不锈钢的品种特性及用途Word格式.docx

1、但同时也提高了缺口敏感性，从而使韧性降低。钼提高铁素体型不锈钢强度的作用大于铬的作用。铁素体型不锈钢的化学成分的特征是含11%-30%Cr，其中添加铌和钛。其高温强度在各类不锈钢中是最低的，但对热疲劳的抗力最强。（3）奥氏体型不锈钢奥氏体型不锈钢中增加碳的含量后，由于其固溶强化作用使强度得到提高。奥氏体型不锈钢的化学成分特性是以铬、镍为基础添加钼、钨、铌和钛等元素。由于其组织为面心立方结构，因而在高温下有高的强度和蠕变强度。还由于线膨胀系数大，因此比铁素体型不锈钢热疲劳强度差。（4）双相不锈钢对铬含量约为25%的双相不锈钢的力学性能研究表明，在+r双相区内镍含量增加时r相也增加。当钢中的铬含量

2、为5%时，钢的屈服强度达到最高值；当镍含量为10%时，钢的强度达到最大值。（二）蠕变强度由于外力的作用随时间的增加而发生变形的现象称之为蠕变。在一定温度下特别是在高温下、载荷越大则发生蠕变的速度越快；在一定载荷下，温度越高和时间越长则发生蠕变的可能性越大。与此相反，温度越低蠕变速度越慢，在低至一定温度时蠕变就不成问题了。这个最低温度依钢种而异，一般来说纯铁在330左右，而不锈钢则因己采取各种措施进行了强化，所以该温度是550以上。和其他钢一样，熔炼方式、脱氧方法、凝固方法、热处理和加工等对不锈钢的蠕变特性有很大的影响。据介绍，在美国进行的对18-8不锈钢进行蠕变强度试验表明，取自同一钢锭同一部

3、位的试料的蠕变断裂时间的标准今偏差是平均值的约11%，而取自不同钢锭的上、中、下不同部位的试料的标准偏差与平均值相差则达到两倍之多。又据在德国进行的试验结果表明，在10的5次幂h时间下0Cr18Ni11Nb钢的强度为小于49MPa至118MPa，散差很大。（三）疲劳强度高温疲劳是指材料在高温下由于周期反复变化着的应力的作用而发生损伤至断裂的过程。对其进行的研究结果表明，在某一高温下，10的8次幂次高温疲劳强度是该温度下高温抗拉强度的1/2。热疲劳是指在进行加热（膨胀）和冷却（收缩）的过程中，当温度发生变化和受到来自外部的约束力时，在材料的内部相应于其本身的膨胀和收缩变形产生应力，并使材料发生损

4、伤。当快速地反复加热和冷却时其应力就具冲击性，所产生的应力与通常情况相比更大，此时有的材料呈脆性破坏。这种现象被称之为絷冲击。热疲劳和热冲击是有着相似之处的现象，但前者主要伴随大的塑性应变，而后者的破坏主要是脆性破坏。不锈钢的成分和热处理条件对高温疲劳强度有影响。特别是当碳的含量增加时高温疲劳强度明显提高，固溶热处理温度也有显著的影响。一般来说铁素体型不锈钢具有良好的热疲劳性能。在奥氏体不锈钢中，高硅的且在高温下具有良好的延伸性的牌号有着良好的热疲劳性能。热膨胀系数越小、在同一热周期作用下应变量越小、变形抗力越小和断裂强度越高，寿命就越长。可以说马氏体型不锈钢1Cr17的疲劳寿命最长，而0Cr

5、19Ni9、0Cr23Ni13和2Cr25Ni20等奥氏体型不锈钢的疲劳寿命最短。另外铸件较锻件更易发生由于热疲劳引起的破坏。在室温下，10的7次幂次疲劳强度是抗拉强度的1/2。与高温下的疲劳强度相比可知，从室温到高温的温度范围内疲劳强度没有太大的差异。（四）冲击韧性材料在冲击载荷作用下，载荷变形曲线所包括的面积称为冲击韧性。对于铸造马氏体时效不锈钢，当镍含量为5%时其冲击韧性较低。随着镍含量的增加，钢的强度和韧性可得到改善，但镍含量大于8%时，强度和韧性值又一次下降。在马氏体铬镍系不锈钢中添加钼后，可提高钢的强度且可保持韧性不变。在铁素体型不锈钢中增加钼的含量虽可提高强度，但缺口敏感性也被提

