不锈钢选用

2020/6/1華新麗華(股)公司鹽水廠1不锈钢选用华新丽华(股)公司报告人：工程师关圣立2020/6/1華新麗華(股)公司鹽水廠2不锈钢选用材料特性材料机械性质高温、低温性质加工塑性成形性…………使用环境温度腐蚀环境功能/结构…………成本材料成本加工成本维修成本………..选择适当的材料2020/6/1華新麗華(股)公司鹽水廠3•材料选用基准加工强化材料(如弹簧钢、车幅线；稳定机械性及加工硬化性)选用304H、302；不可选用304、430、410低温环境下使用(低温脆裂；材料之冲击性质)选择奥氏体不锈钢；不可选用铁素体、马氏体、双相钢(材料结构有关；需有极佳P、S控制能力；本厂制程能力P：0.02%；S：0.001%)腐蚀环境的要求严重腐蚀环境：奥氏体不锈钢、双相不锈钢中度腐蚀环境：铁素体不锈钢轻度腐蚀环境：马氏体不锈钢、析出硬化型不锈钢抗敏化现象(造成材料局部腐蚀及晶界裂化)选择低碳系列钢种如304L；稳态系列钢种如321、347(极低碳控制能力、稳定固溶化处理制程及材料温度稳定性；本厂制程能力：C：0.02%)快削鋼選用(改善刀具粘屑及材料切屑不易断裂的问题)304F、303F、303Cu、316F、430F、416(控制均匀适当的MnS分佈)2020/6/1華新麗華(股)公司鹽水廠4不锈钢材料特性•不锈钢材料基本简介沃斯田铁系(奧氏體不銹鋼)肥粒铁系(铁素體不銹鋼)麻田散铁系(馬氏體不銹鋼)析出硬化型双相钢•高、低温性质•475C脆性、相脆性•不锈钢在化学环境腐蚀特性•不锈钢之抗腐蚀性与加工性•成本因素2020/6/1華新麗華(股)公司鹽水廠5沃斯田铁系不锈钢特性沃斯田铁系不锈钢包含2XX、3XX材料微观组织相、+相(+相)材料强化：固溶强化、加工强化退火状态之材料不具磁性，冷加工后材料磁性随加工量的增加而增加冲击性质佳，无韧脆转换温度(DBTT)具有良好的耐蚀性，但需避免敏化现象、SCC现象、孔蚀现象沃斯田铁系不锈钢车削性质2020/6/1華新麗華(股)公司鹽水廠6沃斯田铁系不锈钢分类(p18)304316204Cu具有良好的耐蚀性，但须避免敏化现象、SCC腐蚀及孔蝕无磁性(退火状态)，加工成形会呈现磁性冲击性质佳易焊接2020/6/1華新麗華(股)公司鹽水廠7材料微观组织：相、+相(+相)(p27)130153169M3162302632110FV548330473474310820Cr-25Ni-NbT=1100C大部分沃斯田鐵系不銹鋼為雙相材(相+相)熱處理可降低相面積率，但無法借由熱處理達到完全消除。2020/6/1華新麗華(股)公司鹽水廠8沃斯田铁系不锈钢强化机构(p25~26)•固溶强化：利用C、N、B.….等合金元素强化材料强度•加工硬化：材料变形，形成沃斯田体相自体加工硬化及变形诱发麻田散体相变态-麻田散体相(一般以测定此相判断磁性大小)-麻田散体相加工量材料强度材料磁性选取钢种：304N、316N、304H、302.….2020/6/1華新麗華(股)公司鹽水廠9沃斯田铁系不锈钢强化机构(p19、p28)18/9304-as-annealed304-as-rolled2020/6/1華新麗華(股)公司鹽水廠10沃斯田铁系不锈钢强化机构(p29)沃斯田铁系不锈钢常温微观组织为准沃斯田体相及麻田散体相共存，因此常温加工沃斯田体不锈钢易生成麻田散体相-麻田散体相，可以用400C~800C热处理消除-麻田散体相，可以用150C~400C热处理消除高强度选取钢种(弹簧线、五金硬线、车幅线)：304H、302、310…..等2020/6/1華新麗華(股)公司鹽水廠11沃斯田铁系不锈钢之冲击性质(p35)沃斯田铁系不锈钢为面心立方结构(fcc)，无韧脆转换温度，适合低温使用肥粒铁系不锈钢为立方体心结构(bcc)，有韧脆转换温度，不适合低温使用低温使用钢种：304N、310、316.