、Mo等。加工特点:不能进行热处理强化,只能冷塑性变形强化。热处理特点:固溶处理;稳定化处理;消除应力退火。#牌号:0Cr18Ni9、1Cr18Ni9、0Cr18Ni9Ti、1Cr18Ni9Ti用途:化工容器、管道等。大型化工储罐(304)管板换热器(304)#1Cr18Ni9Ti固溶处理组织金相图1Cr18Ni9Ti固溶处理组织580#四、双相不锈钢•特点：A的存在：↓高Cr-F的脆性↓晶粒长大倾向→↑可焊性、韧性F的存在：↑A的бs、↑A的抗晶间腐蚀能力•成分：18～26%Cr,4～7%Ni4.1F+A双相不锈钢#•注意：双相不锈钢存在一定的脆性倾向，尤其在焊接区。易出现一系列金属间化合物，造成脆性•克服：采用1000～1100℃淬火→韧化。#4.2A+M不锈钢•又称超高强度不锈钢•设计思想：室温时基体为A部分A→M加工成型低温处理沉淀硬化A+M#强化工艺流程：950～1050固溶处理奥氏体冷处理调节处理冷塑性变形马氏体时效沉淀固沉淀强化#美国钢铁学会是用三位数字来标示各种标准级的可锻不锈钢的①奥氏体型不锈钢用200和300系列的数字标示，②铁素体和马氏体型不锈钢用400系列的数字表示。例如，某些较普通的奥氏体不锈钢是以201、304、316以及310为标记，③铁素体不锈钢是以430和446为标记，马氏体不锈钢是以410、420以及440C为标记，双相（奥氏体－铁素体），④不锈钢、沉淀硬化不锈钢以及含铁量低于50%的高合金通常是采用专利名称或商标命名。#EN-DIN标准钢号EN-标准钢牌号ASTM／AISI钢牌号UNS编号GB-中国国标牌号1.4541X6CrNiTi18-10321S321000Cr18Ni11Ti1.4435X2CrNiMo18-14-3316LS3160300Cr17Ni14Mo21.4401X5CrNiMo17-12-2316S316000Cr17Ni12Mo2X10CrNiTi1893470Cr18Ni11Nb1.4512X6CrTi124090Cr11TiS410000Cr134101Cr13420J12Cr131.4016X6Cr174301Cr17440AS440027Cr171.4125440CS440039Cr18#本章小结：耐蚀能力遵循n/8规律。A不锈钢主要问题是晶界腐蚀。措施:从合金化角度考虑,↓C含量和加入Ti、V元素;从热处理工艺考虑，应根据各合金K形成、溶解、析出的规律，设计和制定热处理工艺参数。不锈钢主要矛盾是耐蚀性和强度的合理兼顾。对于一定成分的不锈钢，要达到预定耐蚀性和力学性能，关键是热处理工艺。不同类型或成分的不锈钢适用于不同介质的工作环境##习题：1、F不锈钢三类脆性的产生原因和热处理特点？2、A不锈钢产生晶间腐蚀的原因及其预防措施？3、为什么Cr可以