2022年不锈钢的基础知识 .pdf

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1、不锈钢的基础知识一、什么是不锈钢？不锈钢是指在大气、蒸汽、水、 酸、碱和盐等溶液中具有一定稳定性的钢的总称。一般来讲， 耐大气、蒸汽、水等弱介质腐蚀的钢称为不锈钢，把耐酸、碱、盐等强侵蚀介质腐蚀的钢称为耐蚀钢。其中一些在弱腐蚀介质中不生锈的钢，不一定在强腐蚀介质中耐腐蚀，而在强腐蚀介质中耐腐蚀的钢，一般都具有良好的不锈性。不锈钢的“不锈”是相对的，取决于钢种和使用环境。不锈钢是之所以具有耐腐蚀能力，主要原因就在于钢中含有铬。铬能够提高基体电极电位，防止电化学腐蚀， 同时铬还在钢件表面生成一层坚固致密的顿化膜，使金属与外界的介质隔离，阻止金属被进一步腐蚀。不锈钢能够不生锈、耐腐蚀，所需要的最低铬

2、含量是多少呢？欧洲标准中规定为不小于10.5%，日本工业标准规定一般不小于11%，我国一般认为不小于12%。实际上，不锈钢的耐腐蚀性能和对铬元素的含量要求取决于腐蚀介质的种类、浓度、温度、压力、流动速度，以及钢中除铬以外的其它合金元素等许多因素。为了使不锈钢既具有良好的耐腐蚀性能，又具有良好的力学和物理等其它性能，根据不同要求， 钢中除添加较高含量的合金元素铬以外，还匹配添加镍、钼、锰、氮等其它合金元素。这样，不仅可以改变钝化膜的化学组成，强化它在苛刻介质中的耐腐蚀能力，而且使钢材还能获得足够的强度、塑性和韧性，以及良好的工艺性能，如可铸造性、可焊接性、加工成型性等。二、不锈钢的分类、性能特点

3、和用途不锈钢的种类很多，国际上通行的分类方法是按金相组织划分为五类，即奥氏体不锈钢、铁素体不锈钢、奥氏体铁素体双相不锈钢、马氏体不锈钢和沉淀硬化不锈钢。(1) 马氏体不锈钢： 含铬量 12 18，含碳量 0.1 0.5 ， 甚至可达 1，常见的有 420，431等。马氏体不锈钢能进行淬火，淬火后具有较高的硬度、强度和耐磨性及良好的抗氧化性，有磁性， 内应力大且脆。经低温回火后可消除其应力，提高塑性。最常用的马氏体不锈钢是420，即 ZG20Cr13,在五金工具上用得较多。马氏体不锈钢切削加工较困难，有切屑擦伤或粘结的明显趋向，刀具易磨损。当钢中含碳量低于0.3 时，组织不均匀，粘附性强，切削时

4、容易产生积屑瘤，且断屑困难，工件已加工表面质量低。含碳量达 0.4 0.5 时，切削加工性较好。马氏体不锈钢经调质处理后，可获得优良的综合力学性能，其切削加工性比退火状态有很大改善。(2) 铁素体不锈钢：含铬量 12 30，金相组织为铁素体，有磁性。430 是最常用的铁素体不锈钢。名师资料总结 - - -精品资料欢迎下载 - - - - - - - - - - - - - - - - - - 名师精心整理 - - - - - - - 第 1 页，共 4 页 - - - - - - - - - 铁素体不锈钢加热冷却时组织稳定不发生相变，故热处理不能使其强化。与304 型奥氏体不锈钢相比较，无镍的

5、430 铁素体不锈钢的原料成本是较低的，并具有抗氧化性好、导热系数大、热膨胀系数低的优点， 广泛用于制作炊具零件。但耐腐蚀能力和成型性不如304 好。这类钢存在塑性差、焊后塑性和耐蚀性明显降低等缺点，因而限制了它的应用。铁素体不锈钢在铸态下比较脆，需要进行退火处理。铁素体不锈钢的切削加工性一般较好。但切屑呈带状，切屑容易擦伤或粘结于切削刃上，从而增大切削力，切削温度升高，同时可能使工件表面产生撕裂现象。(3) 奥氏体不锈钢：含铬量 12 25，含镍量7 20( 或 20以上 ) ，最典型的代表是304不锈钢， 对应的铸造牌号是ASTMA743 CF-8，是用途最广的不锈钢品种。常见的还有316

6、 （CF-8M ）、304L（CF-3）、 316L（CF-3M ）等。奥氏体不锈钢具有良好的塑性和耐蚀能力，较突出的是冷变形能力，是不锈钢中的主流。奥氏体不锈钢加热时组织不变，故不能通过淬火强化，经固溶处理后可以使碳化物溶解于奥氏体基体，可略改善其耐腐蚀能力和切削加工性。含碳量在0.03%以下的低碳奥氏体不锈钢（如304L，316L 等）可以显著提高其耐晶间腐蚀性能。奥氏体不锈钢的切削加工性比较差，切削时的带状切屑连绵不断，断屑困难， 且极易产生加工硬化，硬化层给下一次切削带来很大难度，使刀具急剧磨损，刀具耐用度大幅度下降。304 不锈钢含有18-20%的铬和 8-11%的镍，是典型的18-