6、高而使韧性下降。在奥氏体型不锈钢中具有稳定奥氏体组织和铬镍系奥氏体不锈钢的韧性（室温下韧性和低温下韧性）非常优良，因而适用于在室温下和低温下的各种环境中使用。对于有稳定奥氏体组织和铬锰系奥氏体不锈钢。添加镍可进一步改善其韧性。双相不锈钢的冲击韧性随镍含量的增加而提高。一般来说，在a+r两相区内其冲击韧性稳定在160-200J的范围内。二、工艺性能（一）成形性能不锈钢的成形性能因钢种的不同，即结晶结构的不同而有很大的差异。如铁素体型不锈钢和奥氏体型不锈钢和成形性能由于前者的晶体结构是体心立方，而后者的晶体结构是面心立方而有显著的差异。铁素体不锈钢的凸缘成形性能与n值（加工硬化指数）有关，深冲加工

7、性能与r值（塑性应变化）有关。其中r值由不同的生产工艺下的不同的组织集合来决定。采取一些措施来显著减少固溶碳和固溶氮，可大大改善r值并使深冲性能得到大幅度的提高。奥氏体型不锈钢一般来说n值较大，在进行加工的过程中由于塑性诱发相变而生成马氏体，因而有较大的n值和延伸率，可进行深冲加工和凸缘成形。有一部分奥氏体型不锈钢在深冲加工后，经一段时间会产生与冲压方向一致的纵向裂纹，即所谓的“时效裂纹”。为此采用高镍，低氮和低碳的奥氏体型不锈钢可避免该缺陷的发生。奥氏体型不锈钢不所含的镍可明显降低钢的冷加工硬化倾向，其原因是可使奥氏体的稳定性增加，减少或消除了冷加工过程中的马氏体转变，降低厂冷加工硬化速率，

8、强度降低和塑性提高。在双相不锈钢中增加镍的含量可降低马氏体转变温度，从而改善了冷加工变形性能。在评价不锈钢钢板的成形加工性时，一般以综合成形性能来标志。该综合成形性能是由标志断裂极限的抗断裂性（深冲性能、凸缘成形性能、边部延伸性能、弯曲性能），标志成形模具和材料的配合性的抗起起皱性，标志卸载后固定形状的形状固定性等组成。对不锈钢钢板的工艺性能进行评价主要有以下试验方法：（1）拉伸试验；（2）弯曲试验；（3）冲压成形试验；（4）扩口试验；（5）冲击试验。对不锈钢钢管的工艺性能进行评价主要有以下几项：（2）扩管试验；（3）压扁试验；（4）压溃试验；（5）弯曲试验。（二）焊接性能在不锈钢的应用中对不

9、锈钢结构进行焊接和切割是不可避免的。由于不锈钢本身所具有的特性，与普碳钢相比不锈钢的焊接及切割有着其特殊性，更易在其焊接接头及其热影响区（HAZ）产生各种缺陷。焊接时要特别注意不锈钢的物理性质。例如奥氏体型不锈钢的热膨胀系数是低碳钢和高铬系不锈钢的1.5倍；导热系数约是低碳钢的1/3，而高铬系不锈钢的导热系数约是低碳钢的1/2；比电阻是低碳钢的4倍以上，而高铬系不锈钢是低碳钢的3倍。这些条件加上金属的密度、表面张力、磁性等条件都对焊接条件产生影响。马氏体型不锈钢一般以13%Cr钢为代表。它进行焊接时，由于热影响区中被加热到相变点以上的区域内发生a-r（M）相变，因此存在低温脆性、低温韧性恶化、

