不銹鋼的種類和特點(diǎn)

不銹鋼有兩種分類法：一種是按合金元素的特點(diǎn)，劃分為鉻不銹鋼和鉻鎳不銹鋼；另一種是按在正火狀態(tài)下鋼的組織狀態(tài)，劃分為M不銹鋼、F不銹鋼、A不銹鋼、A一F雙相不銹鋼。 
1、馬氏體不銹鋼  
典型的馬氏體不銹鋼有1Cr13-4Cr13和9Cr18等 
1Cr13鋼加工工藝性能良好。可不經(jīng)預(yù)熱進(jìn)行深沖、彎曲、卷邊及焊接。2Crl3冷變形前不要求預(yù)熱，但焊接前需預(yù)熱，1Crl3、2Cr13主要用來(lái)制作耐蝕結(jié)構(gòu)件如汽輪機(jī)葉片等，而3Cr13、4Cr13主要用來(lái)制作醫(yī)療器械外科手術(shù)刀及耐磨零件；9Crl8可做耐蝕軸承及刀具。 
2、鐵素體不銹鋼 
鐵素不銹鋼的含Cr量一般為13％-30％合碳量低于0.25%。有時(shí)還加入其它合金元素。金相組織主要是鐵素體，加熱及冷卻過(guò)程中沒(méi)有α<=>γ轉(zhuǎn)變，不能用熱處理進(jìn)行強(qiáng)化。抗氧化性強(qiáng)。同時(shí)，它還具有良好的熱加工性及一定的冷加工性。鐵素體不銹鋼主要用來(lái)制作要求有較高的耐蝕性而強(qiáng)度要求較低的構(gòu)件，廣泛用于制造生產(chǎn)硝酸、氮肥等設(shè)備和化工使用的管道等。 
典型的鐵素體不銹鋼有Crl7型、Cr25型和Cr28型。  
3，奧氏體不銹鋼 
奧氏體不銹鋼是克服馬氏作不銹鋼耐蝕性不足和脆性過(guò)大而發(fā)展起來(lái)的。基本成分為Crl8％、Ni8％簡(jiǎn)稱18－8鋼。其特點(diǎn)是合碳量低于0.1％，利用Cr、Ni配合獲得單相奧氏體組織。 
奧氏作不銹鋼一般用于制造生產(chǎn)硝酸、硫酸等化工設(shè)備構(gòu)件、冷凍工業(yè)低溫設(shè)備構(gòu)件及經(jīng)形變強(qiáng)化后可用作不銹鋼彈簧和鐘表發(fā)條等。 
奧氏體不銹鋼具有良好的抗均勻腐蝕的性能，但在局部抗腐蝕方面，仍存在下列問(wèn)題： 
（1）奧氏體不銹鋼的晶間腐蝕  
奧氏作不銹鋼在450-850℃保溫或緩慢冷卻時(shí)，會(huì)出現(xiàn)晶問(wèn)腐蝕。含碳量越高，晶間蝕傾向性越大。此外，在焊接件的熱影響區(qū)也會(huì)出現(xiàn)晶間腐蝕。這是由于在晶界上析出富Cr的Cr23C6。使其周圍基體產(chǎn)生貧鉻區(qū)，從而形成腐蝕原電池而造成的。這種晶間腐蝕現(xiàn)象在前面提到的鐵素體不銹鋼中也是存在的。 
工程上常采用以下幾種方法防止晶間腐蝕： 
1）降低鋼中的碳量，使鋼中合碳量低于平衡狀態(tài)下在奧氏體內(nèi)的飽和溶解度，即從根本上解決了鉻的碳化物（Cr23C6）在晶界上析出的問(wèn)題。通常鋼中合碳量降至0.03％以下即可滿足抗晶間腐蝕性能的要求。 
2）加入Ti、Nb等能形成穩(wěn)定碳化物（TiC或NbC）的元素，避免在晶界上析出Cr23C6，即可防上奧氏體不銹鋼的晶間腐蝕。 
3）通過(guò)調(diào)整鋼中奧氏體形成元素與鐵素體形成元素的比例，使其具有奧氏體+鐵索體雙相組織，其中鐵素體占5％一12％。這種雙相組織不易產(chǎn)生晶間腐蝕。 
4）采用適當(dāng)熱處理工藝，可以防止晶間腐蝕，獲得*佳的耐蝕性。 
（2）奧氏體不銹鋼的應(yīng)力腐蝕 
 應(yīng)力（主要是拉應(yīng)力）與腐蝕的綜合作用所引起的開裂稱為應(yīng)力腐蝕開裂，簡(jiǎn)稱SCC（Stress Crack Corrosion）。奧氏體不銹鋼容易在含氯離子的腐蝕介質(zhì)中產(chǎn)生應(yīng)力腐蝕。當(dāng)含Ni量達(dá)到8％一10％時(shí)，奧氏體不銹鋼應(yīng)力腐蝕傾向性*大，繼續(xù)增加含Ni量至45-50％應(yīng)力腐蝕傾向逐漸減小，直至消失。 
