不锈钢产品1.ppt

1、不锈钢产品的制造工艺2011年年4月月15日日 一.不锈钢概述 1.不锈钢的概念 凡在空气或各种气氛中，在水或各种酸、盐类的水溶液中具有化学稳定性而不致氧化、生锈或受到各种腐蚀的钢，均属于不锈钢。简而言之，主加元素铬含量高于12%时，便形成了非常稳定的钝化状态，能使钢处于钝化状态又具有不锈特性的钢称之为不锈钢。增加钢中的铬含量，钝态就越容易形成。1.1 通常所说的不锈钢实际上是不锈钢和耐 酸钢的总称。1.2 不锈钢：一般是指在大气、水等弱腐蚀介质中耐蚀的钢。1.3 耐酸钢：是指在酸、碱、盐等强腐蚀介质中耐蚀的钢。1.4 不锈钢不一定耐酸，而耐酸钢一般都具有良好的不锈性能。1.5 不锈钢和耐酸钢

2、的共同点：含r量都在12%以上。腐蚀速度0.1mm年者为完全耐蚀；腐蚀速度1mm年者为耐蚀。因此，不锈钢并不是不腐蚀、只不过腐蚀速度较慢而已、绝对不被腐蚀的钢是不存在的。2 不锈钢的分类及其用途2.1 按主要化学成份分:n n铬不锈钢：如06Cr13(0Cr13),1Cr13,1Cr17,2Cr13等。n n铬镍不锈钢：如06Cr19Ni10(0Cr18Ni9)，1Cr18Ni9，06Cr18Ni11Ti (0Cr18Ni10Ti)等 n n铬镍钼不锈钢：如06Cr17Ni12Mo2(0Cr17Ni12Mo2)，022Cr17Ni12Mo2(00Cr17Ni14Mo2)，06Cr17Ni12M

3、o2Ti(0Cr18Ni12Mo2Ti)等。n n铬锰氮不锈钢：如0Cr17Mn14Mo2N等。n n 以铬为主要合金成分的不锈钢，称为铬系不锈钢。铬不锈钢对硝酸等氧化性酸具有耐腐蚀性，但对于硫酸、盐酸等非氧化性酸却不具有耐腐蚀性。在这样的腐蚀环境下，如果除铬以外，还含有镍，则可显示出良好的耐腐蚀性。同时含有铬和镍两种合金元素的不锈钢，称为铬镍不锈钢。2.2 按含碳量分:高碳型：C0.15%如2Cr13,3Cr13等。中碳型：0.08%C0.15%如1Cr13,1Cr18Ni9等。低碳型：0.03%C0.08%如06Cr13(0Cr13),06Cr19Ni10(0Cr18Ni9)等。超低碳型：

4、C0.03%如022Cr19Ni10(00Cr19Ni10),022Cr17Ni12Mo2(00Cr17Ni14Mo2)等。2.3 按金相组织分，可分为马氏体不锈钢、铁素体不锈钢、奥氏体不锈钢、铁素体-奥氏体型不锈钢（双相不锈钢）、沉淀硬化不锈钢。（1）马氏体不锈钢：其金相组织在常温下为马氏体，由于马氏体不锈钢含Cr少，所以在恶劣环境下耐腐蚀性不十分好，但由于具有淬硬性，所以在要求耐磨、耐浸泡、高强度或耐高温等条件的场合比较适用。（2）铁素体不锈钢：铁素体不锈钢和马氏体不锈钢一样，虽然也是Cr系不锈钢，但由于 Cr含量高，在常温下是铁素体组织，所以，即使淬火也不能硬化。这种系列不锈 钢具有良好

