不銹鋼的力學(xué)

不論不銹鋼板還是耐熱鋼板，奧氏體型的鋼板的綜合性能*好，既有足夠的強(qiáng)度，又有極好的塑性同時(shí)硬度也不高，這也是它們被廣泛采用的原因之一。奧氏體型不銹鋼同絕大多數(shù)的其它金屬材料相似，其抗拉強(qiáng)度、屈服強(qiáng)度和硬度，隨著溫度的降低而提高；塑性則隨著溫度降低而減小。其抗拉強(qiáng)度在溫度15~80＆#176;C范圍內(nèi)增長是較為均勻的。更重要的是：隨著溫度的降低，其沖擊韌度減少緩慢，并不存在脆性轉(zhuǎn)變溫度。所以不銹鋼在低溫時(shí)能保持足夠的塑性和韌性。不銹鋼的力學(xué)

不銹鋼的耐熱性能

耐熱性能是指高溫下，既有抗氧化或耐氣體介質(zhì)腐蝕的性能即熱穩(wěn)定性，同時(shí)在高溫時(shí)雙有足夠的強(qiáng)度即熱強(qiáng)性。

碳的影響:碳在奧氏體不銹鋼中是強(qiáng)烈形成并穩(wěn)定奧氏體且擴(kuò)大奧氏體區(qū)的元素.碳形成奧氏體的能力約為鎳的30倍,碳是一種間隙元素,通過固溶強(qiáng)化可顯著提高奧氏體不銹鋼的強(qiáng)度.碳還可提高奧氏體不銹鋼在高濃氯化物(如42%MgCl2沸騰溶液)中的耐應(yīng)力腐蝕的性能.

但是,在奧氏體不銹鋼中,碳常常被視為有害元素,這主要是由于在不銹鋼和耐蝕用途中的一些條件下(比如焊接或經(jīng)450~850℃加熱),碳可與鋼中的鉻形成高鉻的Cr23C6型碳化合物從而導(dǎo)致局部鉻的貧化,使鋼的耐蝕性特別是耐晶間腐蝕性能下降.因此,60年代以來新發(fā)展的鉻鎳奧氏體不銹鋼大都是碳含量小于0.03%或0.02%超低碳型的,可以知道隨著碳含量降低,鋼的晶間腐蝕敏感性降低,當(dāng)碳含量低于0.02%才具有*明顯的效果,一些實(shí)驗(yàn)珠光還指出,碳還會(huì)增大鉻奧氏體不銹鋼的點(diǎn)腐蝕分傾向.由于碳的有害作用,不僅在奧氏體不銹鋼冶煉過和中應(yīng)按要求控制盡量低的碳含量,而且在隨后的熱,冷加工和熱處理等過程中也在防止不銹鋼表面增碳,且免鉻的碳化物析出.不銹鋼的力學(xué)

鉻的影響:鉻是奧氏體不銹鋼中*主要的合金元素,奧氏體不銹鋼的不銹性和耐蝕性的獲得主要是由于在會(huì)質(zhì)作用下,鉻促進(jìn)了鋼的鈍化并使鋼保持穩(wěn)定鈍態(tài)的結(jié)果.○1鉻對(duì)組織的影響:在奧氏體不銹鋼中,鉻是強(qiáng)烈形成并穩(wěn)定鐵體的元素,縮小奧氏體區(qū),隨著鋼中含量增加,奧氏體不銹鋼中可出現(xiàn)鐵素體(δ)組織,研究表明,在鉻鎳奧氏體不銹鋼中,當(dāng)碳含量為0.1%,鉻含量為18%時(shí),為獲得穩(wěn)定的單一奧氏體組織,所需鎳含量*低,約為8%,就這一點(diǎn)而言,常用的18Cr—8Ni型鉻鎳奧氏體不銹鋼是含鉻,鎳量配比*為適宜的一種.不銹鋼的力學(xué)

有奧氏體不銹鋼中,隨著鉻含量的增加,一些金屬間相(比如δ相)的形成傾向增大,當(dāng)鋼中含有鉬時(shí),鉻含含量會(huì)增加還會(huì)χ相等的形成,如前所述,σ, χ相的析出不僅顯著降低鋼的塑性和韌性,而且在一些條件下還降低鋼的耐蝕性,奧氏體不銹鋼中鉻含量的提高可使馬氏體轉(zhuǎn)烴溫度(Ms)下降,從而提高奧氏體基體的穩(wěn)定性.因此高鉻(比如超過20%)奧氏體不銹鋼即使經(jīng)過冷加工和低溫處理也很難獲得馬氏體組織..不銹鋼的力學(xué)