10、伴随硬化产生的延展性下降等问题。因而对于一般马氏体型不锈钢焊接时需进行预热，但碳、氮含量低的和使用r系焊接材料时可不需预热。焊接热影响区的组织通常又硬又脆。对于这个问题，可通过进行焊后热处理使其韧性和延展性得到恢复。另外碳、氮含量低的牌号，在焊接状态下也有一定的韧性。铁素体型不锈钢以18%Cr钢为代表。在含碳量低的情况下有良好的焊接性能，焊接裂纹敏感性也较低。但由于被加热至900以上的焊接热影响区晶粒显著变粗，使得在室温下缺少延伸性和韧性，易发生低温裂纹。也就是说，一般来讲铁素体型不锈钢有475脆化、700-800长时间加热下发生相脆性、夹杂物和晶粒粗化引起的脆化、低温脆化、碳化物析出引起耐蚀

11、性下降以及高合金钢中易发生的延迟裂纹等问题。通常应在焊接时进行焊前预热和焊后热处理，并在具有良好韧性的温度范围进行焊接。奥氏体型不锈钢以18%Cr-8%Ni钢为代表。原则上不须进行焊前预热和焊后热处理。一般具有良好的焊接性能。但其中镍、钼的含量高的高合金不锈钢进行焊接时易产生高温裂纹。另外还易发生相脆化，在铁素体生成元素的作用下生成的铁素体引起低温脆化，以及耐蚀性下降和应力腐蚀裂纹等缺陷。经焊接后，焊接接头的力学性能一般良好，但当在热影响区中的晶界上有铬的碳化物时会极易生成贫铬层，而贫铬层和出现将在使用过程中易产生晶间腐蚀。为避免问题的发生，应采用低碳（C0.03%）的牌号或添加钛、铌的牌号。

12、为防止焊接金属的高温裂纹，通常认为控制奥氏体中的铁素体肯定是有效的。一般提倡在室温下含5%以上的铁素体。对于以耐蚀性为主要用途的钢，应选用低碳和稳定的钢种，并进行适当的焊后热处理；而以结构强度为主要用途的钢，不应进行焊后热处理，以防止变形和由于析出碳化物和发生相脆化。双相不锈钢的焊接裂纹敏感性较低。但在热影响区内铁素体含量的增加会使晶间腐蚀敏感性提高，因此可造成耐蚀性降低及低温韧性恶化等问题。对于沉淀硬化型不锈钢有焊接热影响区发生软化等问题。综上所述，不锈钢的焊接性能主要表现在以下几个方面：（1）高温裂纹：在这里所说的高温裂纹是指与焊接有关的裂纹。高温裂纹可大致分为凝固裂纹、显微裂纹、HAZ（

13、热影响区）的裂纹和再加热裂纹等。（2）低温裂纹:在马氏体型不锈钢和部分具有马氏体组织的铁素体型不锈钢中有时会发生低温裂纹。由于其产生的主要原因是氢扩散、焊接接头的约束程度以及其中的硬化组织，所以解决方法主要是在焊接过程中減少氢的扩散，适宜地进行预热和焊后热处理以及减轻约束程度。（3）焊接接头的韧性：在奥氏体型不锈钢中为减轻高温裂纹敏感性，在成分设计上通常使其中残存有5%-10%的铁素体。但这些铁素体的存在导致了低温韧性的下降。在双相不锈钢进行焊接时，焊接接头区域的奥氏体量减少而对韧性产生影响。另外随着其中铁素体的增加，其韧性值的显著下降的趋势。己证实高纯铁素体型不锈钢的焊接接头的韧性显著下降的

14、原因是由于混入了碳、氮和氧的缘故。其中一些钢的焊接接头中的氧含量增加后生成了氧化物型夹杂，这些夹杂物成为裂纹发生源或裂纹传播的途径使得韧性下降。而有一些钢则是由于在保护气体中混入了空气，其中的氮含量增加在基体解理面100面上产生板条状Cr2N，基体变硬而使得韧性下降。（4）相脆化：奥氏体型不锈钢、铁素体型不锈钢和双相不锈钢易发生相脆化。由于组织中析出了百分之几的相，韧性显著下降。相一般是在600-900范围内析出，尤其在750左右最易析出，作为防止相产生的预防性措施，奥氏体型不锈钢中应尽量减少铁素体的含量。（5）475脆化：在475附近（370-540）长时间保温时，使Fe-Cr合金分解为低铬