5、的耐腐蚀性，一般用在要求耐腐蚀性和高温下耐氧化的场合。（3）奥氏体不锈钢：奥氏体不锈钢是Cr-Ni系列不锈钢，其代表钢种为18Cr-8Ni不锈钢，常温下的标准组织是奥氏体。一般比铬不锈钢具有更良好的耐腐蚀性能、机械性能和焊接性能，适用范围非常广泛。（4 4）双相不锈钢：所谓双相不锈钢是指金相组织双相不锈钢：所谓双相不锈钢是指金相组织由铁素体和奥氏体两相组成的不锈钢。它在固溶由铁素体和奥氏体两相组成的不锈钢。它在固溶组织中铁素体相和奥氏体相约各占一半，一般较组织中铁素体相和奥氏体相约各占一半，一般较少相的含量至少也要在少相的含量至少也要在30%30%以上，这类不锈钢称以上，这类不锈钢称之为铁素体

6、之为铁素体-奥氏体双相不锈钢。奥氏体双相不锈钢。一点说明：铁素体含量一般低于一点说明：铁素体含量一般低于10%10%，在奥，在奥氏体相的基础上含一定量的铁素体相，金相组织氏体相的基础上含一定量的铁素体相，金相组织为奥氏体为奥氏体-铁素体双相组织，这种不锈钢不属于双铁素体双相组织，这种不锈钢不属于双相不锈钢之列，一般仍称之为奥氏体不锈钢。它相不锈钢之列，一般仍称之为奥氏体不锈钢。它之所以含一定量的铁素体相主要是为了防止焊接之所以含一定量的铁素体相主要是为了防止焊接热裂纹的产生。热裂纹的产生。3.3.不锈钢的性质不锈钢的性质3.1 3.1 冶金性质冶金性质 不锈钢是为了改善钢的耐腐蚀性而以不锈钢是

7、为了改善钢的耐腐蚀性而以CrCr为为主要合金成分，并加入主要合金成分，并加入NiNi、MoMo、CuCu等元素的等元素的一种合金刚。一种合金刚。根据根据Fe-CrFe-Cr平衡图，随着平衡图，随着FeFe中中CrCr含量的增加，奥含量的增加，奥氏体出现的温度范围变窄，若氏体出现的温度范围变窄，若CrCr达到一定含量以上达到一定含量以上时，自高温到常温无相变，生成单一的铁素体组时，自高温到常温无相变，生成单一的铁素体组织。织。另一方面，若往Fe-Cr系中添加了Ni，奥氏体区域将扩大，当Ni量达到一定量以上时，在整个温度区域形成无相变的奥氏体组织。这样，在不锈钢添加合金元素中，又象Cr那样的稳定铁

8、素体的元素（Mo、Si、Nb等），也有象Ni那样的稳定奥氏体的元素（C、Mn、N等）。这些元素添加的比例，决 定了不锈钢的金相组织。（1）马氏体不锈钢：虽然马氏体不锈钢在高温下是奥氏体组织，在常温下是铁素体组织。但由于从高温冷却过程中，奥氏体铁素体相变时所需要的Cr原子扩散受到抑制，所以在常温下便生成淬硬的马氏体组织，这种马氏体强度高，硬且脆，经适当的回火处理可得到优良的机械性能。（2）铁素体不锈钢：由于铁素体不锈钢的Cr含量高，C含量低，所以从高温到常温，铁素体组织能稳定存在。由于不存在相变，所以不具备淬硬性。但是如果加热到900以上时，因铁素体晶粒显著的粗大而变脆，韧性变坏，其次，在600

9、800范围长时间加热时，有时会析出Fe与Cr的金属互化物非磁性相。由于相在常温下非常脆硬，即使有微量的析出，也使钢材的 塑性和韧性变坏。若在晶界析出则对耐腐蚀性有很坏影响。一旦形成相时，可通过加热到930980，然后急冷处理，使其重新固溶到基体中加以消除。铁素体不锈钢另一特性是：若将含Cr15以上的高铬钢在475附近长时间进行加热，或在此温度范围缓慢冷却时，会发生显著的脆化现象，我们将此现象称为 475脆性。（3）奥氏体不锈钢：奥氏体不锈钢从高温到600常温为无相变的奥氏体组织，无淬硬性。但在Ni含量少时，虽然常温下呈奥氏体组织，但凝固过程中也出现铁素体组织，当焊接时若加以急冷，则可能有铁素体

