不锈钢的性能与组织.docx

资源描述

不锈钢的性能与组织.docx

《不锈钢的性能与组织.docx》由会员分享，可在线阅读，更多相关《不锈钢的性能与组织.docx（18页珍藏版）》请在冰点文库上搜索。

不锈钢的性能与组织.docx

不锈钢的性能与组织

304 是一种通用性的不锈钢，它广泛地用于制作要求良好综合性能（耐腐蚀和成型性）的设备和机件。

301 不锈钢在形变时呈现出明显的加工硬化现象，被用于要求较高强度的各种场合。

302 不锈钢实质上就是含碳量更高的304不锈钢的变种，通过冷轧可使其获得较高的强度。

302B 是一种含硅量较高的不锈钢，它具有较高的抗高温氧化性能。

303和303Se 是分别含有硫和硒的易切削不锈钢，用于主要要求易切削和表而光浩度高的场合。

303Se不锈钢也用于制作需要热镦的机件，因为在这类条件下，这种不锈钢具有良好的可热加工性。

304L 是碳含量较低的304不锈钢的变种，用于需要焊接的场合。

较低的碳含量使得在靠近焊缝的热影响区中所析出的碳化物减至最少，而碳化物的析出可能导致不锈钢在某些环境中产生晶间腐蚀（焊接侵蚀）。

304N 是一种含氮的不锈钢，加氮是为了提高钢的强度。

305和384 不锈钢含有较高的镍，其加工硬化率低，适用于对冷成型性要求高的各种场合。

308 不锈钢用于制作焊条。

309、310、314及330 不锈钢的镍、铬含量都比较高，为的是提高钢在高温下的抗氧化性能和蠕变强度。

而30S5和310S乃是309和310不锈钢的变种，所不同者只是碳含量较低，为的是使焊缝附近所析出的碳化物减至最少。

330不锈钢有着特别高的抗渗碳能力和抗热震性．

316和317 型不锈钢含有铝，因而在海洋和化学工业环境中的抗点腐蚀能力大大地优于304不锈钢。

其中，316型不锈钢由变种包括低碳不锈钢316L、含氮的高强度不锈钢316N以及合硫量较高的易切削不锈钢316F。

321、347及348 是分别以钛，铌加钽、铌稳定化的不锈钢，适宜作高温下使用的焊接构件。

348是一种适用于核动力工业的不锈钢，对钽和钻的合量有着一定的限制。

部分不锈钢化学成份表

规格

化学成份（%）

中国

0Cr19Ni9

≤0.08

≤1.00

≤2.00

≤0.035

8.00-10.50

18.00-20.00

0Cr19Ni11

≤0.030

≤1.00

≤2.00

≤0.035

9.00-13.00

18.00-20.00

0Cr17Ni12Mo2

≤0.08

≤1.00

≤2.00

≤0.035

10.00-14.00

16.00-18.00

2.00-3.00

0Cr19Ni14Mo2

≤0.030

≤1.00

≤2.00

≤0.035

12.00-15.00

16.00-18.00

2.00-3.00

日本

SUS304

≤0.08

≤1.00

≤2.00

≤0.040

8.00-11.00

18.00-20.00

SUS304L

≤0.030

≤1.00

≤2.00

≤0.040

9.00-13.00

18.00-20.00

SUS316

≤0.08

≤1.00

≤2.00

≤0.040

10.00-14.00

16.00-18.00

2.00-3.00

SUS316L

≤0.030

≤1.00

≤2.00

≤0.040

12.00-16.00

16.00-18.00

2.00-3.00

美国

Tp304

≤0.08

≤0.75

≤2.00

≤0.040

8.00-11.00

18.00-20.00

Tp304L

≤0.035

≤0.75

≤2.00

≤0.040

8.00-13.00

18.00-20.00

Tp316

≤0.08

≤0.75

≤2.00

≤0.040

11.00-14.00

16.00-18.00

2.00-3.00

Tp316L

≤0.035

≤0.75

≤2.00

≤0.040

10.00-15.00

16.00-18.00

2.00-3.00

不锈钢牌号

中国

GB1220-92[84]

GB3220-92[84]