15、浓度的a固溶体和高铬浓度的a固溶体中铬浓度大于75%时形变由滑移变形转变为孪晶变形，从而发生475脆化。（三）切削性能不同的不锈钢的切削性能有很大的差异。一般所说不锈钢的切削性能比其他钢差，是指奥氏体型不锈钢的切削性能差。这是由于奥氏体不锈钢的加工硬化严重，导热系数低造成的。为此在切削过程中需使用水性切削冷却液，以减少切削热变形。特别是当焊接时的热处理不好时，无论是怎样提高切削精度，其变形也是不可避免的。其他类型如马氏体型不锈钢、铁素体型不锈钢等不锈钢的切削性能只要不是淬火后进行切削，那么与碳素钢没有太大的不同。但两者均是含碳量越高则切削性能越差。沉淀硬化型不锈钢由于其不同的组织和处理方法而显

16、示不同的切削性能，但一般来说其切削性能在退火状态下与同一系列及同一强度的马氏体型不锈钢和奥氏体型不锈钢相同。欲改善不锈钢的切削性能，与碳素钢一样可通过添加硫、铅、铋、硒和碲等元素来实现。其中添加如硫硒和碲等元素可减轻工具的磨损，添加铅和铋等元素可改善切削状态。虽然添加硫可改善不锈钢的切削性能，但是由于它是以MnS化合物的形式存在于钢中，所以使得耐蚀性明显下降。为解决这个问题，通常是添加少量的钼或铜。（四）淬透性对于马氏体铬镍不锈钢，一般需进行淬火-回火热处理。在这个过程中不同的合金元素及其添加量对淬透性有不同的影响。对马氏体型不锈钢进行淬火时是从925-1075温度进行急冷。由于相变速度低，因

17、此无论是油冷还是空泠都可得到充分的硬化。同样在必须进行的回火过程中，由于回火条件的不同可得到大范围的不同力学性能。在马氏体铬不锈钢中，由于铬的添加可提高铁碳合金的淬透性，因而在需要进行淬火钢中得到广泛的应用。铬的主要作用是可以降低淬火的临界冷却速度，使钢的淬透性得到明显的提高。从C曲线来看，由于铬的添加使奥氏体发生转变的速度减慢，C曲线明显右移。在马氏体铬镍不锈钢中，镍的添加可提高钢的淬透性和可淬透性。含铬接近20%的钢中若不添加镍则无淬火能力。添加2%-4%的镍可恢复淬火能力。但其中镍的含量不能过高，否则过高的镍含量不仅会扩大r相区，而且还会降低Ms温度，这样使钢成为单相奥氏体组织也丧失了淬

18、火能力。选择适当的镍含量，可提高马氏体不锈钢的回火稳定性，并降低回火软化程度。另外，在马氏体铬镍不锈钢中添加钼可增加钢的回火稳定性。铁素体型不锈钢虽然由于在高温下不产生奥氏体，因而不能通过进行淬火来实现硬化，但是低铬钢中发生部分马氏体相变。奥氏体型不锈钢属于Fe-Cr-Ni系和Fe-Cr-Mn系，为奥氏体组织。因此从低温到高温的大的范围内均表现出高的强度和良好的延伸性能。可通过进行从1000以上开始的急冷的固溶化处理来得到非磁性的全部奥氏体组织，从而得到良好的耐蚀性和最大的延伸率。三、物理性能（一）一般物理性能和其他材料一样，物理性能主要包括以下3个方面：熔点、比热容、导热系数和线膨胀系数等热

19、力学性能，电阻率、电导率和磁导率等电磁学性能，以及杨氏弹性模量、刚性系数等力学性能。这些性能一般都被认为是不锈钢材料的固有特性，但是也会受到诸如温度、加工程度和磁场强度的影响。通常情况下不锈钢与纯铁相比导热系数低、电阻大，而线膨胀系数和导磁率等性能则依不锈钢本身的结晶结构而异。表4-1-表4-5中列出了马氏体型不锈钢、铁素体型不锈钢、奥氏体型不锈钢、沉淀硬化型不锈钢和双相不锈钢主要牌号的物理性能。如密度、熔点、比热容、导热系数、线膨胀系数、电阻率、磁导率和纵向弹性系数等参数。（二）物理性能与温度的相关性1.比热容 随着温度的变化比热容会发生变化，但在温度变化的过程中金属组织中一旦发生相变或沉淀