鉻是強(qiáng)碳化物形成元素,在奧氏體不銹鋼中也不例外,奧氏體不銹鋼中常見的鉻碳化物有Cr23C6;當(dāng)鋼中含有鉬或鉻時(shí),還可見到期Cr6C等碳化物,它們的形成在某些條件下對(duì)鋼的性能會(huì)產(chǎn)生重要影響.○2鉻對(duì)性能的影響:一般來主,只要奧氏體不銹鋼保持完全奧氏體組織而沒有δ鐵素體等的形成,僅提高鋼中鉻含量不會(huì)對(duì)力學(xué)性能有顯著影響,鉻對(duì)奧氏體不銹鋼性能影響*大的是耐蝕性,主要表現(xiàn)為:鉻提高鋼的耐氧化性介質(zhì)和酸性氯化物介質(zhì)的性能;在鎳以及鉬和銅復(fù)合作用下,鉻提高鋼耐一些還原性介質(zhì),有機(jī)酸,尿素和堿介質(zhì)的性能;鉻還提高鋼耐局部腐蝕,比如晶間腐蝕.點(diǎn)腐蝕,縫隙腐蝕以及某此條件下應(yīng)力體育館的性能..對(duì)奧氏體不銹鋼晶間體育館敏感性影響*大的因素是鋼中碳含量,其他元素對(duì)晶間體育館的作用主要視其對(duì)碳化物的溶解和沉淀行為的影響而定,在奧氏體不銹鋼中,鉻能增大碳的溶解度而降低鉻的貧化度,因而提高鉻含量對(duì)奧氏體不銹鋼的耐晶間腐蝕是有益,鉻非常有效地改善奧氏體不銹鋼的耐點(diǎn)腐蝕及縫隙腐蝕性能,當(dāng)鋼中同時(shí)有鉬或鉬及氮存在時(shí),鉻的這種有效性大加強(qiáng),雖然根據(jù)研究鉬的耐點(diǎn)體育館及縫隙腐蝕的能力為鉻的話倍左右,氮為鉻的30倍,但是大量研究,奧氏體不銹鋼中如果沒有鉻或者鉻含量較低,鉬及氮的耐點(diǎn)腐蝕與縫隙腐蝕作用便會(huì)喪失或不夠顯著.

鉻對(duì)奧氏體不銹鋼的耐應(yīng)力腐蝕性能的作用,隨實(shí)驗(yàn)介質(zhì)條件及實(shí)際使用環(huán)境而異,在MgCl2沸騰溶液中,鉻的作用一般是有害的,但是在含Cl-和氧的水介質(zhì),高溫高壓水以及點(diǎn)腐蝕為起源的應(yīng)力腐蝕條件下,提高鋼中鉻含量則對(duì)耐應(yīng)力腐蝕有利,同時(shí),鉻還可防止奧氏體不銹鋼及合金中由于鎳含量提高而容易出現(xiàn)的晶間型應(yīng)力腐蝕的傾向,對(duì)開苛性(NqOH)應(yīng)力腐蝕,鉻的作用也是有益的

鉻除對(duì)負(fù)數(shù)氏體不銹鋼耐蝕性有重要影響外,還能顯著提高該類鋼的抗氧化,抗硫化和抗融鹽腐蝕等性能.

鎳是奧氏體不銹鋼中的主要合金元素,其主要作用是一百萬并穩(wěn)定奧氏體,使鋼獲得完全奧氏體組織,從而使鋼具有良好的強(qiáng)度和塑性,韌性的配合,并具有優(yōu)良的冷,熱加工性和冷形成性以及焊接,低溫與無磁等性能,同時(shí)提高奧氏體不銹鋼的熱力學(xué)穩(wěn)定性,使之不僅比相同鉻,鉬含量的鐵素體,馬氏體等類不銹鋼肯有更好的不銹性和耐氧化性介質(zhì)的性能,而且于表面膜穩(wěn)定性的提高,從而使鋼還具有更加優(yōu)異的耐一些還原性介質(zhì)的性能.

