不锈钢使用性能基础综述

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1、不锈钢使用性能基础,不锈钢性能,一、不锈钢的定义和种类 二、常见不锈钢的基本特性 三、不锈钢的三大使用性能 （一） 焊接性能 （二） 耐腐蚀性能 （三） 冲压性能,一、不锈钢的定义和种类,冶金学定义 含铬量大于12%，并且以耐腐蚀为主要使用性能的铁基合金。 分类方法 按组织区分不锈钢的种类主要有： 奥氏体不锈钢 - SUS304 SUS316 SUS316L 无磁性，加工硬化明显，冷加工变形后带有磁性 铁素体不锈钢 - SUS430 SUH409L 铁素体，有磁性，加工硬化不明显 马氏体不锈钢- SUS420J2 出厂时为铁素体，有磁性 双相不锈钢（奥氏体、铁素体）,JISG4305-1999

2、标准对成分和机械性能的规定值,二、不锈钢特性,1.机械性能,三、不锈钢的使用性能,（一） 焊接性能 （二） 耐腐蚀性能 （三） 冲压性能,（一）焊接性能,不锈钢的物理性能特点,1、电阻系数大 发热量高 2、导热系数小 热量不易传递 3、奥氏体不锈钢的线膨胀系数大 体积 变化程度大,不锈钢的焊接特性,引起焊区变形不均和晶粒粗大 引起热裂纹 不锈钢焊接加工后，在焊接热影响区内容易引发晶间腐蚀。,晶间腐蚀原理 敏化,不锈钢焊接加工过程中，在焊接热影响区内温度处于敏化温度区间时，碳与基体中的铬形成碳化物Cr23C6，分布在晶界上，使晶界成网状，基体中大量的铬集中到Cr23C6中，由于焊接时间短，远处的

3、铬来不及向这里扩散，造成焊缝区域基体局部贫铬，难以钝化，耐蚀性明显下降，于是在相应的腐蚀环境中优先被腐蚀 。 SUS304的敏化温度范围450-850 SUS430的敏化温度范围850以上,敏化示意图,不锈钢焊接防范措施,焊接规范要小于普碳钢，电流量约为低碳钢的80% 尽可能使用较快的焊接速度 焊接时要选择合适的焊接材料 材料的表面必修在焊接之前和焊接后进行清理,（二）耐腐蚀性能,不锈钢只是耐腐蚀钢，不是完全意义上的不锈，到目前为止没有发明在任何条件下均不腐蚀的钢。因此具体的钢种是适应具体的使用环境的。 腐蚀分类:金属腐蚀的形式有多种分类方法： 按作用的性质分为化学腐蚀和电化学腐蚀。 按腐蚀形

4、态可分为一般（全面、均匀）腐蚀和局部腐蚀。常见的局部腐蚀有晶间腐蚀、点蚀、缝隙腐蚀、应力腐蚀等。,不锈钢的耐腐蚀原理,加入合金元素Cr、Ni等提高基体金属的电极电位，减少微电池的数量，可有效地提高钢的耐蚀性。 在钢中加入合金元素使钢的表面形成结构致密、不溶入腐蚀介质、电阻又高的保护膜，亦能显著提高钢的耐蚀性。保护膜非常细密、柔软、稳定，成分主要是Cr2O3，厚度16nm。,常见的不锈钢局部腐蚀,1、点蚀 2、缝隙腐蚀 3、晶间腐蚀 4、应力腐蚀,1、点蚀,1）特点 发生场所没有规律，一般情况下点蚀的深度要比其直径大的多。 2）发生原理 介质中存在活性阴离子（CI-）时，阴离子吸附在金属表面某些

5、点上，使表面钝化膜发生破坏。 钢中存在缺陷、杂质和溶质等的不均一性，表面钝化膜破坏后，在表面缺陷处显露基体金属，基体金属呈活化态，发生腐蚀。,点蚀零件图,3）影响点蚀的因素,环境因素 点蚀通常发生在含有卤素阴离子的溶液中；溶液静止状态比流动状态容易发生点腐蚀；溶液的PH值增加，点腐蚀倾向会显著的减少；升高温度会加剧点腐蚀。 合金元素的影响 添加钼元素能使钝化膜更致密牢固 铬含量增加可提高钢的钝化膜修复能力 冷轧工艺的影响 适当的固溶处理可以预防碳化物析出，减少点蚀的发生数目；光滑的表面比粗糙的表面更不容易发生腐蚀。,3）防止点蚀的途径,选用耐点蚀的材料，钢中添加钼并提高铬含量。 减少溶液中卤素