20、，那么比热容将发生显著的变化。2.导热系在600以下，各种不锈钢的导热系数基本在10-30W/（m）范围内，随着温度的提高导热系数有增加趋势。在100时，不锈钢导热系数由大至小的顺序为1Cr17、00Cr12、2Cr25N、0Cr18Ni11Ti、0Cr18Ni9、0Cr17Ni12Mo2、2Cr25Ni20.500时导热系数由大至小有顺序为1Cr13、1Cr17、2Cr25N、0Cr17Ni12Mo2、0Cr18Ni9Ti、和2Cr25Ni20。奥氏体型不锈钢的导热系数较其他不锈钢略低，与普通碳素钢相比，100时奥氏体型不锈钢的导热系数约为其1/4。3.线膨胀系数在100-900范围内，各类

21、不锈钢主要牌号的线膨胀系数基本在10的负6次幂至20的负6次幂负1，且随着温度的升高呈增加趋势。对于沉淀硬化型不锈钢，线膨胀系数的大小由时效处理温度来决定。4.电阻率在0-900，各类不锈钢主要牌号的比电阻的大小基本在70*10的负6次幂至130*10的负6次幂m，且随着温度的增加有增加的趋势，当作为发热材料时，应选用电阻率低的材料。5.磁导率奥氏体型不锈钢的磁导率极小，因此也被称为非磁性材料，具有稳定奥氏体组织的钢，如0Cr20Ni10、0Cr25Ni20等，即使对其进行大于80%的大变形量加工也不会带磁性。另外高碳、高氮、高锰奥氏体型不锈钢，如1Cr17Mn6Ni5N、1Cr18Mn8Ni

22、5N系列以及高锰奥氏体型不锈钢等，在大压下量加工条件会发生相相变，因此保持非磁性。在居里点以上的高温下，即使是强磁性材料也会丧失磁性。但有些奥氏体型不锈钢如1Cr17Ni7、0Cr18Ni9，因为其组织为亚稳定奥氏体组织，因而在进行大压下量冷加工或进行低温加工时会发生马氏体相变，本身将具有磁性且磁导率也会提高。6.弹性模量室温下铁素体型不锈钢的纵向弹性模量为200KN/mm的平方，奥氏体型不锈钢的纵向弹性模量为193KN/mm的平方，略低于碳素结构钢。随着温度的升高纵向弹性模量减小，泊松比增加，横向弹性模量（刚度）则显著下降。纵向弹性模量将对加工硬化和组织集合产生影响。7.密度含铬量高的铁素体

23、型不锈钢密度小，含镍量高和鴚锰量高的奥氏体型不锈钢的密度大。在室温下由于晶格间距的加大密度变小。（三）低温下的物理性能1.导热系数各类不锈钢在极低温度下的导热系数的大小略有差异，但总的来说是室温下导热系数的1/50左右。在低温上随着磁通（磁通密度）的增加导热系数增加。2.比热容 在极低温度下，各种不锈钢的比热容有一些差异。比热容受温度的影响很大，在4K时的比热容可减小至室温下比热容的1/1 100以下。3.热膨胀性对于奥氏体型不锈钢，在80K以下收缩率（相对于273K）的大小略有差异。镍的含量对收缩率有一定的影响。在极低温度下各牌号间电阻率大小的差异加大。合金元素对电阻率的大小有较大的影响。5

24、.磁性在低温下。奥氏体型不锈钢随材质的不同其质量磁化率对负荷磁场的影响有差异。不同的合金元素含量也有差异。不同牌号的磁导率没有什么差异。在低温下，有磁性转变的奥氏体型不锈钢其泊松比相应地产生极值。四、耐腐蚀性能不锈钢的耐腐蚀性能一般随铬含量的增加而提高。其基本原理是，当钢中有足够的铬时，在钢的表面形成非常薄的至密的氧化膜，它可以防止进一步的氧化或义腐蚀。氧化性的环境可以强化这种膜，而还原性环境则必然破坏这种膜，造成钢的腐蚀。（一）在各种环境中的耐腐蚀性能1.大气腐蚀不锈钢耐大气腐蚀基本上是随大气中的氯化物的含量而变化的。因此，靠近海洋或其他氯化物污染源对不锈钢的腐蚀是极为重要的。一定量的雨水，

