不锈钢相关知识简介

不锈钢相关知识简介工艺部彭宏伟不锈钢是指一些在空气、水、盐的水溶液、酸及其他腐蚀介质中具有高度化学稳定性的钢类。有时仅把能够抵抗大气腐蚀的钢叫做不锈钢而把在某些浸蚀性强烈的介质中能够抗腐蚀的钢叫耐酸钢。不锈钢不一定耐酸，耐酸钢同时又是不锈钢。不锈钢是化肥、石油、化工、国防等工业部门广泛使用的材料。•主要从以下几个方面耐对不锈钢进行简单介绍不锈钢简介•金属的腐蚀•对不锈钢性能要求及影响因素•不锈钢的分类•不锈钢的特性及用途•不锈钢加工中应注意的问题•不锈钢的清洁问题一、金属的腐蚀•金属的腐蚀按其性质不同分为化学腐蚀和电化学腐蚀。•化学腐蚀是金属与外界介质发生纯化学反应而被腐蚀。即介质与金属直接接触发生化学反应。电化学腐蚀是有电流产生的腐蚀过程，金属在电解质中的腐蚀是由于形成原电池引起的。•同一块金属，由于其显微组织不同其电极电位也不相同，一般来说，化合物的电极电位比固溶体的高，当钢暴露在大气中时，表面往往会吸附一层水膜，由于大气中CO2等的溶解，水膜便成为有导电能力的电解液，于是在钢中的化合物与固溶体之间构成了微电池。而固溶体因电极电位低而成为阳极被腐蚀，这就是钢的电化学腐蚀,在夏天潮湿的天气下，钢很容易生锈就是这个原因。金属的腐蚀•根据以上分析，为了提高钢的抗腐蚀能力，可以从三个方面着手。•使钢表面形成稳定的保护膜；•使钢得到单一的固溶体组织；•提高固溶体的电极电位。常见的金属腐蚀类型有以下几种（一）、一般腐蚀（或称连续腐蚀）腐蚀一般是均匀地分布在整个金属内、外表面上的。由于腐蚀使零件的有效截面不断减小而告破坏。这种形式的腐蚀，破坏着大量的金属材料。但从技术观点来看，其危险性不大，因为只要采取适当的保护措施，即可减轻这类腐蚀。通常用腐蚀速度，即单位面积金属在单位时间内的失量或腐蚀率，即每年腐蚀掉的金属深度不表示。常见的金属腐蚀类型（二）、晶间腐蚀沿金属晶粒边缘进行的腐蚀称为晶间腐蚀。这种腐蚀危险性最大，因为它在不引起金属外形任何变化的情况下，使零件的机械性能急剧降低，致使设备突然破坏。常见的金属腐蚀类型（三）、点腐蚀点腐蚀集中在金属表面不大的区域内，并迅速地向深处发展，最后穿透金属。点腐蚀是不锈钢常见的腐蚀破坏类型之一，它是在介质的作用下，不锈钢表面钝化膜局部受到破坏造成的。在含有氯离子的介质中容易引起不锈钢的点腐蚀，因为氯离子容易吸附在不锈钢表面的个别点上，破坏该处的钝化膜将钢的表面暴露出来，形成微阳极，而其他区域为阴极，组成了微电池。微阳极区的不断腐蚀形成了不锈钢的点腐蚀。不锈钢点腐蚀的危害很大，一般用单位面积上的腐蚀坑数量及最大的腐蚀深度不评定不锈钢点腐蚀顷向的大小。常见的金属腐蚀类型（四）、应力腐蚀断裂不锈钢在拉应力状态下在某些介质中经过一段不长的时间，就会发生破裂，随着拉应力的加大，发生破裂的时间也越短。当应力取消时，钢的腐蚀量很小，且不发生破裂。这种现象称不应力腐蚀破裂。应力的来源通常是由于金属经过不正确的热处理或焊接和冷加工过程产生的残余应力，也可能是外加负荷，或者是两者同时存在。金属应力腐蚀断裂是具有选择性的，一定的金属在一定的介质中才会产生，奥氏体不锈钢在热浓氯化物溶液中有应力腐蚀开裂顷向，在奥氏体不锈钢中加入2-4%的硅能改善金刚的抗应力腐蚀断裂性能，增加镍含量也有效，还应限制钢中的氮含量。消除不锈钢应力腐蚀敏感性的主要手段是消除应力处理。常见的金属腐蚀类型（五）、腐蚀疲劳•腐蚀疲劳是在交变应力作用下钢在腐蚀介质中的腐蚀破坏。如在腐蚀性介质中叶片、轴等零件，均可因腐蚀疲劳而破坏。常见的金属腐蚀类型（六）、磨损腐蚀•若同时存在电化学腐蚀和机械磨损时，两者相互加速，这种腐蚀称为磨损腐蚀。在同时存在电化学腐蚀和机械磨损时，两者相互加速，这种腐蚀称为磨损腐蚀。空穴腐蚀是一咱重要的磨损腐蚀，在高速流动的液体中因流动的不规则性产生的空穴。由于压力和流动条件的变化,空穴会周围性地产生和消失,当空穴消失时,其周围高压形成很大的压力差,对靠近空穴的金属表面产生冲击,破坏保护膜,使腐蚀不断深入,产生空穴.