日本

JIS

美国

AISI

UNS

英国

BS970Part4

BS1449Part2

德国

DIN17440

DIN17224

法国

NFA35-572

NFA35-576~582

NFA35-584

前苏联

TOCT5632

1Cr17Mn6Ni5N

SUS201

201

1Cr18Mn8Ni5N

SUS202

202

12×17.T9AH4

S20200

284S16

2Cr13Mn9Ni4

1Cr17Ni7

SUS301

301

S30100

301S21

X12CrNi177

Z12CN17.07

1Cr17Ni8

SUS301J1

X12CrNi177

1Cr18Ni9

SUS302

302

302S25

X12CrNi188

Z10CN18.09

12×18H9

1Cr18Ni9Si3

SUS302B

302B

Y1Cr18Ni9

SUS303

303

303S21

X12CrNiS188

Z10CNF18.09

Y1Cr18Ni9Se

SUS303Se

303Se

303S41

0Cr18Ni9

SUS304

304

304S15

X2CrNi89

Z6CN18.09

08×18B10

00Cr19Ni10

SUS304L

304L

304S12

X2CrNi189

Z2CN18.09

03×18H11

0Cr19Ni9N

SUS304N1

304N

Z5CN18.09A2

00Cr19Ni10NbN

SUS304N

XM21

00Cr18Ni10N

SUS304LN

X2CrNiN1810

Z2CN18.10N

1Cr18Ni12

SUS305

S30500

305S19

X5CrNi1911

Z8CN18.12

12×18H12T

[0Cr20Ni10]

SUS308

308

0Cr23Ni13

SUS309S

309S

0Cr25Ni20

SUS310S

310S

0Cr17Ni12Mo2N

SUS315N

316N,S31651

0Cr17Ni12Mo2

SUS316

316

316S16

X5CrNiMo1812

Z6CND17.12

08×17H12M2T

00Cr17Ni14Mo2

SUS316L

316L

316S12

X2CrNiMo1812

Z2CND17.12

03×17H12M2

0Cr17Ni12Mo2N

SUS316N

316N

00Cr17Ni13Mo2N

SUS316LN

X2CrNiMoN1812

Z2CND17.12N

0Cr18Ni12Mo2Ti

320S17

X10CrNiMo1810

Z6CND17.12

0Cr18Ni14Mo2Cu2

SUS316J1

00Cr18Ni14Mo2Cu2

SUS316J1L

0Cr18Ni12Mo3Ti

1Cr18Ni12Mo3Ti

0Cr19Ni13Mo3

SUS317

317

317S16

08X17H15M3T

00Cr19Ni13Mo3

SUS317L

317L

317S12

X2CrNiMo1816

03X16H15M3

0Cr18Ni16Mo5

SUS317J1

0Cr18Ni11Ti

SUS321

321

X10CrNiTi189

Z6CNT18.10

08X18H10T

1Cr18Ni9Ti

12X18H20T

0Cr18Ni11Nb

SUS347

347

347S17

X10CrNiNb189

Z6CNNb18.10

08X18H12B

0Cr18Ni13Si4

SUSXM15J1

XM15

0Cr18Ni9Cu3

SUSXM7

XM7

Z6CNU18.10

1Cr18Mn10NiMo3N

1Cr18Ni12Mo2Ti

320S17

X10CrNiMoTi1810

Z8CND17.12

00Cr18Ni5Mo3Si2

S31500

3RE60（瑞典）

0Cr26Ni5Mo2

SUS329J1

1Cr18Ni11Si4AlTi

1Cr21Ni5Ti

0Cr13

SUS410S

S41000

X7Cr13

Z6C13

08X13

1Cr13

SUS410

410

410S21

X10Cr13

Z12Cr13

12X13

2Cr13

SUS420J1

420

420S29

X20Cr13

Z20Cr13

30X13

S4200

420S27

3Cr13

SUS420J2

420S45

14X17H2

3Cr13Mo

3Cr16

SUS429J1

1Cr17Ni2

SUS431

431

431S29

X22CrNi17

Z15CN-02

7Cr17

SUS440A

440A

11Cr17

SUS440C

440C

95X18

8Cr17

SUS440B

44013

1Cr12

4Cr13

SUS420J2

X4DCr13

Z40C13

9Cr18

SUS440C

440C

X105CrMo17

Z100CD17

9Cr18Mo

SUS440C

440C

9Cr18MoV

SUS440B

440B

X90CrMoV18

Z6CN17.12

0Cr17Ni4Cu4Nb

SUS630

630

0Cr17Ni7Al

SUS631

631

09X17H710

S17700

X7CrNiAl177

Z8CNA17.7

0Cr15Ni7Mo2Al

632

S15700

Z8CND15.7

00Cr12

SUS410

0Cr13Al[00Cr13Al]