10、混入奥氏体组织中残留下来。虽然铁素体可以 减少焊接热裂纹，阻止晶粒粗大化，减轻晶间腐蚀和应力腐蚀裂纹。但铁素体的存在比较容易引起如上面所述的相脆化和475脆化等现象。将奥氏体不锈钢在500800之间长时间加热并缓慢冷却时，将在晶界上析出铬的碳化物，从而容易产生晶间腐蚀，降低韧性。为了防止铬的碳化物析出，提高抗晶间腐蚀性能，人们制 成了一种稳定化不锈钢。稳定化不锈钢中，除了除了CrCr外还添加了与外还添加了与CrCr相比跟碳具有强结合力的相比跟碳具有强结合力的NbNb、TiTi等元素，使之先生成等元素，使之先生成NbNb的碳化物或的碳化物或TiTi的碳的碳化物，从而起到防止形成碳化铬的作用。另外

11、，化物，从而起到防止形成碳化铬的作用。另外，还有降低碳含量从而抑制铬的碳化物生成的低碳还有降低碳含量从而抑制铬的碳化物生成的低碳不锈钢。不锈钢。（4 4）双相不锈钢：铁素体相和奥氏体相约各占）双相不锈钢：铁素体相和奥氏体相约各占50%50%。双相不锈钢将奥氏体不锈钢所具有的良好耐蚀双相不锈钢将奥氏体不锈钢所具有的良好耐蚀性、优良的塑韧性和焊接性与铁素体不锈钢所具性、优良的塑韧性和焊接性与铁素体不锈钢所具 有的较高强度和耐氯化物应力腐蚀性能结合在一有的较高强度和耐氯化物应力腐蚀性能结合在一起，使之兼有铁素体不锈钢和奥氏体不锈钢的优起，使之兼有铁素体不锈钢和奥氏体不锈钢的优点。点。3.23.2物理

12、性质物理性质 不锈钢与碳素钢在物理性质上有相当大的差别，不锈钢与碳素钢在物理性质上有相当大的差别，这种差别对焊接性能有直接或间接的影响，必须这种差别对焊接性能有直接或间接的影响，必须加以注意，例如：加以注意，例如：3.2.13.2.1不锈钢的导热率，马氏体、铁素体不锈钢约为不锈钢的导热率，马氏体、铁素体不锈钢约为碳素钢的碳素钢的1/21/2，奥氏体不锈钢约为碳素钢的，奥氏体不锈钢约为碳素钢的1/31/3。3.2.2在热膨胀系数方面，马氏体、铁素体不锈钢几乎与碳素钢相同，而奥氏体不锈钢约大1.5倍。这样，不锈钢特别是奥氏体不锈钢，与碳素钢比较有更大的焊接变形和应变。另外，奥氏体的膨胀系数大，将使

13、异种材料结合部位产生热应力，所以在温度变化激烈的环境中使用含有奥氏体的异种接头时可能产生问题。还有，不锈钢的比电阻（即电阻率）较碳素钢的比电阻要大得多，奥氏体不锈钢的比电阻约比碳钢的大5倍。因此在手工电弧焊时，若使用大电流，会引起焊条发红，所以规定的额定焊接电流要比碳素钢低得多。马氏体及铁素体不锈钢和碳素钢一样属于强磁性，但奥氏体不锈钢通常属于非磁性。奥氏体不锈钢在冷加工时有时将发生马氏体转变而产生磁性。另外，在奥氏体的焊缝金属中，若含有铁素体则呈弱磁性。3.2.3力学性能（1）马氏体不锈钢退火状态下强度低，塑性、韧性好，一经淬火便硬化，显示出很高的抗拉强度，同时塑性、韧性降低。铁素体不锈钢没