1鎳對(duì)組織的影響

鎳是強(qiáng)烈一百萬并穩(wěn)定奧氏體且擴(kuò)大奧氏體相區(qū)的元素,為了獲得單一的奧氏體組織,當(dāng)鋼中含有0.1%碳和18%鉻時(shí)所需的*低鎳含量約為8%,這便是*有名18-8鉻鎳奧氏體不銹鋼的基本分,奧氏體不銹鋼中,隨著鎳含量的增加,殘余的鐵素體可完全消除,并顯著降低σ相形成的傾向;同時(shí)馬氏體轉(zhuǎn)烴溫度降低,甚至可不出現(xiàn)λ→M相變,但是鎳含量的增加會(huì)降低碳在奧氏體不銹鋼中的溶解度,從而使碳化物析出傾向增強(qiáng).

2鎳對(duì)性能的影響

鎳對(duì)奧氏體不銹鋼特別是對(duì)鉻鎳負(fù)數(shù)氏體不銹鋼力學(xué)性能的影響主要是由鎳對(duì)奧氏體穩(wěn)定性的影響來決定,在鋼中可能發(fā)生馬氏體轉(zhuǎn)變的鎳含量范圍內(nèi),隨著鎳含量的增加,鋼的強(qiáng)度降低頁塑性提高,具有穩(wěn)定奧氏體組織的鉻鎳奧氏體不銹鋼韌性(包括極低溫韌性)非常優(yōu)良,因而可作為低溫鋼使用,這是眾所周知的,對(duì)于具有穩(wěn)定奧氏體組織的鉻錳奧氏體不銹鋼,鎳的加入可進(jìn)一步改善其韌性.鎳還可顯著降低奧氏體不銹鋼的冷加工硬化傾向,這主要是由于奧氏體穩(wěn)定性增大,減少以至消除了冷加工過程中的馬氏體轉(zhuǎn)變,同時(shí)對(duì)奧氏體本身的冷加工硬化作用不太明顯,不銹鋼冷加工硬化傾向的影響,鎳降低奧氏體不銹鋼冷加工硬化速率,與降低鋼的室溫及低溫強(qiáng)度,提高塑性的作用,決定了鎳含量的提高有利于奧氏體不銹的冷加工成形性能,提高鎳含量還可減少以至消除18-8和17-14-2型鉻鎳9鉗)奧氏體不銹鋼中的δ鐵素體,從而提高其熱加工性能,但是,δ鐵素體的減少對(duì)這些鋼種的可焊接性不利會(huì)增大焊接熱裂紋絲傾向,此外,鎳還可顯著提高鉻錳氮(鉻錳鎳氮)奧氏體不銹鋼的熱加工性能,從而顯著提高鋼的成材率

在奧氏體不銹鋼中,鎳的加入以及隨著鎳含量的提高,導(dǎo)致鋼的熱力學(xué)穩(wěn)定性增加,因此奧氏體不銹鋼具有更好的不銹性和耐氧化性介質(zhì)的性能,且隨著鎳含量增加,耐還原性介質(zhì)的性能進(jìn)一步得到改善.值得指出,鎳還是提高奧氏體不銹耐許多介質(zhì)穿晶型應(yīng)力腐蝕的**重要元素.

在各種酸介質(zhì)中鎳對(duì)奧氏體不銹鋼耐蝕性能的影響,需要指出,在高溫高壓水中的一些條件下,鎳含量的提高導(dǎo)致鋼和合金的晶間型應(yīng)力腐蝕敏感性增加,但是這種不利作用會(huì)由于鋼及合金中鉻含量的提高而獲得減輕或受到抑制.隨**奧氏體不銹鋼中鎳含量的提高,其產(chǎn)生晶間腐蝕的臨界碳含量降低,即鋼的晶間腐蝕敏感性增加,至于對(duì)奧氏體不銹鋼耐點(diǎn)腐蝕及縫隙腐蝕的性能,鎳的作用并不顯著,此外,鎳還提高奧氏體不銹鋼的高溫抗氧化性能,這主要與鎳改善了鉻的氧化膜的成分,結(jié)構(gòu)和性能降低,并且鎳含量越高越有害,這主要是由于鋼中晶界處一百萬低熔點(diǎn)硫化鎳所致.

一般來說,簡單的鉻鎳(及鉻錳氮)奧氏體不銹鋼僅用于要求不銹性和耐氧化性介質(zhì)(比如硝酸等)的使用條件下,鉬作為奧氏體不銹鋼中的重要合金元素加入到鋼中使其使用范圍進(jìn)一步擴(kuò)大,鉬的作用主要是提高鋼在還原性介質(zhì)(比H2SO4,H3PO4,以及一些有機(jī)酸和尿素環(huán)境)的耐蝕性,并提高鋼的耐點(diǎn)腐蝕及縫隙腐蝕等性能.