SUS405

405

S40500

405S17

X7CrAl13

Z6CA13

1Cr15

SUS429

429

1Cr17

SUS430

430

12X17

S43000

430S15

X8Cr17

Z8C17

[Y1Cr17]

SUS430F

430F

S43020

X12CrMoS17

Z10CF17

00Cr17

SUS430LX

1Cr17Mo

SUS434

434

S43400

434S19

X6CrMo17

Z8CD17.01

00Cr17Mo

SUS436L

00Cr18Mo2

SUS444

00Cr27Mo

SUSXM27

XM27

S44625

Z01CD26.1

00Cr30Mo2

SUS447J1

1Cr12

SUS403

403,S40300

403S17

1Cr13Mo

SUS410J1

目前已知的化学元素有100多种，在工业中常用的钢铁材料中可以遇到的化学元素约二十多种。

对于人们在与腐蚀现象作长期斗争的实践而形成的不锈钢这一特殊钢系列来说，最常用的元素有十几种，除了组成钢的基本元素铁以外，对不锈钢的性能与组织影响最大的元素是：

碳、铬、镍、锰、硅、钼、钛、铌、钛、锰、氮、铜、钴等。

这些元素中除碳、硅、氮以外，都是化学元素周期表中位于过渡族的元素。

　　实际上工业上应用的不锈钢都是同时存在几种以至十几种元素的，当几种元素共存于不锈钢这一个统一体中时，它们的影响要比单独存在时复杂得多，因为在这种情况下不仅要考虑各元素自身的作用，而且要注意它们互相之间的影响，因此不锈钢的组织决定于各种元素影响的总和。

1．各种元素对不锈钢的性能和组织的影响和作用

　　1-1.铬在不锈钢中的决定作用

　　决定不锈钢性属的元素只有一种，这就是铬，每种不锈钢都含有一定数量的铬。

迄今为止，还没有不含铬的不锈钢。

铬之所以成为决定不锈钢性能的主要元素，根本的原因是向钢中添加铬作为合金元素以后，促使其内部的矛盾运动向有利于抵抗腐蚀破坏的方面发展。

这种变化可以从以下方面得到说明：

　　①铬使铁基固溶体的电极电位提高

　　②铬吸收铁的电子使铁钝化

钝化是由于阳极反应被阻止而引起金属与合金耐腐蚀性能被提高的现象。

构成金属与合金钝化的理论很多，主要有薄膜论、吸附论及电子排列论。

　　1-2.碳在不锈钢中的两重性

　　碳是工业用钢的主要元素之一，钢的性能与组织在很大程度上决定于碳在钢中的含量及其分布的形式，在不锈钢中碳的影响尤为显著。

碳在不锈钢中对组织的影响主要表现在两方面，一方面碳是稳定奥氏体的元素，并且作用的程度很大（约为镍的30倍），另一方面由于碳和铬的亲和力很大，与铬形成—系列复杂的碳化物。

所以，从强度与耐腐烛性能两方面来看，碳在不锈钢中的作用是互相矛盾的。

　　认识了这一影响的规律，我们就可以从不同的使用要求出发，选择不同含碳量的不锈钢。

　　例如工业中应用最广泛的，也是最起码的不锈钢——0Crl3～4Cr13这五个钢号的标准含铬量规定为12～14％，就是把碳要与铬形成碳化铬的因素考虑进去以后才决定的，目的即在于使碳与铬结合成碳化铬以后，固溶体中的含铬量不致低于11.7％这一最低限度的含铬量。

就这五个钢号来说由于含碳量不同，强度与耐腐蚀性能也是有区别的，0Cr13～2Crl3钢的耐腐蚀性较好但强度低于3Crl3和4Cr13钢，多用于制造结构零件，后两个钢号由于含碳较高而可获得高的强度多用于制造弹簧、刀具等要求高强度及耐磨的零件。

