不锈钢使用性能基础

不锈钢使用性能基础不锈钢性能一、不锈钢的定义和种类二、常见不锈钢的基本特性三、不锈钢的三大使用性能（一）焊接性能（二）耐腐蚀性能（三）冲压性能一、不锈钢的定义和种类冶金学定义含铬量大于12%，并且以耐腐蚀为主要使用性能的铁基合金。分类方法按组织区分不锈钢的种类主要有：奥氏体不锈钢-SUS304SUS316SUS316L无磁性，加工硬化明显，冷加工变形后带有磁性铁素体不锈钢-SUS430SUH409L铁素体，有磁性，加工硬化不明显马氏体不锈钢-SUS420J2出厂时为铁素体，有磁性双相不锈钢（奥氏体、铁素体）JISG4305-1999标准对成分和机械性能的规定值JISG4305-1999标准对成分和机械性能的规定值主要化学成分主要机械性能CSiMnPSNiCr其它YSTSELHV钢种%%%%%%%%N/mm2%HV304≤0.08≤1.00≤2.00≤0.045≤0.0308.0010.518-20≥205≥520≥40≤200430≤0.12≤0.75≤1.00≤0.040≤0.030-16-18≥205≥450≥22≤200316≤0.08≤1.00≤2.00≤0.045≤0.03010.014.016-18Mo2.0-3.0≥205≥520≥40≤200316L≤0.03≤1.00≤2.00≤0.040≤0.03012.015.016-18Mo2.0-3.0≥175≥480≥40≤200420J20.260.40≤1.00≤1.00≤0.040≤0.030-12-14≥225≥540≥18≤247321≤0.08≤1.00≤2.00≤0.045≤0.0309.013.017-19Ti5xC%≥205≥520≥40≤200409L≤0.03≤1.00≤1.00≤0.040≤0.030-10.511.7Ti6xC%≥195≥360≥25≤170二、不锈钢特性界限深冲比：不发生时效开裂的落片直径(a)/冲头直径(b)的最大值1.机械性能钢种SUS316LSUS321SUS304SUS304CuSUS430SUH409LSUS420J2金属组织奥氏体铁素体铁素体马氏体EL57585857303729YS260255290290330230400TS550620660630510400660HV142159166158160123196埃值12.1mm8.9mm深冲比2.252.5机械性能其它淬火处理：350~650Hv2使用上的特性比较钢种SUS316LSUS321SUS304SUS304（Cu）SUS430SUH409LSUS420J2磁性无无无无有有有淬火硬化性无无无无有无有加工硬化===基体耐蚀===间隙腐蚀有有有有有有有应力腐蚀有(小)有(小)有有无无无晶界腐蚀无无有有有无有耐蚀时效开裂有(小)有(小)有有无无无焊接性====热膨胀=====三、不锈钢的使用性能（一）焊接性能（二）耐腐蚀性能（三）冲压性能（一）焊接性能典型不锈钢的物理常数钢种组织电阻系数（20℃）μΩ/cm导热系数（100℃）热膨胀系数（0～1000℃）×10-6融化温度范围（℃）304A720.05020.11400～1450321A720.05220.11400～1427316A740.05020.01376～1400430F600.06213.11482～1510420M570.05913.71482～1532低碳钢170.14414.81492～1520不锈钢的物理性能特点1、电阻系数大发热量高2、导热系数小热量不易传递3、奥氏体不锈钢的线膨胀系数大体积变化程度大不锈钢的焊接特性①引起焊区变形不均和晶粒粗大②引起热裂纹③不锈钢焊接加工后，在焊接热影响区内容易引发晶间腐蚀。晶间腐蚀原理敏化不锈钢焊接加工过程中，在焊接热影响区内温度处于敏化温度区间时，碳与基体中的铬形成碳化物Cr23C6，分布在晶界上，使晶界成网状，基体中大量的铬集中到Cr23C6中，由于焊接时间短，远处的铬来不及向这里扩散，造成焊缝区域基体局部贫铬，难以钝化，耐蚀性明显下降，于是在相应的腐蚀环境中优先被腐蚀。