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1、不锈钢基础知识不锈钢基础知识普及第一章 不锈钢发展简史20世纪初，冶金学家基于对铬在钢中作用的深入认识，发明了不锈钢，结束了钢必然生锈的时代。从不锈钢的发明到工业应用大约经历了十年1904-1906年法国人Guillet首先对Fe-Cr-Ni合金的冶金和力学性能进行了开创性的基础研究；1907-1911年，法国人Portevin和英国人Gissen发现了Fe-Cr和Fe-Cr-Ni合金的耐蚀性并完成了Guillet的研究工作；19081911年德国人Monnartz 揭示了钢的耐蚀性原理并提出了钝化的概念，如临界铬含量，碳的作用和钼的影响等。随后，在欧洲和美国，钢的不锈性的实用价值被确认，工业

2、不锈钢牌号相继问世。19121914年，Brearley发明了含12-13%Cr的马氏体不锈钢并获得专利；1911-1914年，美国人Dant-sizen发明了含14-16%Cr，%C的铁素体不锈钢；德国人Maurer和Strauss发明含C，15-20%Cr，%）Cr-Ni奥氏体不锈钢的研制工作。试验表明，氮在Cr-Ni奥氏体不锈钢和双相不锈钢中是一种无价且非常有益的合金元素。对氮的强化作用，降低钢的晶间腐蚀敏感性，改善钢的耐蚀性，特别是改善钢的耐点蚀等方面的机理，正在进行深入的研究工作。几种控氮和氮合金化的Cr-Ni奥氏体不锈钢已结合工程需要投入了批量生产和应用。第二章 不锈钢的概念不锈钢

3、是不锈钢和耐酸钢的简称。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%，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作不锈钢。通常对在大气、水蒸汽和淡水等腐蚀性较弱的介质中不锈和耐腐蚀的钢种称为不锈钢；对在酸、碱、盐等腐蚀性强烈的环境中具有耐蚀性的钢种称为耐酸钢。两个钢类因成分上的差异而导致了它们具有不同的耐蚀性，前者合金化程度低，一般不耐酸；后者合金化程度高，既具有耐酸性又具有不锈性。不锈钢的定义：含铬量为%以上的铁基合金称为不锈钢。不锈钢最基本的特性：是它在大气条件下的耐锈性和在各种液体介质中有耐蚀性。这一特性与钢中的铬含量有直接关系，随着铬含量的提高而增强。当铬含量

4、达到%以上时钢的这一特征发生突变，从易生锈到不锈，从不耐蚀到耐腐蚀，见图2-1和图2-2。而且含铬量从%以后随着铬含量的不断提高，其耐锈性和耐蚀性也不断得到改善。一般不锈钢的最高铬含量为26%，更高的铬含量已没有必要。图2-1不锈钢在大气环境下的耐锈性图2-2钢中铬含量对耐蚀性的影响图2-3不同Cr含量的钢在稀硝酸（32%）中的耐蚀性：A-15，B-80，C-沸腾不锈钢的涵义不锈钢是不锈钢和耐酸钢的总称。不锈钢是指耐大气、蒸汽和水等弱腐蚀介质的钢，而耐酸钢则是指耐酸、碱、盐等化学浸蚀性介质腐蚀的钢。不锈钢与耐酸钢在合金化程度上有较大差异。不锈钢虽然具有不锈性，但并不一定耐酸；而耐酸钢一般则均具

5、有不锈性。第三章 不锈钢的分类及特点 不锈钢的分类：不锈钢钢种很多，性能又各异，常见的分类方法有： 按钢的组织结构分类，如马氏体不锈钢、铁素体不锈钢、奥氏体不锈钢和双相不锈钢等。 按钢中的主要化学成分或钢中一些特征元素来分类，如铬不锈钢、铬镍不锈钢、铬镍钼不锈钢以及超低碳不锈钢、高钼不锈钢、高纯不锈钢等。 按钢的性能特点和用途来分类，如耐硝酸（硝酸级）不锈钢、耐硫酸不锈钢、耐点蚀不锈钢、耐应力腐蚀不锈钢、高强度不锈钢等。 按钢的功能特点分类，如低温不锈钢，无磁不锈钢，易切削不锈钢，超塑性不锈钢等。目前最常用的分类方法是按钢的组织结构特点和按钢的化学成份特点以及两者相结合的方法来分类。例如，把目