防止奧氏體不銹鋼應(yīng)力腐蝕的*主要途徑是加入Si2-4％并從冶煉上將N含量控制在0.04％以下。此外還應(yīng)盡量減少P、Sb、Bi、As等雜質(zhì)的含量。另外可選用A-F雙相鋼，它在Cl-和OH-介質(zhì)中對(duì)應(yīng)力腐蝕不敏感。當(dāng)初始的微細(xì)裂紋遇到鐵素體相后不再繼續(xù)擴(kuò)展，鐵素體含量應(yīng)在6%左右。 
（3） 奧氏體不銹鋼的形變強(qiáng)化 
單相的奧氏體不銹鋼具有良好的冷變形性能，可以冷拔成很細(xì)的鋼絲，冷軋成很薄的鋼帶或鋼管。經(jīng)過(guò)大量變形后，鋼的強(qiáng)度大力提高，尤其是在零下溫區(qū)軋制時(shí)，效果更為顯著。抗拉強(qiáng)度可達(dá)2000 MPa以上。這是因?yàn)槌死渥饔不Ч猓€疊加了形變誘發(fā)M轉(zhuǎn)變。 
奧氏體不銹鋼經(jīng)形變強(qiáng)化后可用來(lái)制造不銹彈簧、鐘表發(fā)條、航空結(jié)構(gòu)中的鋼絲繩等。形變后若需焊接，則只能采用點(diǎn)焊工藝、形變使應(yīng)力腐蝕傾向性增加。并因部分γ->M轉(zhuǎn)變而產(chǎn)生鐵磁性，在使用時(shí)（如儀表零件中）應(yīng)予以考慮。 
再結(jié)晶溫度隨形變量而改變，當(dāng)形變量為60％時(shí)，其再結(jié)晶溫度降為650℃冷變形奧氏體不銹鋼再結(jié)晶退火溫度為850-1050℃，850℃則需保溫3h，1050℃時(shí)透燒即可，然后水冷。 
（4） 奧氏體不銹鋼的熱處理  
奧氏體不銹鋼常用的熱處理工藝有：固溶處理、穩(wěn)定化處理和去應(yīng)力處理等。 
1）固溶處理。將鋼加熱到1050-1150℃后水淬，主要目的是使碳化物溶于奧氏體中，并將此狀態(tài)保留到室溫，這樣鋼的耐蝕性會(huì)有很大改善。如上所述，為了防止晶問(wèn)腐蝕，通常采用固溶化處理，使Cr23C6溶于奧氏體中，然后快速冷卻。對(duì)于薄壁件可采用空冷，一般情況采用水冷。 
2）穩(wěn)定化處理。一般是在固溶處理后進(jìn)行，常用于含Ti、Nb的18-8鋼，固處理后，將鋼加熱到850-880℃保溫后空冷，此時(shí)Cr的碳化物完全溶解，脫而鈦的碳化物不完全溶解，且在冷卻過(guò)程中充分析出，使碳不可能再形成鉻的碳化物，因而有效地消除了晶間腐蝕。 
3）去應(yīng)力處理。去應(yīng)力處理是消除鋼在冷加工或焊接后的殘余應(yīng)力的熱處理工藝一般加熱到300-350℃回火。對(duì)于不含穩(wěn)定化元素Ti、Nb的鋼，加熱溫度不超過(guò)450℃，以免析出鉻的碳化物而引起晶間腐蝕。對(duì)于超低碳和含Ti、Nb不銹鋼的冷加工件和焊接件，需在500-950℃,加熱，然后緩冷，消除應(yīng)力（消除焊接應(yīng)力取上限溫度），可以減輕晶間腐蝕傾向并提高鋼的應(yīng)力腐蝕抗力。 
4、奧氏體-鐵素體雙相不銹鋼  
 在奧氏不銹鋼的基礎(chǔ)上，適當(dāng)增加Cr含量并減少Ni含量，并與回溶化處理相配合，可獲得具有奧氏體和鐵素體的雙相組織（含40-60％δ-鐵素體）的不銹鋼，典型鋼號(hào)有0Cr21Ni5Ti、1Cr21Ni5Ti、OCr21Ni6Mo2Ti等。雙相不銹鋼有較好的焊接性，焊后不需熱處理，而且其晶間腐蝕、應(yīng)力腐蝕傾向性也較小。但由于含Cr量高，易形成σ相，使用時(shí)應(yīng)加以注意。 
5.鐵素體鋼 