SUS304的敏化温度范围450℃-850℃SUS430的敏化温度范围850℃以上敏化示意图不锈钢焊接防范措施①焊接规范要小于普碳钢，电流量约为低碳钢的80%②尽可能使用较快的焊接速度③焊接时要选择合适的焊接材料④材料的表面必修在焊接之前和焊接后进行清理（二）耐腐蚀性能不锈钢只是耐腐蚀钢，不是完全意义上的不锈，到目前为止没有发明在任何条件下均不腐蚀的钢。因此具体的钢种是适应具体的使用环境的。腐蚀分类:金属腐蚀的形式有多种分类方法：①按作用的性质分为化学腐蚀和电化学腐蚀。②按腐蚀形态可分为一般（全面、均匀）腐蚀和局部腐蚀。常见的局部腐蚀有晶间腐蚀、点蚀、缝隙腐蚀、应力腐蚀等。不锈钢的耐腐蚀原理①加入合金元素Cr、Ni等提高基体金属的电极电位，减少微电池的数量，可有效地提高钢的耐蚀性。②在钢中加入合金元素使钢的表面形成结构致密、不溶入腐蚀介质、电阻又高的保护膜，亦能显著提高钢的耐蚀性。保护膜非常细密、柔软、稳定，成分主要是Cr2O3，厚度1—6nm。常见的不锈钢局部腐蚀1、点蚀2、缝隙腐蚀3、晶间腐蚀4、应力腐蚀1、点蚀1）特点发生场所没有规律，一般情况下点蚀的深度要比其直径大的多。2）发生原理介质中存在活性阴离子（CI-）时，阴离子吸附在金属表面某些点上，使表面钝化膜发生破坏。钢中存在缺陷、杂质和溶质等的不均一性，表面钝化膜破坏后，在表面缺陷处显露基体金属，基体金属呈活化态，发生腐蚀。点蚀零件图3）影响点蚀的因素①环境因素点蚀通常发生在含有卤素阴离子的溶液中；溶液静止状态比流动状态容易发生点腐蚀；溶液的PH值增加，点腐蚀倾向会显著的减少；升高温度会加剧点腐蚀。②合金元素的影响添加钼元素能使钝化膜更致密牢固铬含量增加可提高钢的钝化膜修复能力③冷轧工艺的影响适当的固溶处理可以预防碳化物析出，减少点蚀的发生数目；光滑的表面比粗糙的表面更不容易发生腐蚀。3）防止点蚀的途径①选用耐点蚀的材料，钢中添加钼并提高铬含量。②减少溶液中卤素离子的浓度，并避免溶液的局部浓缩。③搅拌溶液，使溶液不处于静止。④提高溶液的PH值。⑤降低介质的温度。⑥采用电化学保护措施。电化学保护阳极保护加阳极电流法促使阳极钝化电化学防护法加阴极电流法促使阴极极化阴极保护牺牲阳极法牺牲阳极防护法事例2、缝隙腐蚀1）特点发生场所一般位于工件上的连接处。2）发生原理工件缝隙内有关物质的移动受到了阻滞，形成浓差电池从而产生局部腐蚀。缝隙腐蚀事例3）影响缝隙腐蚀的因素①几何形状的影响几何形状是重要影响因素，间隙的深度宽度以及内外面积比决定着氧气进入缝隙的程度、电位的变化。②环境因素的影响密闭系统中随着温度升高，缝隙腐蚀量增加；PH值减少，缝隙腐蚀量增大；CI-离子浓度增大，缝隙腐蚀敏感性升高。4）防止缝隙腐蚀的途径①选用耐缝隙腐蚀的材料可选用含钼的不锈钢②合理的设计方案尽量避免有缝隙的设计，或使缝隙尽量敞开。尽可能避免采用金属与非金属的联接件。③增加液体流量，避免杂质沉积。④采用电化学保护措施。3、应力腐蚀1）特点表现为加工后的制品经过一段时间发生开裂，即引发时效开裂问题。2）发生条件①金属本身对应力腐蚀具有敏感性②存在能引起该金属发生应力腐蚀的介质③工件存在残余拉应力应力腐蚀事例2）影响应力腐蚀的因素①氯离子浓度的影响氯离子浓度升高，应力腐蚀所需要的时间缩短。②介质温度的影响一般认为，温度升高易发生应力腐蚀。③合金元素的影响钢中的氮、磷等元素会降低不锈钢的耐应力腐蚀破裂能力。④残余应力的影响残余应力大，容易引发应力腐蚀开裂。3）防止应力腐蚀的途径①正确选用材料避免使用对应力腐蚀敏感的材料。②合理设计避免加工程度过大，残余应力大或应力集中。③注意使用条件避免表面积存腐蚀介质，尤其是要避免氯离子的局部浓缩。