14、有淬硬性，抗拉强度几乎与碳素钢相同，但一般韧性较低。奥氏体不锈钢的抗拉强度高，塑性、韧性也好，但屈服强度较低。（2）铁素体和奥氏体不锈钢适于高温使用，但必须注意相析出和475脆性等问题；马氏体不锈钢会发生相变，故不适用高温使用。（3）奥氏体不锈钢在高温强度上要优于马氏体和铁素体不锈钢，且有良好的冲击韧性，在极低的温度下也有良好的韧性。而马氏体和铁素体不锈钢的韧性低，不适于低温使用。（4）双相不锈钢综合力学性能好，不但有较高的屈服强度和疲劳强度，同时具有良好的韧性。其屈服强度0.2可达400550Mpa，是普通18-8型奥氏体不锈钢（0.2205MPa）的两倍，这样可以节约材料，降低设备制造成本

15、。1.3.2.4耐腐蚀性 不锈钢所受的腐蚀种类有均匀腐蚀、点蚀、缝隙腐蚀、晶间腐蚀、应力腐蚀等。（1）均匀腐蚀 所谓均匀腐蚀是指同高温氧化腐蚀或在酸溶液中的溶解相类似，在金属表面出现的几乎均匀的腐蚀现象。对于硝酸等氧化性酸，不锈钢形成了稳定的钝化层，所以几n n乎不受均匀腐蚀，而对硫酸等还原性酸，只含Cr的马氏体、铁素体不锈钢容易被腐蚀。含Ni的奥氏体不锈钢则显示了良好的耐腐蚀性。但是，若在腐蚀环境中存在有氯离子等卤族离子时，由于破坏了钝化层而导致腐蚀发生。虽降低构件受力有效面积及其使用寿命，但比局部腐蚀的危害性小。（2）点蚀和缝隙腐蚀 虽然金属表面大部分都有钝化层，但若在腐蚀环境中存在氯离子

16、而使钝化层发生了局部破坏，腐蚀将在特定地点集中发生而形成腐蚀孔，我们把这种腐蚀称为点蚀。另外，在金属表面的附着物下面或与异物间的间隙部位，有选择的发生腐蚀的现象称为缝隙腐蚀。（3 3）晶间腐蚀：所谓晶间腐蚀，就是在晶粒的晶界）晶间腐蚀：所谓晶间腐蚀，就是在晶粒的晶界或紧靠其近旁所发生的有选择性的腐蚀现象。当或紧靠其近旁所发生的有选择性的腐蚀现象。当把奥氏体不锈钢加热到约把奥氏体不锈钢加热到约500800500800或在此温度缓或在此温度缓慢冷却时，因沿奥氏体晶界析出铬碳化物，将产慢冷却时，因沿奥氏体晶界析出铬碳化物，将产生晶间腐蚀，降低韧性。实际上由于析出了铬的生晶间腐蚀，降低韧性。实际上由于

17、析出了铬的碳化物，晶界附近的碳化物，晶界附近的CrCr含量便减少，沿晶界就产含量便减少，沿晶界就产生了耐腐蚀性弱的区域，选择性腐蚀便从该区域生了耐腐蚀性弱的区域，选择性腐蚀便从该区域开始。当从开始。当从10001000以上的高温加以急冷进行固熔以上的高温加以急冷进行固熔处理时，此铬的碳化物便会消失，因此进行固熔处理时，此铬的碳化物便会消失，因此进行固熔处理可以恢复其耐腐蚀性。处理可以恢复其耐腐蚀性。SUS304LSUS304L（00Cr18Ni900Cr18Ni9）316L(00Cr17Ni14Mo2)316L(00Cr17Ni14Mo2)等是等是将含碳量降低、使铬碳化物不易析出的不锈钢，将含

