张凯波综合实验最后剖析.docx

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张凯波综合实验最后剖析

内蒙古科技大学10届本科生

冶金工程综合实验报告

固溶处理对204Cu不锈钢的组织与性能的影响

专业：

冶金工程

姓名：

张凯波

班级：

10冶金6班

学号：

1076803637

指导老师：

董方教授

摘要

204Ｃu钢是一种含铜、低镍和以氮强化的奥氏体不锈钢，其冷加性能优于200系不锈钢，与304不锈钢相近.固溶处理是将合金加热到高温单相区恒温保持，使过剩相充分溶解到固溶体中后快速冷却，以得到过饱和固溶体的热处理工艺

关键词：

204Cu,奥氏体不锈钢，固溶处理

Abstract

204Custeelisacopper-containinglow-nickelandnitrogen-strengtausteniticstainlesssteel,anditscold-formingpropertyissuperiortothe200seriesstainlesssteelsandcloseto304stainlesssteel.SolutiontreatmentSolidsolutiontreatmentistokeepsingle-phasezonetemperaturealloyheatedtohightemperatures,theexcesstodissolvesintosolidsolutionafterrapidcooling,togetthesupersaturatedsolidsolutionheattreatmentprocess.

Keywords:

204Cu,austeniticstainlesssteel,Solutiontreatment

绪论

自1910年前后，德国、英国、美国几乎同时开发不锈钢以来，不锈钢以其高强度、可焊接性、抗腐蚀性、易加工性和表面基友光泽等许多优异的特性，在余杭、化工、汽车、食品机械、药、仪器仪表、能源等工业及建筑装饰方面得到广泛而重要的应用。