4、晶间腐蚀1）腐蚀原理敏化不锈钢焊接加工过程中，在焊接热影响区内温度处于敏化温度区间时，碳与基体中的铬形成碳化物Cr23C6，分布在晶界上，使晶界成网状，基体中大量的铬集中到Cr23C6中，由于焊接时间短，远处的铬来不及向这里扩散，造成焊缝区域基体局部贫铬，难以钝化，耐蚀性明显下降，于是在相应的腐蚀环境中优先被腐蚀。SUS304的敏化温度范围450℃-850℃SUS430的敏化温度范围是850℃以上晶间腐蚀现象与原理受到这种腐蚀破坏的零件，有时候外表仍是光亮完好的，但由于晶粒之间的结合力丧失，材料的强度已基本丧失，严重的会丧失金属声音，轻击会成为粉末。2）影响晶间腐蚀的因素①铬元素含量增大，可以降低晶间腐蚀敏感性。②钛和铌与碳的亲和力强，可以避免铬与碳结合，从而减少晶间贫铬区的产生。③碳、氮、磷、硅等元素的存在对材料耐晶间腐蚀都是不利的。④热处理制度的影响，要避免在敏化温度区间停留时间过长，造成铬的碳化物析出。3）防止晶间腐蚀的途径①提高材料的纯度，去除碳、氮、磷、硅等有害微量元素。②加入稳定化元素钛和铌。③采用适当的热处理制度，预防晶界析出碳化物(三)冲压性能1、主要冲压工艺介绍2、材料的基本冲压成形性能1、主要冲压工艺介绍弯曲加工拉深加工基本冲压工艺胀形加工扩孔加工弯曲工艺示意图拉深工艺示意图拉深应力应变图胀形工艺示意图翻边工艺示意图翻边零件示意图2、材料的基本冲压性能1）.屈服强度（σ0.2）2）.抗拉强度（σb）3）.屈强比（σ0.2/σb）4）.延伸率5）.应变硬化指数（n）6）.塑性应变比（R）和材料的各向异性7）.奥氏体平衡系数A(BAL)8）.马氏体转变点Md(30/50)9）.晶粒度（N）1）屈服强度（σ0.2）σ0.2=P0.2/F0P0.2—拉伸试样塑性变形量为0.2%时承受的载荷F0—拉伸试样的原始截面积屈服强度小，成形后回弹小，贴模性和定形性好。2）抗拉强度（σb）σb=Pb/F0Pb—拉伸试样断裂前承受的最大载荷F0—拉伸试样的原始截面积抗拉强度大，材料不容易被拉断，有利塑性变形。3）屈强比（σ0.2/σb）屈强比对材料冲压成形性能影响较大。屈强比小，板料由屈服到破裂的塑性变形阶段长，有利于冲压成形。一般来讲，较小的屈强比对板料在各种成形工艺中的抗破裂性都有利。4）延伸率δ=（L-L0）/L0X100%材料从发生塑性变形到断裂的总的伸长能力，延伸率大，板料允许的塑性变形程度大，抗破裂性较好，对拉深、弯曲、胀形都有利。5）应变硬化指数（n）应变硬化指数与材料的冲压成形性能十分密切。n值大，不仅能提高板料的局部应变能力，而且能使应变分布趋于均匀化，提高板料成形时的总体成形极限。通常认为，材料的应变硬化指数越大，抗破裂性越强，尤其对胀形成形性能最有利。n值对材料性能的影响6）塑性应变比和材料的各向异性R塑性应变比是单向拉伸试样的宽度应变和厚度应变的比值，公式：材料沿轧制方向取向不同R值也不同，的计算公式为：=（R0+R90+2R45）/400lnlnttbbRtbRR冷轧工艺对的影响R塑性应变比的意义值对拉深成形性能影响很大，材料的极限拉深比主要取决于值，值大，拉深毛坯的径向收缩时不容易起皱，流动性好，有利于板料的拉深成形性能。RRRR材料的各向异性材料沿轧制方向取向不同R值也不同，导致材料具有各向异性。ΔR=（R0+R90-2R45）/2材料的各向异性导致拉深件产生凸耳现象。凸耳现象产生凸耳的原因是毛坯的各向异性，是材料不同角度上R值不同造成的。一般来说加工后的圆形制品有4个凸耳，R值低的角度方向，筒壁高度较低；R值高的角度方向，筒壁高度较高。冷轧工艺对各向异性的影响7）奥氏体平衡系数A(BAL)A(BAL)=30（C+N）+0.5Mn+Ni-1.3Cr+11.8A值越小，奥氏体越不稳定8)马氏体转变点Md(30/50)Md(30/50)=551-462(C+N)-9.2Si-8.1Mn-13.7Cr-29(Ni+Cu)-18.5Mo指30%的冷变形后生成50%α’马氏体的温度.Md(30/50)越低，马氏体不易产生。9)晶粒度（N）晶粒度级别越高，材料的晶粒就