又如为了克服18－8铬镍不锈钢的晶间腐蚀，可以将钢的含碳量降至0.03％以下，或者加入比铬和碳亲和力更大的元素（钛或铌），使之不形成碳化铬，再如当高硬度与耐磨性成为主要要求时，我们可以在增加钢的含碳量的同时适当地提高含铬量，做到既满足硬度与耐磨性的要求，又兼顾—定的耐腐蚀功能，工业上用作轴承、量具与刃具有不锈钢9Cr18和9Cr17MoVCo钢，含碳量虽高达0.85～0.95％，由于它们的含铬量也相应地提高了，所以仍保证了耐腐蚀的要求。

　　总的来讲，目前工业中获得应用的不锈钢的含碳量都是比较低的，大多数不锈钢的含碳量在0.1～0.4％之间，耐酸钢则以含碳0.1～0.2％的居多。

含碳量大于0.4％的不锈钢仅占钢号总数的一小部分，这是因为在大多数使用条件下，不锈钢总是以耐腐蚀为主要目的。

此外，较低的含碳量也是出于某些工艺上的要求，如易于焊接及冷变形等。

　　1-3.镍在不锈钢中的作用是在与铬配合后才发挥出来的

　　镍是优良的耐腐蚀材料，也是合金钢的重要合金化元素。

镍在钢中是形成奥氏体的元素，但低碳镍钢要获得纯奥氏体组织，含镍量要达到24％；而只有含镍27％时才使钢在某些介质中的耐腐蚀性能显著改变。

所以镍不能单独构成不锈钢。

但是镍与铬同时存在于不锈钢中时，含镍的不锈钢却具有许多可贵的性能。

　　基于上面的情况可知，镍作为合金元素在不锈钢中的作用，在于它使高铬钢的组织发生变化，从而使不锈钢的耐腐蚀性能及工艺性能获得某些改善。

　　1-4.锰和氮可以代替铬镍不锈钢中镍

　　铬镍奥氏体钢的优点虽然很多，但近几十年来由于镍基耐热合金与含镍20％以下的热强钢的大量发展与应用，以及化学工业日益发展对不锈钢的需要量越来越大，而镍的矿藏量较少且又集中分布在少数地区，因此在世界范围内出现了镍在供和需方面的矛盾。

所以在不锈钢与许多其他合金领域（如大型铸锻件用钢、工具钢、热强钢等）中，特别是镍的资源比较缺乏的国家，广泛地开展了节镍和以其他元素代镍的科学研究与生产实践，在这方面研究和应用比较多的是以锰和氮来代替不锈钢与耐热钢中的镍。

锰对于奥氏体的作用与镍相似。

但说得确切一些，锰的作用不在于形成奥氏体，而是在于它降低钢的临界淬火速度，在冷却时增加奥氏体的稳定性，抑制奥氏体的分解，使高温下形成的奥氏体得以保持到常温。

在提高钢的耐腐蚀性能方面，锰的作用不大，如钢中的含锰量从0到10．4%变化，也不使钢在空气与酸中的耐腐蚀性能发生明显的改变。

这是因为锰对提高铁基固溶体的电极电位的作用不大，形成的氧化膜的防护作用也很低，所以工业上虽有以锰合金化的奥氏体钢（如40Mn18Cr4,50Mn18Cr4WN、ZGMn13钢等），但它们不能作为不锈钢使用。

锰在钢中稳定奥氏体的作用约为镍的二分之一，即2％的氮在钢中的作用也是稳定奥氏体，并且作用的程度比镍还要大。

例如，欲使含18％铬的钢在常温下获得奥氏体组织，以锰和氮代镍的低镍不锈钢与元镍的铬锰氮不诱钢，目前已在工业中获得应用，有的已成功地代替了经典的18-8铬镍不锈钢。