不锈钢子啊一些发达国家占钢产量的比例为1%-2%，在个别不锈钢出口国高达5%以上，生产的钢种大百余种。

我国于1952年开始生产不锈钢,以奥氏体不锈钢ICr1SNigTi为主,此后三

十年不锈钢的研制和生产有很大空间,近十余年来发展更为迅速。

2006年不锈钢的产量比1994年提高近16倍,而不锈钢的表观消费量由1990年的26万吨增长到2006年的600万吨,成为世界上备受关注的不锈钢第一消费大国。

不锈钢的需求拉动了不锈钢生产的快速发展。

自1999年以后,中国不锈钢生产结束了产能长期徘徊在30万吨的历史,2000年产量突破100万吨,2006年粗钢产量达530万吨,钢材450.8万吨。

为了满足军工和化肥等工业的需要,我国还研制了多种特殊用途的奥氏体不锈钢和双相不锈钢,使用效果良好。

高性能的铁素体不锈钢正在开发应用。

随着AOD、VOD二次精炼装备的陆续建成,低碳和超低碳不锈钢得到了相当的发展。

不锈钢的轻工产品和厨房设备己进入市场。

不锈钢（StainlessSteel）指耐空气、蒸汽的钢材料

“不锈钢”一词不仅仅是单纯指一种不锈钢，而是表示一百多种工业不锈钢，所开发的每种不锈钢都在其特定的应用领域具有良好的性能。

成功的关键首先是要弄清用途，然后再确定正确的钢种。

和建筑构造应用领域有关的钢种通常只有六种。

它们都含有17～22%的铬，较好的钢种还含有镍。

添加钼可进一步改善大气腐蚀性，特别是耐含氯化物大气的腐蚀。

不锈钢常按组织状态分为：

马氏体钢、铁素体钢、奥氏体钢、奥氏体-铁素体（双相）不锈钢及沉淀硬化不锈钢等。

另外，可按成分分为：

铬不锈钢、铬镍不锈钢和铬锰氮不锈钢等。

一、不锈钢主要类型

不锈钢按照其组织结构分为奥氏体型不锈钢、铁素体型不锈钢、双相不锈钢、马氏体型不锈钢和沉淀硬化型不锈钢。

1、奥氏体型不锈钢

奥氏体型不锈钢是不锈钢中最重要的一类，其产量和用量占不锈钢总量的70%。

按照合金化方式，奥氏体型不锈钢可分为铬镍钢和铁铬锰钢两大类。

前者以镍为奥氏体化元素，是奥氏体钢的主体；后者是以锰、氮代替昂贵的镍的节镍钢种。

总体讲，奥氏体钢耐蚀性好，有良好的综合力学性能和工艺性能，但强度、硬度偏低。

2、铁素体型不锈钢

铁素体型不锈钢含铬11%-30%，基本不含镍，是节镍钢种，在使用状态下组织结构以铁素体为主。

铁素体型不锈钢强度较高，而冷加工硬化倾向较低，耐氯化物应力腐蚀、点蚀、缝隙腐蚀等局部腐蚀性能优良，但是对晶间腐蚀敏感，低温韧性较差。

3、双相不锈钢

一般认为，在奥氏体基体上存在15%以上的铁素体，或在铁素体基体上存在15%以上的奥氏体即可称其为奥氏体+铁素体双相不锈钢。

双相不锈钢兼有奥氏体钢和铁素体钢的优点。

4、马氏体型不锈钢

马氏体型不锈钢是一类可以用热处理的手段调整其性能的钢，其强度、硬度较高。

5、沉淀硬化型不锈钢

沉淀硬化型不锈钢是通过热处理手段使钢中碳化物沉淀析出，从而达到提高强度目的的钢。

二、主要特性

1、焊接性

产品用途的不同对焊接性能的要求也各不相同。

一类餐具对焊接性能一般不做要求，甚至包括部分锅类企业。

但是绝大多数产品都需要原料焊接性能好，像二类餐具、保温杯、钢管、热水器、饮水机等。

2、耐腐蚀性

绝大多数不锈钢制品要求耐腐蚀性能好，像一、二类餐具、厨具、热水器、饮水机等，有些国外商人对产品还做耐腐蚀性能试验：

用NACL水溶液加温到沸腾，一段时间后倒掉溶液，洗净烘干，称重量损失，来确定受腐蚀程度（注意：

产品抛光时，因砂布或砂纸中含有Fe的成分，会导致测试时表面出现锈斑）

3、抛光性能

当今社会不锈钢制品在生产时一般都经过抛光这一工序，只有少数制品如热水器、饮水机内胆等不需要抛光。

因此这就要求原料的抛光性能很好。

影响抛光性能的因素主要有以下几点：

（1）原料表面缺陷。

如划伤、麻点、过酸洗等。

（2）原料材质问题。

硬度太低，抛光时就不易抛亮（BQ性不好），而且硬度太低，在深拉伸时表面易出现桔皮现象，从而影响BQ性。

硬度高的BQ性相对就好。

（3）经过深拉伸的制品，变形量极大的区域表面也会出小的黑点和RIDGING，从而影响BQ性。

4、耐热性能

耐热性能是指高温下不锈钢仍能保持其优良的物理机械性能。

碳的影响：

碳在奥氏体不锈钢中是强烈形成并稳。

定奥氏体且扩大奥氏体区的元素。

碳形成奥氏体的能力约为镍的30倍，碳是一种间隙元素，通过固溶强化可显著提高奥氏体不锈钢的强度。

碳还可提高奥氏体不锈钢在高浓氯化物（如42%MgCl2沸腾溶液）中的耐应力耐腐蚀的性能。

但是，在奥氏体不锈钢中，碳常常被视为有害元素，这主要是由于在不锈钢的耐蚀用途中的一些条件下（比如焊接或经450~850℃加热），碳可与钢中的铬形成高铬的Cr23C6型碳化合物从而导致局部铬的贫化，使钢的耐蚀性特别是耐晶间腐蚀性能下降。

因此。

60年代以来新发展的铬镍奥氏体不锈钢大都是碳含量小于0.03%或0.02%超低碳型的，可以知道随着碳含量降低，钢的晶间腐蚀敏感性降低，当碳含量低于0.02%才具有最明显的效果，一些实验珠光还指出，碳还会增大铬奥氏体不锈钢的点腐蚀分倾向。

由于碳的有害作用，不仅在奥氏体不锈钢冶炼过和中应按要求控制尽量低的碳含量，而且在随后的热，冷加工和热处理等过程中也在防止不锈钢表面增碳，且免铬的碳化物析出。

5、耐腐蚀性

当钢中铬量原子数量不低于12.5%时，可使钢的电极电位发生突变，由负电位升到正的电极电位。

阻止电化学腐蚀。

三、200系不锈钢

200系列不锈钢是由美国首先开发成功的。

二战时期，美国的镍供应量严重不足，在这种情况下，美国开发出了这种节镍型的奥氏体不锈钢。

二战结束后，美国镍的供应状况逐步改善，因此，300系列不锈钢的生产不再受原料紧张的制约，200系列不锈钢就没有再得到更大的发展。

几位参与开发200系列不锈钢的印度人对这种以锰、氮代镍型奥氏体不锈钢在印度进一步研究、应用，结果取得了很大的成功[1]。

于是，造成了200系列不锈钢在美国开发、在印度发展的历史现象。

200系列不锈钢是国际上通行的称呼，我国称之为铬锰系不锈钢。

铬锰系（200系）奥氏体不锈钢实在铬镍系奥氏体不锈钢基础上，往钢中加入锰和（或）氮代替贵重金属镍元素而发展起来的，它的奥氏体元素，除锰之外还有氮，一般还有适量的镍（4%~6%）。