含鉻大于14％的低碳鉻不銹鋼，含鉻大干27％的任何含碳量的鉻不銹鋼，以及在上述成分基礎(chǔ)上再添加有鉬、鈦、鈮、硅、鋁、、鎢、釩等元素的不銹鋼，化學(xué)成分中形成鐵素體的元素占**優(yōu)勢(shì)，基體組織為鐵素。這類鋼在淬火（固溶）狀態(tài)下的組織為鐵素體，退火及時(shí)效狀態(tài)的組織中則可見到少量碳化物及金屬間化合物。  
屬于這一類的有Crl7、Cr17Mo2Ti、Cr25，Cr25Mo3Ti、Cr28等。鐵素體不銹鋼因?yàn)楹t量高，耐腐蝕性能與抗氧化性能均比較好，但機(jī)械性能與工藝性能較差，多用于受力不大的耐酸結(jié)構(gòu)及作抗氧化鋼使用。 
6.鐵素休－馬氏體鋼 
這類鋼在高溫時(shí)為y+a（或δ）兩相狀態(tài)，快冷時(shí)發(fā)生y-M轉(zhuǎn)變，鐵素體仍被保留，常溫組織為馬氏體和鐵素體,由于成分及加熱溫度的不同，組織中的鐵素體量可在百分之幾至幾十的范圍內(nèi)變化。0Crl3鋼，lCrl3鋼，鉻偏上限而碳偏下限的2Cr13鋼，Cr17Ni2鋼，Cr17wn4鋼，以及在ICrl3鋼基礎(chǔ)上發(fā)展起來(lái)的許多改型12％鉻熱強(qiáng)鋼（這類鋼也叫做耐熱不銹鋼）中的許多鋼號(hào)，如Cr11MoV，Cr12WMoV，Crl2W4MoV，18Crl2WMoVNb等均屬干這一類。  
鐵素體—馬氏體鋼可以部分地接受淬火強(qiáng)化，故可獲得較高的機(jī)械性能。但它們的機(jī)械性能與工藝性能在很大程度上受組織中鐵素體的含量及分布形態(tài)的影響。這類鋼按成分中的含鉻量分屬12～14％與15～18％兩個(gè)系列。前者具有抵抗大氣及弱腐蝕性介質(zhì)的能力，并且具有良好的減震性及較小的線膨脹系數(shù)；后者的耐腐蝕性能與相同含鉻量的鐵素體耐酸鋼相當(dāng)，但在一定程度上也保留著高鉻鐵素體鋼的某些缺點(diǎn)。 
?7.馬氏體鋼 
這類鋼在正常淬火溫度下處在y相區(qū)，但它們的y相僅在高溫時(shí)穩(wěn)定，M點(diǎn)一般在3OO℃左右，故冷卻時(shí)轉(zhuǎn)變?yōu)轳R氏體。 
這類鋼包括2Cr13,2Cr13Ni2,3Cr13以及部分改型12％鉻熱強(qiáng)鋼，如13Cr14NiWVBA，Cr11Ni2MoWVB鋼等。馬氏體不銹鋼的機(jī)械性能、耐腐蝕性能、工藝性能與物理性能，均和含鉻12～14％的鐵素體-馬氏體不銹鋼相近。由于組織中沒(méi)有游離的鐵素體，機(jī)械性能比上述鋼要高，但熱處理時(shí)的過(guò)熱敏感性較低。 
8.馬氏體—碳化物鋼  
Fe－C合金的并析點(diǎn)的含碳為0.83％，在不銹鋼中由于鉻使S點(diǎn)左移，含12％鉻和大于0.4％碳的鋼（圖11-3），以及含18％鉻和大于0.3％碳的鋼（圖卜）3）均屬于過(guò)共析鋼。這類鋼在正常淬火溫度加熱，次生碳化物不能完全溶于奧氏體，因此淬火后的組織為馬氏體和碳化物組成。 
屬于這一類的不銹鋼牌號(hào)不多，卻是一些含碳比較高的不銹鋼，如4Crl3、9Cr18、9Crl8MoV 、9Crl7MoVCo鋼等，含碳量偏上限的3Crl3鋼在較低的溫度下淬火，也可能出現(xiàn)這樣的組織。由于含碳量高,上述9Cr18等三個(gè)鋼號(hào)中雖含有較多的鉻，但其耐腐蝕性能僅與含12～14％鍺的不銹鋼相當(dāng)。這類鋼的主要用途是要求高硬及耐磨的零件，如切削工具、軸承、彈簧及醫(yī)療器械等。 
9.奧氏體鋼 
這類鋼含有較多擴(kuò)大y區(qū)和穩(wěn)定奧氏體的元素，在高溫時(shí)為均為y相，冷卻時(shí)由于Ms點(diǎn)在室溫以下，所以在常溫下具有奧氏體組織。 18-8， 18－12、25-20、20-25Mo等鉻鎳不銹鋼，以錳代替部分鎳并加氮的低鎳不銹鋼如Cr18Mnl0Ni5,Cr13Ni4Mn9,Cr17Ni4Mn9N,Cr14Ni3Mnl4Ti鋼等均屬于這一類。 