　　1-5.不锈钢中加钛或铌是为了防止晶间腐蚀。

　　1-6.钼和铜可以提高某些不锈钢的耐腐蚀性能。

　　1-7.其他元素对不锈钢的性能和组织的影响

　　以上主要的九种元素对不锈钢的性能和组织的影响，除这些元素对不锈钢性能与组织影响较大的元素以外，不锈钢中还含有一些其他的元素。

有的是和一般钢一样为常存杂质元素，如硅、硫、磷等．也有的是为了某些特定的目的而加入的，如钴、硼、硒、稀土元素等。

从不锈钢的耐腐蚀性能这一主要性质来说，这些元素相对于已讨论的九种元素，都是非主要方面的，虽然如此，但也不能完全忽略，因为它们对不锈钢的性能与组织同样也发生影响。

　　硅　是形成铁素体的元素，在一般不锈钢中为常存杂质元素。

　　钴　作为合金元素在钢中应用不多，这是因为钴的价格高及其在其它方面（如高速钢、硬质合金、钴基耐热合金、磁钢或硬磁合金等）有着更重要的用途。

在一般不锈钢中加钴作合金元素的也不多，常用不锈钢如9Crl7MoVCo钢（含1.2-1.8％钴）加钴，目的并不在于提高耐腐蚀性能而在于提高硬度，因为这种不锈钢的主要用途是制造切片机械刃具、剪刀及手术刀片等。

　　硼　高铬铁素体不锈钢Crl7Mo2Ti钢中加0．005％硼，可使在沸腾的65％醋酸中的耐腐蚀性能提高。

加微量的硼（0.0006～0.0007％）可使奥氏体不锈钢的热态塑性改善。

少量的硼由于形成低熔点共晶体，使奥氏体钢焊接时产生热裂纹的倾向增大，但含有较多的硼（0．5～0．6％）时，反而可防止热裂纹的产生。

因为当含有0．5～0．6％的硼时，形成奥氏体－硼化物两相组织，使焊缝的熔点降低。

熔池的凝固温度低于半溶化区时，母材在冷却时产生的张应力，由处于液态．固态的焊缝金属承受，此时是不致引起裂缝的，即使在近缝区形成了裂纹，也可以为处于液态－固态的熔池金属所填充。

含硼的铬镍奥氏体不锈钢在原子能工业中有着特殊的用途。

磷　在一般不锈钢中都是杂质元素，但其在奥氏体不锈钢中的危害性不像在一般钢中那样显著，故含量可允许高一些，如有的资料提出可达0．06％，以利于冶炼控制。

个别的含锰的奥氏体钢的含磷量可达0．06％（如2Crl3NiMn9钢）以至0.08％（如Cr14Mnl4Ni钢）。

利用磷对钢的强化作用，也有加磷作为时效硬化不锈钢的合金元素，PH17－10P钢（含0．25％磷）乃PH－HNM钢（含0．30磷）等。

　　硫和硒　在一般不锈钢中也是常有杂质元素。

但向不锈钢中加0．2～0．4％的硫，可提高不锈钢的切削性能，硒也具有同样的作用。

硫和硒提高不锈钢的切削性能，是因为它们降低不锈钢的韧性，例如一般18－8铬镍不锈钢的冲击值可达30公斤/厘米2。

含0．31％硫的18－8钢（0．084％C、18．15％Cr、9．25％Ni）的冲击值为1．8公斤/平方厘米；含0。

22％硒的18－8钢（0．094％C、18．4％Cr、9％Ni）的冲击值为3．24公斤/平方厘米。

硫与硒均降低不锈钢的耐腐蚀性能，所以实际应用它们作为不锈钢的合金化元素的很少。

　　稀土元素　稀土元素应用于不锈钢，目前主要在于改善工艺性能方面。

如向Crl7Ti钢和Cr17Mo2Ti钢中加少量的稀土元素，可以消除钢锭中因氢气引起的气泡和减少钢坯中的裂纹。

奥氏体和奥氏体－铁素体不锈钢中加0．02～0．5％的稀土元素（铈镧合金），可显著改善锻造性能。

曾有一种含19．5%铬、23％镍以及钼铜锰的奥氏体钢，由于热加工工艺性能在过去只能生产铸件，加稀土元素后则可轧制成各种型材。

2．按金相组织对不锈钢的分类及各类不锈钢的一般特点

　　按化学成分（主要是含铬量）及用途，不锈钢分为不锈与耐酸两大类。

工业上还按自高温（900-1100度）加热空气冷却后钢的基体组织的类型对不锈钢进行

展开阅读全文