二、对不锈钢性能要求及影响因素1、对不锈钢的性能要求•对不锈钢来说主要是要求钢材在介质中有耐腐蚀性，同时还对其机械性能和工艺性能提出要求。•机械性能是对金属材料的一般要求，在一定韧性配合下，钢材的机械强度越高，越能减轻结构的重量从而节约成本并处长使用寿命。大量的不锈钢用作焊接件，因而要求焊接以后机械性能不降低，不允许晶粒长大或某些化合物从固溶体中析出，使材料变脆，焊缝区域的耐腐蚀性能应无显著变化。•由于不锈钢在使用前往往需要进行冷作加工成形，因此冷加工变形性也是一些不锈钢的重要指标之一。二、对不锈钢性能要求及影响因素2、合金元素及碳对不锈钢组织和性能的影响•化学元素中，用于不锈钢的约有十余种，它们是碳、铬、镍、锰、硅、钼、钛、铌和氮等。•碳--不锈钢组织和性能在很大程度上取决于钢中的碳含量。一般来说，钢中的碳量越高，耐腐蚀性越低；而不锈钢的强度则因碳含量的提高而增加，因此碳在不锈钢中的作用是矛盾的，对于不锈钢来说，要求耐腐蚀性是主要的，所以不锈钢的碳含量一般都比较低。•铬--铬是决定不锈钢耐蚀性能的主要元素。因为铁的电极电位低，要提高其耐腐蚀性，必须提高它的电极电位，使其在介质的作用下，表面形成致密的、稳定的钝化膜，铬是提高铁的电极电位最有效的元素。二、对不锈钢性能要求及影响因素•镍--镍是奥氏体形成元素，但它的耐腐蚀作用只有与铬配合时才能充分发挥出来。如果单独使用镍而不使用铬，低碳镍钢要获得纯奥氏体的组织，镍含量要达到24%，镍含量到达27%时才能提高钢的耐腐蚀性能。当镍和铬配合时，镍的作用则显著表现出来，如向铁中少量镍即可由单相的铁素体转变为铁素体和奥氏体的两相组织，在18%铬钢中加入8%的镍后可以获得完全奥氏体组织，这就是广泛应用的18-8型铬镍奥氏体不锈钢。•锰--锰是镍的代用元素之一，锰和镍一样是形成奥氏体的元素，但锰对提高固溶体电极电位的作用不大。形成的氧化膜也没有防护作用。锰在形成奥低体方面的作用约为镍的1/2，由于铬锰奥氏体钢的抗晶间腐蚀能力低，目前应用的是以锰代替部分镍或采用锰加氮的方法来代替全部的镍。二、对不锈钢性能要求及影响因素•钼--钼可以增加不锈钢的钝化作用和耐蚀性，阻止点腐蚀倾向。狎不锈钢中加入1-3%的钼，可使其在有机酸中的耐蚀性能提高，能抵抗所有浓度醋酸的作用。在18-8型不锈钢中加1。5-4%的钼，可以提高其在各种有机酸、过氧化氢、硫酸盐、酸性染料等中的耐蚀性能。由于钼是铁素体形成元素，加入钼后，为得到纯奥氏体组织，要相应地增加镍的含量。•铜--铜的作用也是形成奥氏体元素，但作用比锰小，在铬不锈钢中加入铜（1%以下）可以提高耐蚀性与流动性，得到高质量的铸件，在铬镍奥氏体不锈钢中同时添加钼与铜（1-3%），可以提高在硫酸中的耐蚀性，在低浓度的盐酸中也较不含铜与钼的稳定性高。二、对不锈钢性能要求及影响因素•硅--硅是铁素体形成元素，在一般不锈钢中不常存的杂质元素，但它可以提高不锈钢的抗化性，使奥氏体不锈钢的抗应力腐蚀断裂能力提高。•钛和铌--钛和铌是强碳化物形成元素，它们是为形成稳定碳化物，防止晶间腐蚀而加入钢中的。钛和铌还能改善钢的焊接性能。二、对不锈钢性能要求及影响因素•氮--氮是形成奥氏体的元素，可以部分地代替镍，但由于其在奥氏体中的溶解度小，易使铸件产生气孔和疏松，所以加入量不能太多，一般不超过0.25%•稀土--稀土元素对钢的耐蚀性没什么影响，不锈钢中加入稀土主要作用是细化晶粒，改善夹杂物的分布。提高工艺性能。二、对不锈钢性能要求及影响因素3、热处理对不锈钢性能的影响•不锈钢只有通过热处理才能获得良好的耐腐蚀性，如果热处理方法不正确，或不经过热处理，不锈钢就不能充分发挥其耐腐蚀性。•马氏体不锈钢一般不在退火状态下使用，退火后的马氏体不锈钢中存在大量的碳化铬，不权使固溶体中的铬含量降低，并且由于碳化铬颗粒与基体构成许多微电池，更会加速钢的腐蚀。