7、8 型奥氏体不锈钢，用途非常广泛。304不锈钢型材的化学成分标准可参阅ASTM A276不锈钢棒材和型材标准和JIS G4303不锈钢棒材，铸造的 304 材质标准参阅ASTM A743 CF-8 和 JIS G5121 SCS13 （或 SCS13A ）。从规范的角度讲，只有化学成分符合标准规定才能称为304 不锈钢，市场上所谓的6 个镍或者7 个镍的 304 是不符合要求的，根本就不能叫做304。303 是一种易切削的奥氏体不锈钢，是在304 的基础上加入0.15%以上的硫并略微调整铬和碳的含量。硫在钢中以MnS非金属夹杂物的形式存在，破坏金属的整体性，成为无数个微小的缺口，减少切削时使金

8、属撕裂所需的能量，切削加工时易断屑；同时MnS还可以有滑润作用，而本身的硬度低，故能减少刀具磨损，提高表面质量。但硫是一种有害杂质元素，显著降低不锈钢的力学性能和耐腐蚀能力，常规不锈钢大多要求把硫含量控制在0.040%以下，鉴于硫的有害作用和炉料的管理问题，精密铸造极少使用 303 的材质。单相奥氏体不锈钢无磁性，但经过热加工或冷变形后可能诱发马氏体相变而产生磁性，铸造的304或 316 不锈钢由于成分偏析可能残留少量铁素体而带有弱磁性。决定不锈钢组织和性能的关键是化学成分，不能简单地认为带磁就不是304 不锈钢。名师资料总结 - - -精品资料欢迎下载 - - - - - - - - - -

9、 - - - - - - - - 名师精心整理 - - - - - - - 第 2 页，共 4 页 - - - - - - - - - 奥氏体不锈钢又可分为300 和 200 两大系列， 300 系列的不锈钢镍含量比较高，耐腐蚀能力比较强，典型钢号为304 和 316。200 系列不锈钢以锰或氮代替了部分镍，耐腐蚀能力稍差一些，且加工硬化现象明显，但价格比300 系列便宜，典型钢号是201 和 202。(4) 双相不锈钢： 奥氏体和铁素体各占50% 左右， 其中最少的相不少于30% 。双相不锈钢兼有铁素体不锈钢和奥氏体不锈钢的性能特点，强度高、塑性好，耐腐蚀，具有良好的综合性能。双相不锈钢的突

10、出优点是屈服强度高和抗应力腐蚀能力强，主要用于石化设施和高强度的不锈钢连接件。常见的铸造双相不锈钢有CD4MCu 、1.4468 、1.4470 等。双相不锈钢在温度较高时容易析出脆性相，故使用温度不宜超过 250。双相不锈钢由于强度高、塑性好、导热性差使加工变得更加困难，切削加工性比奥氏体不锈钢还差。(5) 沉淀硬化不锈钢：含有较高的铬、镍和很低的碳，并含有能起沉淀硬化的铜、铝、钼等合金元素，它们在回火时时效析出，产生沉淀硬化，使钢具有很高的强度和硬度。加入铌可以防止晶间腐蚀。典型钢号是美国的17-4PH，对应铸造牌号ASTM A747 CB7Cu-1.沉淀硬化不锈钢的热处理是固溶化退火加时

11、效，不同的时效温度得到不同的硬度。名师资料总结 - - -精品资料欢迎下载 - - - - - - - - - - - - - - - - - - 名师精心整理 - - - - - - - 第 3 页，共 4 页 - - - - - - - - - 三、不锈钢为什么也会生锈? 不锈钢的防锈和耐蚀能力取决于其化学成分、使用条件及环境介质类型，不同牌号的不锈钢耐蚀能力也不同。如 304 不锈钢在干燥清洁的大气中有绝对优良的抗锈蚀能力，但将它移到海滨地区，在含有大量盐份的海雾中就会生锈了；而 316 不锈钢则表现良好。因此，不是任何一种不锈钢，在任何环境下都能耐腐蚀不生锈的。常用不锈钢耐腐蚀能力由强

12、到弱的顺序依次为316L、 316、304L、304、202、201、430、420。不锈钢是靠其表面形成的一层极薄而坚固细密的稳定的富铬氧化膜（防护膜） ，防止氧原子的继续渗入、继续氧化，而获得抗锈蚀的能力。一旦有某种原因，这种薄膜遭到了不断地破坏，空气或液体中氧原子就会不断渗入或金属中铁原子不断地析离出来，形成疏松的氧化铁，金属表面也就受到不断地锈蚀。这种表面膜受到破坏的形式很多，日常生活中多见的有如下几种：1. 不锈钢表面存积着含有其他金属元素的粉尘或异类金属颗粒的附着物，在潮湿的空气中，附着物与不锈钢间的冷凝水，将二者连成一个微电池，引发了电化学反应，保护膜受到破坏，称之谓电化学腐蚀。2. 不锈钢表面粘附有机物汁液（如瓜菜、面汤、痰等），在有水氧情况下构成有机酸，长时间则有机酸对金属表面有腐蚀。3. 不锈钢表面粘附含有酸、碱、盐类物质（如装修墙壁的碱水、石灰水喷溅）引起局部腐蚀。4. 在有污染的空气中（如含有大量硫化物、氧化碳、氧化氮的大气），污染物遇冷凝水形成硫酸、硝酸、醋酸液滴引起化学腐蚀。名师资料总结 - - -精品资料欢迎下载 - - - - - - - - - - - - - - - - - - 名师精心整理 - - - - - - - 第 4 页，共 4 页 - - - - - - - - -