6、前的不锈钢分为：马氏体钢（包括马氏体Cr不锈钢和马氏体Cr-Ni不锈钢）、铁素体钢、奥氏体钢（包括Cr-Ni和Cr-Mn-Ni（-N）奥氏体不锈钢）、双相钢（+双相）和沉淀硬化型钢等五大类，或分为铬不锈钢和铬镍不锈钢两大类，下面简单介绍这五类不锈钢的特点。图3-1不锈钢组织分类图图3-2几种不锈钢的显微组织 各类不锈钢简介：1、奥氏体系不锈钢奥氏体系不锈钢是面心立方结构，代表钢种是304、321、316。主要特点是：在正常热处理条件下，钢的基体组织为奥氏体，在不恰当热处理或不同受热状态下，在奥氏体基体中有可能存在少量的碳化物及铁素体组织。奥氏体不锈钢不能通过热处理方法改变它的力学性能，只能采用

7、冷变形的方式进行强化。可以通过加入钼、铜、硅等合金化元素的方法得到适用于各种使用条件的不同钢种，如316L、304Cu等。无磁性、良好的低温性能、易成型性和可焊性是这类钢种的重要特性。2、铁素体系不锈钢铁素体系不锈钢是体心立方结构，代表钢种是409、430，其耐蚀性不如奥氏体不锈钢。主要特点是：抵抗应力腐蚀开裂能力优越于奥氏体系不锈钢；常温下带强磁性；热处理不能硬化，具有优秀的冷加工性。3、马氏体系不锈钢马氏体系不锈钢常温下具有马氏体组织，代表钢种有410、420。主要特点是：马氏体系不锈钢常温下具有强磁性，一般来讲其耐蚀性不突出，但强度高，使用于高强度结构用钢。高温下具有稳定的奥氏体组织，空

8、冷或油冷下转变成马氏体相，常温下具有完全的马氏体组织。4、双相不锈钢成分中高Cr高N，常温下具有奥氏体和铁素体混合相，代表钢种是2304、2205、2507。主要特点是：在高温下基本为铁素体组织，在冷却至室温时具有30-50%铁素体+奥氏体双相组织。屈服强度高、超强的耐点蚀、耐应力腐蚀能力，易于成型和焊接。 5、沉淀硬化系不锈钢沉淀硬化不锈钢按其组织可分成马氏体沉淀硬化不锈钢（以0Crl7Ni4Cu4Nb为代表），半奥氏体沉淀硬化不锈钢（以0Crl7Ni7Al 和0Crl5Ni25Ti2MoVB为代表）和奥氏体加铁素体沉淀硬化不锈钢（以PH55A、B、C为代表）。这类材料是利用热处理后时效析出

9、Cu、Al、Ti、Nb等的金属化合物来提高材料的强度。主要特点是：这种类型的不锈钢可借助于热处理工艺调整其性能，使其在钢的成型、设备制造过程中处于易加工和易成型的组织状态。半奥氏体沉淀硬化不锈钢通过马氏体相变和沉淀硬化，奥氏体、马氏体沉淀硬化不锈钢通过沉淀硬化处理使其具有高的强度和良好的韧性。铬含量在17%左右，加之含有镍、钼等元素，因此，除具有足够的不锈性外，其耐蚀性接近于18-8型奥氏体不锈钢。 第四章 不锈钢成分中合金元素的作用一般情况下纯金属具有比较高的塑性，当加入其他合金元素后，形成单相固溶体时也有较好的塑性，如铁镍合金可形成连续固溶体，因此铁与镍在任意比例的情况下，合金的塑性都是很