18、碳量降低、使铬碳化物不易析出的不锈钢，SUS321SUS321（0Cr18Ni10Ti0Cr18Ni10Ti）、）、347347是添加与碳的结合力是添加与碳的结合力比铬强的比铬强的TiTi、NbNb等元素，制成防止铬碳化物析出等元素，制成防止铬碳化物析出的不锈钢，这些措施均可防止晶间腐蚀。的不锈钢，这些措施均可防止晶间腐蚀。这种腐蚀的危害性最大，它可以使金属变脆这种腐蚀的危害性最大，它可以使金属变脆或丧失强度，敲击时失去金属声响，易造成突然或丧失强度，敲击时失去金属声响，易造成突然事故。晶间腐蚀为奥氏体不锈钢的主要腐蚀形式。事故。晶间腐蚀为奥氏体不锈钢的主要腐蚀形式。（4）应力腐蚀 应力腐蚀裂

19、纹是在拉伸应力和腐蚀介质两种因素共同作用下而发生的裂纹。拉伸应力有机械加工（包括磕碰、划伤）或焊接时产生的残余应力和工作时的载荷应力。腐蚀作用大部分是由氯化物引起的，但也有的是由高浓度苛性碱、连多硫酸、硫酸水溶液引起的。由氯化物引起的 应力腐蚀裂纹试验一般是在42的MgCl2沸腾溶液中，加上拉伸应力或弯曲应力进行的。应力腐蚀裂纹在铬不锈钢中几乎不产生，而主要产生在奥氏体不锈钢中。当奥氏体不锈钢中Ni含量高时，应力腐蚀裂纹不易发生。另外，应力腐蚀裂纹与耐晶间腐蚀性有很大关系，低碳、添加了Nb或Ti的稳定性钢，或含有铁素体的焊缝金属中不易发生应力腐蚀裂纹。n n 断裂方式主要是沿晶的、也有穿晶的，

20、这是一种危险的低应力脆性断裂、在氯化介质和碱性氧化物或其它水溶性介质中常发生应力腐蚀，在许多设备的事故中占相当大的比例。3.2.5.奥氏体不锈钢的耐腐蚀性奥氏体不锈钢的耐腐蚀性 我厂生产设备的主体材料主要是奥氏体不锈钢，如：0Cr18Ni9(Ti),1Cr18Ni12Mo2Ti,1Cr18Ni9，0Cr18Ni10Ti，0Cr17Ni12Mo2，0Cr18Ni12Mo2Ti,00Cr17Ni14Mo2 及其他牌号的奥氏体不锈钢等。奥氏体不锈钢容器在生产过程中由于操作、防护不当可能引起的腐蚀形式主要是晶间腐蚀和应力腐蚀两种形式。3.2.5.13.2.5.1防止防止奥氏体不锈钢奥氏体不锈钢应力腐蚀

21、裂纹与耐晶间腐蚀应力腐蚀裂纹与耐晶间腐蚀的措施的措施a)a)选用含碳量低、使铬碳化物不易析出的选用含碳量低、使铬碳化物不易析出的奥氏体奥氏体不不锈钢；锈钢；b)b)选用含与碳的结合力比铬强的选用含与碳的结合力比铬强的TiTi、NbNb等元素制成等元素制成的的奥氏体奥氏体不锈钢，防止铬碳化物析出；不锈钢，防止铬碳化物析出；c)c)选用选用NiNi含量高的奥氏体不锈钢；含量高的奥氏体不锈钢；d)d)有铁素体的焊缝金属，因铁素体可以减少焊接热有铁素体的焊缝金属，因铁素体可以减少焊接热裂纹，阻止晶粒粗大。裂纹，阻止晶粒粗大。e e）避免在制造过程中与铁基类材料接触。防止局部）避免在制造过程中与铁基类材

22、料接触。防止局部含碳量增加，含碳量增加，C C与与CrCr结合生成碳化铬产物，发生晶结合生成碳化铬产物，发生晶间腐蚀；间腐蚀；f f）防止磕碰、划伤，避免产生拉应力（外加应力或）防止磕碰、划伤，避免产生拉应力（外加应力或内应力），防止应力腐蚀裂纹。内应力），防止应力腐蚀裂纹。g)g)并经常保持场地和周围环境的清洁，防止钢板表并经常保持场地和周围环境的清洁，防止钢板表面附着物含氯离子，划破钢板表面的钝化膜。面附着物含氯离子，划破钢板表面的钝化膜。以上这些措施均可防止晶间腐蚀和应力腐蚀裂纹。以上这些措施均可防止晶间腐蚀和应力腐蚀裂纹。3.2.5.2虽然铁素体可以减少焊接热裂纹，阻止晶粒粗大化，减轻