•为了保证马氏体钢的耐腐蚀性，马氏体不锈钢都是经过淬火、回火处理以后才使用的，制作结构件时，由于要求较好的强韧性配合，在淬火后进行高温回火处理，要求获得高硬度、高耐磨性的零件时，在淬火后进行低温回火处理。二、对不锈钢性能要求及影响因素4、焊接及焊补对不锈钢性能的影响•由于焊接过程中，焊缝的温度很高，焊缝的组织会发生变化，因此正确的焊接工艺是保证不锈钢耐腐蚀性的重要条件。如奥氏体不锈钢在焊接过程中要严格控制层间温度，防止层间温度过高，使焊缝的金相组织发生改变而影响焊缝的耐蚀性出现刀口腐蚀现象。对性能要求高的零件，可在焊后进行一次固溶处理以保证零件的耐腐蚀性。三、不锈钢的分类•根据基体组织的不同，不锈钢分为以下几类：•马氏体钢，包括马氏体-铁素体钢；•铁素体钢，包括铁素体-马氏体钢；•奥氏体钢；•奥氏体-铁素体钢；•沉淀硬化型不锈钢三、不锈钢的分类1、马氏体钢马氏体不锈钢是一类可以通过热处理（淬火、回火）对其性能进行调整的不锈钢，是可硬化的不锈钢。按合金元素的差别，可分为马氏体铬不锈钢和马氏体铬镍不锈钢。三、不锈钢的分类•马氏体铬不锈钢主要有铬13型。•铬13型马氏体不锈钢可用于常温下的的腐蚀介质如盐水溶液、硝酸及某些浓度不太高的有机酸设备。•1Cr13、2Cr13马氏体不锈钢主要制作要求塑性较高与受冲击载荷的零件，如叶片、水压机阀和在高温下工作的螺钉、螺母，常温下耐腐蚀介质（盐水溶液、硝酸及某些浓度不太高的有机酸等）的设备，为获得好的耐腐蚀性，一般采用淬火加高温回火处理。•3Cr13、4Cr13在经淬火回低温回火后可以用于要求硬度高，同时又要求耐蚀的零件，如医疗器械、滚动轴承部件等。三、不锈钢的分类马氏体铬镍不锈钢主要是铬17型如1Cr17Ni2钢1Cr17Ni2钢是在Cr17钢的基础上加2%的镍而成的，由于镍的加入扩大了奥氏体区，它在加热到高温时由原来的单铁素体过渡到铁素体和奥氏体两相区，淬火后奥氏体转变成马氏体，材料部分被强化。它既具有相当于铬13型不锈钢的机械性能，又保持了Cr17钢的耐腐蚀性能，特别是在海水中与铜合金接触时具有很高的电化学稳定性，该材料广泛应用于化工机械、造船工业及航空工业等方面。三、不锈钢的分类2、铁素体不锈钢•在使用状态下以铁素体组织为主的不锈钢。含铬量在11%～30%，具有体心立方晶体结构。这类钢一般不含镍，有时还含有少量的Mo、Ti、Nb等到元素，这类钢具导热系数大，膨胀系数小、抗氧化性好、抗应力腐蚀优良等特点，多用于制造耐大气、水蒸气、水及氧化性酸腐蚀的零部件三、不锈钢的分类3、奥氏体不锈钢•奥氏体不锈钢在常温下具有奥氏体组织的不锈钢。钢中含Cr约18%、Ni8%～10%、C约0.1%时，具有稳定的奥氏体组织。奥氏体铬镍不锈钢包括著名的18Cr-8Ni钢和在此基础上增加Cr、Ni含量并加入Mo、Cu、Si、Nb、Ti等元素发展起来的高Cr-Ni系列钢。奥氏体不锈钢无磁性而且具有高韧性和塑性，但强度较低，不可能通过相变使之强化，仅能通过冷加工进行强化。如加入S，Ca，Se，Te等元素，则具有良好的易切削性。此类钢除耐氧化性酸介质腐蚀外，如果含有Mo、Cu等元素还能耐硫酸、磷酸以及甲酸、醋酸、尿素等的腐蚀。此类钢中的含碳量若低于0.03%或含Ti、Ni，就可显著提高其耐晶间腐蚀性能。高硅的奥氏体不锈钢在浓硝酸中有良好的耐蚀性。由于奥氏体不锈钢具有全面的和良好的综合性能，在各行各业中获得了广泛的应用三、不锈钢的分类•奥氏体不锈钢主要有铬18型，如1Cr18Ni9、Cr18Ni12Mo2等。奥氏体不锈钢是耐腐蚀性最好的一类钢，通过添加其它多种元素，可以调整和改善在氧化性、非氧化性和各种强腐蚀介质条件下的耐腐蚀性能及其它特殊性能。•奥氏体不锈钢中的碳含量越低耐腐蚀性越好，奥氏体不锈钢中入钛和铌后可防止钢的晶间腐蚀。三、不锈钢的分类4、奥氏体-铁素体双相不锈钢•双相不锈钢由奥氏体相和铁素体相组成.它在一定程度上兼有奥氏体钢和铁素体钢的特征.奥氏体相的存在,降低了铁素体不锈钢的脆性,防止了晶粒长大倾向,提高了韧性和