10、高的。但在含有其它元素的条件下，形成不溶于固溶体或部分溶于固溶体的金属间化合物，使金属的塑性降低，因此合金的塑性比纯金属或单相固溶体的塑性差。 铁（Fe）：是不锈钢的基本金属元素； 铬（Cr）：是主要铁素体形成元素，铬与氧结合能生成耐腐蚀的Cr2O3钝化膜，是不锈钢保持耐蚀性的基本元素之一，铬含量增加可提高钢的钝化膜修复能力，一般不锈钢中的铬含量必须在12%以上；碳（C）：是强奥氏体形成元素，可显着提高钢的强度，另外碳对耐腐蚀性也有不利的影响；镍（Ni）：是主要奥氏体形成元素，能减缓钢的腐蚀现象及在加热时晶粒的长大；钼（Mo）：是碳化物形成元素，所形成的碳化物极为稳定，能阻止奥氏体加热时的晶粒

11、长大，减小钢的过热敏感性，另外钼元素能使钝化膜更致密牢固，从而有效提高不锈钢的耐Cl-腐蚀性；铌、钛（Nb、Ti）：是强碳化物形成元素，能提高钢的耐晶间腐蚀能力。但碳化钛对不锈钢的表面质量有不利影响，因此在表面要求较高的不锈钢中一般通过添加铌来改善性能。氮（N）：是强奥氏体形成元素，可显着提高钢的强度。但是对不锈钢的时效开裂影响较大，因此在冲压用途的不锈钢中要严格控制氮含量。磷、硫（P、S）：是不锈钢中的有害元素，对不锈钢的耐腐蚀性和冲压性都会产生不利影响。第五章 不锈钢的一般物理性质、热传导v不锈钢的热传递速度比较慢，例如：不锈钢的热传导率和铝相比430钢种为1/8，304钢种为1/13，与

12、碳钢相比分别为1/2和1/4。v常温下与其它材料相比较的热传导率如表5-1所示。、线膨胀v与碳钢相比304钢种的线膨胀系数较大，430钢种的线膨胀系数稍小。另外，铝、铜的膨胀系数要比不锈钢大。v各种材料的线膨胀系数如表5-1所示。 表5-1 各种材料在常温下的热传导率和线膨胀系数 材料热传导率（102）W/(m?)线膨胀系数（10-6）/银19铜铝23铬17镍铁碳素钢11SUS430SUS304、不锈钢的电阻与纯金属相比，合金的比电阻一般比较大，不锈钢也是如此，与它的构成元素Fe、Cr、Ni相比，电阻值明显要大。钢中的合金元素越多，电阻就越大，如304钢种要比430钢种大，310S钢种则更大。

13、表5-2 各种材料的电阻材 料比电阻（室温条件下）?cm导 体纯 金 属银10-6 铜10-6 铝10-6 Ni10-6 铁10-6 Cr1710-6合 金青铜（锡-铜）1510-6 SUS430（铁-18%Cr）6010-6 SUS304（铁-18%Cr）-8%Ni7210-6 SUS310S（铁-25%Cr）-20%Ni7810-6 NiCr（nNi-Cr）10810-6 铁-Cr-铝合金14010-6、不锈钢的磁性表5-3 各种材料的磁性性质材料磁性性质透磁率?SUS430强磁性-铁强磁性-Ni强磁性-SUS304非磁性（冷加工时有磁性）（65%加工）SUS301非磁性（冷加工时有磁性）

14、（55%加工）SUS305非磁性-、应变硬化指数（n）v应变硬化指数就是通常所说的n值，表示材料冷作硬化现象的一个指标，可以反映材料的冲压成形性能。v应变硬化指数大，显示材料的局部应变能力强，防止材料局部变薄能力强，使变形分布趋于均匀化，材料成形时的总体成形极限高。 、冷加工诱变马氏体转变点Md(30/50) 1） 定义Md(30/50)=551-462(C+N) 表示经30%的冷变形后生成50%马氏体的温度。v马氏体转变点Md(30/50)越低，在冷加工变形过程中诱变马氏体不容易产生，冷作硬化程度小，越有利于拉深成形。其中Ni含量对诱变马氏体转变点的影响是很明显的，Ni含量高，马氏体转变点降