….等2020/6/1華新麗華(股)公司鹽水廠12不锈钢之腐蚀现象(p69)均匀腐蚀伽凡尼腐蚀间隙腐蚀孔蚀晶界腐蚀应力腐蚀腐蚀疲劳冲蚀腐蚀氢脆2020/6/1華新麗華(股)公司鹽水廠13沃斯田铁系不锈钢之敏化现象(晶界腐蚀)(p30~31)碳元素在沃斯田铁相固溶450C~850C析出碳化物可利用TTP图、TTS图判断，材料适当热处理及使用温度区间避免敏化钢种：304L、316L、317L、321、347.….等304-as-annealed304-650CX3hr2020/6/1華新麗華(股)公司鹽水廠14沃斯田铁系不锈钢之SCC现象(p75~76)构成应力腐蚀的条件腐蚀环境材料敏感性外加应力(拉伸应力)选用钢种：304L、304H、302、316、347、310、314.….等(X100)2020/6/1華新麗華(股)公司鹽水廠15沃斯田铁系不锈钢之孔蚀现象(p73)自催化反应选用钢种：316、316L、317.….等2020/6/1華新麗華(股)公司鹽水廠16沃斯田铁系不锈钢之孔蚀现象(p74)表面粗糙度孔蚀现象ASTMG48-6%FeCl2~0.01m~0.10m~1.0m2020/6/1華新麗華(股)公司鹽水廠17沃斯田铁系不锈钢之车削性质(p32)材料添加Mn、S、Se.….等合金元素，改善沃斯田铁系不锈钢车削性质快削钢种：304F、303F、303Cu.….等304303F2020/6/1華新麗華(股)公司鹽水廠18肥粒铁系不锈钢特性肥粒铁系不锈钢分类材料微观组织相、+相材料强化机构冲击性质敏化现象、SCC现象高温热疲劳性车削钢种2020/6/1華新麗華(股)公司鹽水廠19肥粒铁系不锈钢(4XX)分类(p20)430具有良好的耐蚀性(抗Cl应力腐蚀、孔蚀、间隙腐蚀)无法藉由加工硬化强化材料常温韧性不佳，有韧脆转换温度，不适合低温使用过热及焊接会造成晶粒粗大，且焊接时需作预热及焊后热处理2020/6/1華新麗華(股)公司鹽水廠20材料微观组织：相、+相(p33~34)符合%Cr-17(%C)12.5%时，材料由高温至低温之微观组织为相或+相。C0.12%、14%~18%Cr：430；变形加工温度900C，易生成相(冷却至室温时会形成麻田散体相)。C0.35%、23%~30%Cr：446；材料由低温至高温无相变化，但应避免晶粒粗大的现象。2020/6/1華新麗華(股)公司鹽水廠21肥粒铁不锈钢之加工硬化(p19)无法藉由加工硬化达到材料强化的目的。2020/6/1華新麗華(股)公司鹽水廠22肥粒铁系不锈钢之冲击性质(p35~36)肥粒铁系不锈钢为立方体心结构(bcc)，有韧脆转换温度，不适合低温使用Cr%DBTT偏向高温侧T(C)2020/6/1華新麗華(股)公司鹽水廠23肥粒铁系不锈钢之敏化现象(p36)沃斯田铁系不锈钢敏化温度区间500C~850C肥粒铁系不锈钢敏化温度区间400C~700C2020/6/1華新麗華(股)公司鹽水廠24肥粒铁系不锈钢之SCC现象肥力铁不锈钢具有良好抵抗应力腐蚀2020/6/1華新麗華(股)公司鹽水廠25肥粒铁系不锈钢之高温热疲劳性(p37)肥粒铁系不锈钢的高温疲劳阻抗性质较优于沃斯田铁系不锈钢添加铌(Nb)合金元素达到改善肥粒铁系不锈钢之高温机械性质使用钢种：430、409Cb.….等2020/6/1華新麗華(股)公司鹽水廠26肥粒铁系不锈钢之车削性质材料添加Mn、S.….