1鉬對(duì)組織的影響

鉬和鉻都是形成和穩(wěn)定鐵素體并擴(kuò)大鐵素體相區(qū)的元素,鉬形成鐵素體的能力與鉻相當(dāng).鉬還促進(jìn)奧氏體不銹鋼中金屬間相,比如σ相,,κ相,和Laves相等的沉淀,對(duì)鋼的耐蝕性和力學(xué)性能都會(huì)產(chǎn)生不利影響,告別是導(dǎo)致塑性,韌性下降,為使奧氏體不銹鋼保持單一的奧氏體組織,隨著鋼中鉬含量的增加,奧氏體形成元素(鎳,氮及錳等)的含量也要相應(yīng)提高,以保持鋼中鐵素體與奧氏體形成元素之間的平衡.

2鉬對(duì)性能的影響

鉬對(duì)奧氏體不銹鋼的氧化作用不顯著,因此當(dāng)鉻鎳奧氏體不銹鋼保持單一的奧氏體組織且無金屬間析出時(shí),鉬的加入對(duì)其室溫力學(xué)性能影響不大,但是,隨著鉬含量的增加,鋼的高溫強(qiáng)度提高,比如持久,蠕變等性能均獲較大改善,因此含鉬不銹鋼也常在高溫下應(yīng)用,然而,鉬的加入使鋼的高溫變形抗力增大,加之鋼中常常存在少量δ鐵素體因而含鉬不銹鋼的熱衷加工性比不含鉬鋼為差,而且鉬含量越高,熱加工性能越壞,另外,含鉬奧氏體不銹鋼中容易一百萬κ(σ)相沉淀,這將顯著惡化鋼的塑性和韌性,因此在含鉬奧氏體不銹鋼的生產(chǎn),設(shè)備制造和應(yīng)用過程中,要注意防止鋼中金屬間相的形成.

鉬在奧氏體不銹鋼中的主要作用是提高鋼的耐還原性介質(zhì)的腐蝕性能和耐點(diǎn)腐蝕,耐縫隙腐蝕等的性能.分別為鉬對(duì)鉻鎳奧氏體不銹鋼在硝酸,硫酸,醋酸,磷酸和尿素等介質(zhì)中耐蝕性的影響,可以看出,除在氧化性介質(zhì)HNO3中處,鉬的作用都是有益的,因此含鉬的奧氏體不銹鋼一般不用天耐硝酸的腐蝕,除非硝酸中含F(xiàn)-,Cl-等離子,

雖然鉬作用為合金元素對(duì)奧氏體不銹鋼耐還原性介質(zhì),面點(diǎn)腐蝕及縫隙腐蝕的原因尚不完全清楚,但大量實(shí)驗(yàn)已指出,鉬的耐蝕作用僅相當(dāng)鋼中含有較高量的鉻時(shí)才有效,鉬主要是強(qiáng)化鋼中鉻的耐蝕作用,與此同時(shí),鉬形成酸鹽后的緩蝕作用也已為實(shí)驗(yàn)所證實(shí).

在耐高濃氯化物溶液的應(yīng)力腐蝕方面,雖然鉬作為合金元素對(duì)奧氏體不銹鋼耐還原性介質(zhì),耐點(diǎn)腐蝕及縫隙腐蝕的原因尚不完全清楚,但大量實(shí)驗(yàn)已指出,鉬的作用僅當(dāng)鋼中含有較高量的鉻時(shí)才有效,鉬主要是強(qiáng)化鋼中鉻的耐蝕作用,與此同時(shí),鉬形成鉬酸鹽后的緩沖作用也已為實(shí)驗(yàn)所證實(shí).

在耐高濃氯化物沉淪的應(yīng)力腐蝕方面,雖然一此實(shí)驗(yàn)指同.3#以下的鉬對(duì)奧氏體不銹鋼的耐應(yīng)力腐蝕性能有害,,但是由于常見鉻鎳奧氏體不銹鋼多在含有微量氯化物及飽和氧的水介質(zhì)中使用,其應(yīng)力腐蝕又以點(diǎn)腐蝕為起源,因此含鉬的鉻鎳鉬奧氏體不銹鋼由于耐點(diǎn)腐蝕性能較高,所以在實(shí)際應(yīng)用中常常比不含鉬鋼具有更好的耐氯化物應(yīng)力腐蝕性能.