15、低，材料在冷变形过程中硬化程度小。 2） 产生原理v不锈钢的冷作硬化现象主要是由两种原因引起的：一种是位错增多引起的加工硬化；一种是组织转变（奥氏体转变为马氏体转变）引起的加工硬化。v对SUS430钢种而言，加工变形过程中不会发生组织转变，其冷作硬化现象全部是由位错的增多引起的。v304钢种在冷变形过程中两种硬化现象都存在，而且组织转变引起的硬化是主要的，这也是奥氏体不锈钢的冷作硬化现象比铁素体不锈钢要明显、加工硬化系数（n值）大的原因。、晶粒度（N）1） 定义晶粒度的物理意义可根据以下公式表示：n=2N-1n 放大100倍时平均每6.45cm2（1平方英寸）内所含晶粒数目N 晶粒度2） 解释

16、与应用v晶粒度N级别越高，单位截面积上的晶粒数越多，材料的晶粒就越细，强度越大。v晶粒较大时，有利于提高材料的塑性应变比（R），并降低屈强比和屈服伸长。但晶粒较大时，它们在材料表层取向不同，变形量差异比较明显，材料表面易出现“桔皮”现象。细化晶粒可减轻桔皮现象发生，但晶粒过细，R值会减小，屈强比和屈服伸长都会增大，不利于成形。 v304钢种的晶粒度一般要求在7-9级之间。图5-1 304钢种的晶粒度与机械性能的关系第六章 不锈钢材料的基本性能、屈服强度（力学符号，英文缩写YS）=F0 拉伸试样塑性变形量为%时承受的载荷F0 拉伸试样的原始截面积v材料的屈服强度小，表示材料容易屈服，成形后回弹小

17、，贴模性和定形性好。、抗拉强度（力学符号Rm，英文缩写TS）Rm =Pb/F0 Pb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v材料的抗拉强度大，材料变形过程中不容易被拉断，有利于塑性变形。 、屈强比（Rm）v屈强比对材料冲压成形性能影响很大，屈强比小，材料由屈服到破裂的塑性变形阶段长，成形过程中发生断裂的危险性小，有利于冲压成形。v一般来讲，较小的屈强比对材料在各种成形工艺中的抗破裂性都有利。表6-1 常见不锈钢材料的屈强比钢种 (N/mm2)Rm (N/mm2)屈强比SUS304300670SUS304(Cu)295640SUS316312625SUS316L245525SUS4

18、30350510SUS409L241410、延伸率（力学符号A，英文缩写EL）v延伸率是材料从发生塑性变形到断裂的总的伸长长度与原有长度的比值，即： 式中 A 材料的延伸率（%） L 试样被拉断时的长度（mm） L0 拉伸前试样的长度（mm）v材料的延伸率大，就是材料允许的塑性变形程度大，抗破裂性好，对拉深、翻边、胀形各类变形都有利。v一般来说，材料的翻边系数和胀形性能（埃里克森值）都与延伸率成正比关系。 、不锈钢的冲压性能对应的材料的性能为胀形成形性能、翻边成形性能、扩孔成形性能和弯曲成形性能。要了解冲压成形性能首先要了解冲压成形工艺。 基本的冲压成形加工工艺有：拉深工艺、胀形工艺、翻边工艺