等合金元素，改善肥粒铁系不锈钢车削性质使用钢种：430F304303F430446430F020406080100TurningIndex(%)2020/6/1華新麗華(股)公司鹽水廠27麻田散铁系不锈钢特性麻田散铁系不锈钢分类材料微观组织冲击性质回火脆性耐蚀性质车削钢种2020/6/1華新麗華(股)公司鹽水廠28麻田散铁不锈钢(4XX)分类(p21)410-as-annealed410-WQ可藉由热处理提升材料强度回火脆性常温韧性不佳，有韧脆转换温度，不适合低温使用耐蚀性较差2020/6/1華新麗華(股)公司鹽水廠29材料微观组织(p39)材料由高温时之微观组织为相或+相。退火材为相+Carbide。淬火微观组织为麻田散体相(残留沃斯田体相)2020/6/1華新麗華(股)公司鹽水廠30麻田散铁系不锈钢之冲击性质(p35)麻田散铁系不锈钢为立方体心结构(bcc)，有韧脆转换温度，不适合低温使用。2020/6/1華新麗華(股)公司鹽水廠31麻田散铁系不锈钢之回火脆性(p40)麻田散铁系不锈钢为在400°C~550°C回火处理，碳化物于晶界析出造成回火脆性。2020/6/1華新麗華(股)公司鹽水廠32麻田散铁系不锈钢之耐蚀性质(p16)严重腐蚀环境：沃斯田铁系不锈钢、双相不锈钢中度腐蚀环境：肥粒铁系不锈钢轻度腐蚀环境：麻田散铁系不锈钢、析出硬化型不锈钢2020/6/1華新麗華(股)公司鹽水廠33麻田散铁系不锈钢之耐蚀性质(p39)本廠以添加钼(Mo)合金元素达到改善麻田散铁系不锈钢之耐蚀性质(鹽霧測試結果)2020/6/1華新麗華(股)公司鹽水廠34麻田散铁系不锈钢之车削性质材料添加Mn、S.….等合金元素，改善麻田散铁系不锈钢车削性质使用钢种：416、420F304410420416420F020406080100TurningIndex(%)2020/6/1華新麗華(股)公司鹽水廠35析出硬化型不锈钢特性析出硬化型不銹鋼種類及析出物AlloyPrecipitation-hardeningphaseMartensitictypesPH13-8MoCoherentNiAl+finepartical15-5PHFace-centeredcubicCurichphase17-4PHFace-centeredcubicCurichphaseCustom450LavestypephasecontainingFe,Mo,NbCustom455HexagonalclosepackedorderedcoherentNi3TiSemiaustenitictypes17-7PHOrderedbobycenteredcubicPH15-7MoNiAl+Ni3AlAM-350Cr2NAM-350Cr2NAustenitictypesA-286Ni3(Al,Ti)JBK-75Ni3(Al,Ti)三种微观组织形态(1)沃斯田析出硬化不锈钢；(2)半沃斯田析出硬化不锈钢；(3)麻田散铁析出硬化不锈钢析出硬化型不锈钢即为铬镍系不锈钢添加铜(Cu)、铝(Al)、钼(Mo)、钴(Co)、钛(Ti)、铌(Nb)等合金元素，经过适当热处理(以固溶化热处理为主)后供应下游加工业。析出硬化型不锈钢Ms温度会随沃斯田铁化处理温度的增加而降低，此为高温时合金元素为固溶状态造成Ms温度会低于室温。加工成行后，才进行人工时效热处理(artificalaging)达到析出硬化的目的，因不需淬火，故变形量不大，适合制作高精密之机械配件。2020/6/1華新麗華(股)公司鹽水廠36双相不锈钢特性双相不锈钢分类及材料微观组织机械性质及冲击性质耐蚀性质优选腐蚀现象2020/6/1華新麗華(股)公司鹽水廠37双相不锈钢之分类及微观组织(p24)双相不锈钢添加铬(Cr)、镍(Ni)、钼(Mo)、钨(W)等合金元素，此钢种分类以下形态：(1)Fe-23Cr-4.0Ni-0.1N，2304；(2)Fe-22Cr-5.5Ni-3.0Mo-0.15N，2205；(3)Fe-25Cr-5.0Ni-2.5Mo-0.17N-Cu，2505；(4)Fe-25Cr-7.0Ni-3.5