23、晶间腐蚀和应力腐蚀裂纹。但铁素体的存在比较容易引起相脆化和475脆化等现象。所以图纸技术条件中要求：焊缝中铁素体含量一般在3FN10FN之间。奥氏体不锈钢焊缝金属的铁素体含量是决定焊缝金属抗裂性、耐腐蚀性、力学性能的主要因素。n n 由于以上原因，奥氏体不锈钢材料制造的产品在生产过程中就应该避免与铁基类材料接触，防止磕碰、划伤，并经常保持场地和周围环境的清洁。n n4.4.奥氏作不锈钢的热处理奥氏作不锈钢的热处理奥氏作不锈钢的热处理奥氏作不锈钢的热处理奥氏体不锈钢常用的热处理工艺有：固溶处理、奥氏体不锈钢常用的热处理工艺有：固溶处理、稳定化处理和去应力处理等。稳定化处理和去应力处理等。（1 1

24、）固溶处理固溶处理固溶处理固溶处理：就是将一般奥氏体不锈钢加热至：就是将一般奥氏体不锈钢加热至高温，使所有碳化物尽快地溶入奥氏体中并进行高温，使所有碳化物尽快地溶入奥氏体中并进行扩散使之均匀化，而后以适当的冷却速度使之冷扩散使之均匀化，而后以适当的冷却速度使之冷却，以防止碳化物重新沉淀析出，以获得碳化物却，以防止碳化物重新沉淀析出，以获得碳化物完全固溶于奥氏体基体内均匀的单相组织。从而完全固溶于奥氏体基体内均匀的单相组织。从而得到高的抗蚀性和最好的延展性。得到高的抗蚀性和最好的延展性。n n碳化物完全溶入奥氏体的温度一般高于900。奥氏体不锈钢的碳化物主要是铬的碳化物，它在钢中的溶解相当缓慢，

25、欲使之在较短时间内完全溶解并均匀化，必需采用更高的温度。但温度太高，晶粒粗化，影响韧性，故生产中一般采用加热到10001150后水淬，保温时间一般按11.5分/毫米计算，并将此状态保留到室温，这样钢的耐蚀性会有很大改善。对于薄壁件可采用空冷，一般情况采用水冷。我厂不锈钢封头在固溶温度下热成型，之后不再进行固溶化热处理。为了防止成型后重新热处理时无法控制变形。不锈钢产品焊后一般不进行消除应力的退火处理，因为退火温度在620630，此温度是奥氏体不锈钢的敏化温度。（即当把奥氏体不锈钢加热到约500800或在此温度缓慢冷却时，因沿奥氏体晶界析出铬碳化物，将产生晶间腐蚀，降低韧性。）（2）稳定化处理稳

26、定化处理：将含有强烈碳化物形成元素的奥氏体不锈钢，如1Cr18Ni9Ti，加热至840900，并保温一定时间，然后较快地冷却，使各自形成稳定的碳化物而把碳固定住，以避免Cr23C6沿晶界析出而影响抗腐蚀性能这样的处理方法叫稳定化处理，因而有效地消除了晶间腐蚀。（3）去应力处理去应力处理：去应力处理是消除钢在冷加工或焊接后的残余应力的热处理工艺，一般加热到300350回火。对于不含稳定化元素Ti、Nb的钢，加热温度不超过450，以免析出铬的碳化物而引起晶间腐蚀。对于超低碳和含Ti、Nb不锈钢的冷加工件和焊接件，需在500950,加热，然后缓冷，消除应力（消除焊接应力取上限温度），可以减轻晶间腐蚀倾向并提高钢的应力腐蚀抗力。谢谢大家谢谢大家