钢中锰起稳定奥氏体的作用。

由于氮强烈的形成并稳定奥氏体且起很好的固溶强化作用，提高了奥氏体不锈钢的强度，因此这个系列的不锈钢，适宜在承受较重负荷而耐蚀性要求不太高的设备和部件上使用[2]。

随着我国工业的发展和居民生活水平的不断提高，200系列不锈钢的应用领域和消费量还会进一步增加。

1、200系列不锈钢特点与发展前景

200系列不锈钢固溶处理后的抗拉强度偏高，一般为800～1100MPa，而且无法将抗拉强度降下来；冷加工硬化率急剧上升，冷加工强化系数K>15，加工难度大，过程成本增加；具有优良的耐磨性能；弯曲成形和冷顶锻性能较差；并且传统的200系列钢对晶间腐蚀很敏感，而且加稳定化元素也无法改变其敏感性[3]。

200系列的奥氏体稳定性相对较差，在冷加工中容易因诱发马氏体相变而发生开裂[4]。

我国是不锈钢生产大国，其中，用于汽车制造、日用装潢、家用电器和厨房用具的200系列不锈钢年产量是120万吨左右，并以每年20%的速度递增，已经超过所有等级的不锈钢平均增速。

由于我国是镍资源贫乏国家，其中一半需要进口。

世界金属镍总储量为6400万t，如果按全球每年消耗148万t计算，50年后将会耗尽。

所以要合理利用镍，节约用镍。

目前，世界各国在镍资源开发控制方面的竞争十分激烈。

为此，国家鼓励钢铁企业大力研发生产低镍200系列不锈钢产品。

200系列不锈钢虽然耐蚀性较差，但其强度与耐磨性较300系列不锈钢强，因此有它独特的优势。

如录音机、录像机磁头中的精密轴承要求强度高，且不能有磁性，200系列不锈钢恰好能满足这一要求，并且还广泛适用于作建筑用钢，如钢筋和铆钉等。

200系列不锈钢具有更好的韧性、塑性、耐磨性等力学性能以及一定的耐腐蚀性能，节约了镍资源，成本较低，有着很好的发展前景。

目前，我国正处在工业化、城镇化、加快建设新农村进程的阶段，随着城乡居民消费收入的不断增长，将推动民用领域不锈钢消费的持续扩大，近几年国内对铬锰系不锈钢产品需求还有一定的拓展空间，今后对铬锰系不锈钢的需求将转为平稳较快增长[5]。

从生产环节与消费环节上大力推广节镍不锈钢，是我国经济高速发展的必然趋势，对于降低生产成本、节约资源、综合利用优势资源具有十分重要的战略意义。

2、200系列不锈钢的性能改进

200系列不锈钢的性能主要通过以下几个方面加以改进：

（1）以氮代碳，稳定奥氏体，在提高强度的同时提高耐蚀性。

向含铬大于15％的低碳铬锰钢中加氮，可使铁素体量减少，奥氏体增多。

在低镍奥氏体不锈钢生产中，由于其热加工工艺制度尚不完善，在热轧阶段易出现边损、表面裂纹等缺陷；并且这种钢的热轧性能受氮含量的影响较大[6]。

由于氮是强烈奥氏体化元素，含氮量为0.015%时，钢的金相组织为铁素体，含氮量为0.13%～0.33%时，钢的金相组织为铁素体和奥氏体，含氮量为0.58%时，则可获得单一奥氏体。

但在实际生产中，对钢中的含氮量应严格控制，在一般的冶炼条件下，氮的加入量超过一定数量时，由于氮的析出及氮析出时促进了氢的析出，使铸件容易产生气孔和疏松缺陷。

氮在铁中的溶解度很小，铁在1535℃时可溶解0.0394％氮，常温下仅可溶解0.025％氮。

虽然因为含有大量的铬和锰可使氮的溶解度提高，但在200系列不锈钢发展过程中遇到的第一个问题，仍是氮在钢中的溶解度的问题。

在奥氏体不锈钢中利用氮来部分取代或与锰元素结