奧氏體不銹鋼具有前已述及的許多優(yōu)點(diǎn)，雖然機(jī)械性能也比較低，和鐵素體不銹鋼—樣不能熱處理強(qiáng)化，但可以通過(guò)冷加工變形的方法，利用加工硬化作用提高它們的強(qiáng)度。 這類鋼的缺點(diǎn)是對(duì)晶間腐蝕及應(yīng)力腐蝕比較敏感，需通過(guò)適當(dāng)?shù)睾辖鹛砑觿┘肮に嚧胧┫?/span> 
10.奧氏體－鐵素體鋼 
這類鋼因擴(kuò)大y區(qū)和穩(wěn)定奧氏體元素的作用程度，不足以使鋼在常溫或很高的溫度下具有純奧氏體組織，因此為奧氏體－鐵素體復(fù)相狀態(tài)，其鐵素體量也因成分及加熱溫度不同而可在較大的范圍內(nèi)變化。 
 屬于這一類的不銹鋼很多，如低碳的18－8鉻鎳鋼，加鈦、鈮、鉬的18－8鉻鎳鋼，特別是在鑄鋼的組織中均可見到鐵素體，此外含鉻大于14～15％而碳低于0.2％的鉻錳不銹鋼（如Cr17Mnll），以及目前研究的和已獲得應(yīng)用的大多數(shù)鉻錳氮不銹鋼等。與純奧氏體不銹鋼比較，這類鋼的優(yōu)點(diǎn)很多，如屈服強(qiáng)度較高，抗晶間腐蝕的能力較高，應(yīng)力腐蝕的敏感性低，焊接時(shí)產(chǎn)生熱裂紋的傾向小，鑄造流動(dòng)性好等等。缺點(diǎn)是壓力加工性能較差，點(diǎn)腐蝕傾向較大，易產(chǎn)生c相脆性，在強(qiáng)磁場(chǎng)作用下表現(xiàn)出弱磁性等。所有這些優(yōu)點(diǎn)和缺點(diǎn)均來(lái)源于組織中的鐵素體。 
11、奧氏缽－馬氏體鋼 
 這類鋼的Ms點(diǎn)低于室溫，固溶處理以后為奧氏體組織，易于成形和焊接。通常可用兩種工藝方法使之發(fā)生馬氏體轉(zhuǎn)變。一是固溶處理以后經(jīng)700～800度加熱，奧氏體因析出碳化鉻而轉(zhuǎn)變?yōu)榻榉€(wěn)定狀態(tài)，Ms點(diǎn)升高至室溫以上，冷卻時(shí)轉(zhuǎn)變?yōu)轳R氏體；二是固溶處理以后直接冷卻至Ms與Mf點(diǎn)之間，使奧氏體轉(zhuǎn)變?yōu)轳R氏體。后一方法可獲得較高的耐腐蝕性能，但固溶處理以后至深冷的間隔時(shí)間不宜過(guò)久，否則會(huì)因奧氏體的陳化穩(wěn)定作用而使深冷的強(qiáng)化效應(yīng)降低。經(jīng)上述處理以后鋼再經(jīng)400～500度時(shí)效，使析出金屬間化合物進(jìn)—步強(qiáng)化。這類鋼的典型鋼號(hào)有17Cr一7Ni一A1、15Cr－9Ni－A1,17Cr—5Ni－Mo、15Cr-8Ni－Mo一A1等等。這類鋼也稱為奧氏體－馬氏體時(shí)效不銹鋼，并因?yàn)閷?shí)際上這些鋼的組織中除奧氏體和馬氏體以外，還存在不同數(shù)量的鐵素體，故也稱為半奧氏體沉淀硬化不銹鋼。 

這類鋼是50年代后期發(fā)展和應(yīng)用的新型不銹鋼，它們總的特點(diǎn)是強(qiáng)度高（C可達(dá)100一150）及熱強(qiáng)性好，但由于含鉻量較低并在熱處理時(shí)有碳化鉻析出，因此耐腐蝕性能比標(biāo)準(zhǔn)的奧氏體不銹鋼要低一些。也可以說(shuō)這類鋼的高強(qiáng)度是在犧牲一部分耐腐蝕性能與其它性能（如非磁性）的情況下獲得的，目前這類鋼主要用于航空工業(yè)及火箭導(dǎo)彈生產(chǎn)方面，一般機(jī)械制造中應(yīng)用尚不普遍，并且在分類上也有把它們納為超高強(qiáng)度鋼的一個(gè)系列。