25、只有对钢表面的氯化物浓度起作用时才是重要的。农村环境 1Cr13、1Cr17和奥氏体型不锈钢可以适应各种用途，其外观上不会有显著的改变。因此，在农村暴露使用的不锈钢可以根据价格，市场供应情况，力学性能、制作加工性能和外观来选择。工业环境 在没有氯化物污染的工业环境中，1Cr17和奥氏体型不锈钢能长期工作，基本上保持无锈蚀，可能在表面形成污膜，但当将污膜清除后，还保持着原有的光亮外观。在有氯化物的工业环境中，将造成不锈钢锈蚀。海洋环境 1Cr13和1Cr17不锈钢在短时期就会形成薄的锈膜，但不会造成明显的尺寸上的改变，奥氏体型不锈钢如1Cr17Ni7、1Cr18Ni9和0Cr18Ni9，当暴露于

26、海洋环境时，可能出现一些锈蚀。锈蚀通常是浅薄的，可以很容易地清除。0Cr17Ni12M02含钼不锈钢在海洋环境中基本上是耐腐蚀的。除了大气条件外，还有另外两个影响不锈钢耐大气腐蚀性能的因素。即表面状态和制作工艺。精加工级别影响不锈钢在有氯化物的环境中的耐腐蚀性能。无光表面（毛面）对腐蚀非常敏感。即正常的工业精加工表面对锈蚀的敏感性较小。表面精加工级别还影响污物和锈蚀的清除。从高精加工的表面上清除污物和锈蚀物很容易，但从无光的表面上清除则很困难。对于无光表面，如果要保持原有的表面状态则需要经常的清理。2.淡水淡水可定义为不分酸性、盐性或微咸，来源于江河、湖泊、池塘或井中的水。淡水的腐蚀性受水的p

27、H值、氧含量和成垢倾向性的影响。结垢（硬）水。其腐蚀性主要由在金属表面形成垢的数量和类型来决定。这种垢的形成是存在其中的矿物质和温度的作用。非结垢（软）水，这种水一般比硬水的腐蚀性强。可以通过提高pH值或减少含氧量来降低其腐蚀性。1Cr13不锈钢明显地比碳素钢耐淡水腐蚀，而且在淡水中使用有极好的特征。这种钢广泛用于例如需要高强度和耐腐蚀的船坞和水坝等用途。然而，应当考虑到在某些情况下。1Cr13在淡水中可能对中度点蚀敏感.但是点蚀完全可以用阴极防蚀方法来避免。1Cr17和奥氏体型不锈钢在室温（环境温度）几乎完全可以耐淡水腐蚀。3.酸性水酸性水是指从矿石和煤浸析出的被污染的自然水，由于是较强的酸

28、性所以其腐蚀性比自然淡水强得多。，由于水对矿石和煤中所含硫化物的浸析作用，酸性水中通常含有大量的游离硫酸，此外，这种水含有大量的硫酸铁，对碳钢的腐蚀有非常大的作用。受酸性水作用的碳钢设备通常很快被腐蚀。用受酸性河水作用的各种材料所做试验的结果表明，在这种环境下奥氏体型不锈钢有较高的耐腐蚀性能。奥氏体型不锈钢在淡水和酸性河水中有极好的耐腐蚀性能，特别是其腐蚀膜对热传导的阻碍较小，所以在热交换用途中广泛使用不锈钢管。4.盐性水盐性水的腐蚀特点是经常以点蚀的形式出现。对于不锈钢，在很大程度上是由于盐性水导致起耐腐蚀作用的钝化膜局部破坏。这些钢发生点蚀的其他原因是附着于不锈钢设备上的茗荷介和其他海水有机物可形成报送的浓差电池。一旦形成，这些电池非常活跃，并且造成大量腐蚀和点蚀。在盐性水高速流动的情况下，例如泵的叶轮，