19、（包括扩孔）、弯曲工艺。1?）拉深成形工艺拉深是利用专用模具将冲裁或剪裁后所得到的平板坯料制成开口的空心件的一种冲压工艺方法。其特点是板料在凸模的带动下，可以向凹模内流动，即依靠材料的流动性和延伸率成形，如图6-1所示。图6-1 拉深成形示意图2）胀形成形工艺胀形是利用模具强迫坯料厚度减薄和表面积增大，以获取零件几何形状的冲压加工方法。特点是坯料被压边圈压死，不能向凹模内流动，完全依靠材料本身的延伸成形。图6-2胀形成形示意图3）翻边成形工艺翻边是利用模具把坯料上的孔缘或者外缘翻成竖边的冲压加工方法，如左图所示。在圆孔翻边的中间阶段，即凸模下面的材料尚未完全转移到侧面之前，如果停止变形，就会得

20、到右图所示的成形方式，这种成形方式叫做扩孔，生产应用也很普遍。 图6-3 翻边成形示意图4）弯曲成形工艺弯曲成形是将板料、棒料、管料或型材等弯成一定形状和角度零件的成形方法，如图6-4所示。一般的304薄板都不会产生弯曲开裂现象。430钢种在板厚较厚时容易产生弯曲开裂现象。图6-4弯曲成形示意图第七章 不锈钢的腐蚀不锈钢的不锈特性是由于钢板表面特殊的钝化保护膜，首先简单介绍一下不锈钢的耐蚀机理，即钝化膜理论。所谓钝化膜就是在不锈钢表面有一层以Cr2O3为主的薄膜。由于这个薄膜的存在使不锈钢基体在各种介质中腐蚀受阻，这种现象称为钝化。这种钝化膜的形成有两种情况，一种是不锈钢本身就有自钝化的能力，

21、这种自钝化能力随铬含量的提高而加快。另一种较广泛的形成条件是不锈钢在各种水溶液（电解质）中，在被腐蚀的过程中形成钝化膜而使腐蚀受阻。一般不锈钢的腐蚀类型分为两类：均匀腐蚀、局部腐蚀，随着不锈钢在人们生活中的普及，派生出了新的腐蚀类型“锈蚀”。、均匀腐蚀均匀腐蚀是指裸露在腐蚀环境的金属表面全部发生电化学或化学反应，均匀受到腐蚀。这种腐蚀也可以测量其进行速度，也可以预测以后的腐蚀程度，设定安全系数，设定材料的使用期，所以它是众多腐蚀种类中最不危险的腐蚀，通常均匀腐蚀的腐蚀程度按照重量、厚度减少的多少来衡量。除了特殊环境以外，不锈钢的均匀腐蚀的速度极低，使用寿命长，维护费用低。表7-1不锈钢耐蚀性的

22、十级标准耐蚀性评价腐蚀率（mm/年）等 级完全耐蚀1很耐蚀耐 蚀尚耐蚀欠耐蚀不耐蚀10如果在使用过程中要求保持镜面或尺寸精密的设备应选用1-3级的不锈钢；要求长期不漏或要求使用年限的设备，应选用2-5级；对于检修方便或寿命不需很长的设备可选用4-7级的不锈钢。对于年腐蚀率超过1mm的一般不选用。、局部腐蚀局部腐蚀是指在腐蚀介质的作用下，钢的基体在特定的部位被快速腐蚀的一种腐蚀形式。这种腐蚀对设备的威胁极大，因此必须根据介质条件正确地选用不锈钢。局部腐蚀主要类型有：晶间腐蚀、点蚀、应力腐蚀、锈蚀等。 晶间腐蚀晶间腐蚀多发生在中等浓度硫酸、高浓度硝酸和有机酸等酸性介质中发生。腐蚀形式是不锈钢基体的晶粒边界受到加速腐蚀。产生这种腐蚀的原因是晶界处贫铬造成的。为了防止晶界贫铬提高抗晶间腐蚀能力，主要有两个办法：一是降低钢中的碳含量%的超低碳不锈钢；二是向钢中添加钛或铌。 点蚀点蚀是一种很危险的局部腐蚀，多发生在含有氯、溴、碘等水溶液中，产生小孔然后急剧进行腐蚀的现象，严重时