6、离子的浓度，并避免溶液的局部浓缩。 搅拌溶液，使溶液不处于静止。 提高溶液的PH值。 降低介质的温度。 采用电化学保护措施。,电化学保护,阳极保护 加阳极电流法 促使阳极钝化 电化学 防护法 加阴极电流法 促使阴极极化 阴极保护 牺牲阳极法,牺牲阳极防护法事例,2、缝隙腐蚀,1）特点 发生场所一般位于工件上的连接处。 2）发生原理 工件缝隙内有关物质的移动受到了阻滞，形成浓差电池从而产生局部腐蚀。,缝隙腐蚀事例,3）影响缝隙腐蚀的因素,几何形状的影响 几何形状是重要影响因素，间隙的深度宽度以及内外面积比决定着氧气进入缝隙的程度、电位的变化。 环境因素的影响 密闭系统中随着温度升高，缝隙腐蚀量增

7、加；PH值减少，缝隙腐蚀量增大；CI-离子浓度增大，缝隙腐蚀敏感性升高。,4）防止缝隙腐蚀的途径,选用耐缝隙腐蚀的材料 可选用含钼的不锈钢 合理的设计方案 尽量避免有缝隙的设计，或使缝隙尽量敞开。尽可能避免采用金属与非金属的联接件。 增加液体流量 ，避免杂质沉积。 采用电化学保护措施。,3、应力腐蚀,1）特点 表现为加工后的制品经过一段时间发生开裂，即引发时效开裂问题。 2）发生条件 金属本身对应力腐蚀具有敏感性 存在能引起该金属发生应力腐蚀的介质 工件存在残余拉应力,应力腐蚀事例,2）影响应力腐蚀的因素,氯离子浓度的影响 氯离子浓度升高，应力腐蚀所需要的时间缩短。 介质温度的影响 一般认为，

8、温度升高易发生应力腐蚀。 合金元素的影响 钢中的氮、磷等元素会降低不锈钢的耐应力腐蚀破裂能力。 残余应力的影响 残余应力大，容易引发应力腐蚀开裂。,3）防止应力腐蚀的途径,正确选用材料 避免使用对应力腐蚀敏感的材料。 合理设计 避免加工程度过大，残余应力大或应力集中。 注意使用条件 避免表面积存腐蚀介质，尤其是要避免氯离子的局部浓缩 。,4、晶间腐蚀,1）腐蚀原理 敏化 不锈钢焊接加工过程中，在焊接热影响区内温度处于敏化温度区间时，碳与基体中的铬形成碳化物Cr23C6，分布在晶界上，使晶界成网状，基体中大量的铬集中到Cr23C6中，由于焊接时间短，远处的铬来不及向这里扩散，造成焊缝区域基体局部

9、贫铬，难以钝化，耐蚀性明显下降，于是在相应的腐蚀环境中优先被腐蚀 。 SUS304的敏化温度范围450-850 SUS430的敏化温度范围是850以上,晶间腐蚀现象与原理,受到这种腐蚀破坏的零件，有时候外表仍是光亮完好的，但由于晶粒之间的结合力丧失，材料的强度已基本丧失，严重的会丧失金属声音，轻击会成为粉末。,2）影响晶间腐蚀的因素,铬元素含量增大，可以降低晶间腐蚀敏感性。 钛和铌与碳的亲和力强，可以避免铬与碳结合，从而减少晶间贫铬区的产生。 碳、氮、磷、硅等元素的存在对材料耐晶间腐蚀都是不利的。 热处理制度的影响，要避免在敏化温度区间停留时间过长，造成铬的碳化物析出。,3）防止晶间腐蚀的途径

10、,提高材料的纯度，去除碳、氮、磷、硅等有害微量元素。 加入稳定化元素钛和铌。 采用适当的热处理制度，预防晶界析出碳化物,(三)冲压性能,1、主要冲压工艺介绍 2、材料的基本冲压成形性能,1、主要冲压工艺介绍,弯曲加工 拉深加工 基本冲压工艺 胀形加工 扩孔加工,弯曲工艺示意图,拉深工艺示意图,拉深应力应变图,胀形工艺示意图,翻边工艺示意图,翻边零件示意图,2、材料的基本冲压性能,1）. 屈服强度（0.2） 2）. 抗拉强度（b） 3）. 屈强比（0.2/b） 4）. 延伸率 5）. 应变硬化指数（n） 6）. 塑性应变比（R）和材料的各向异性 7）. 奥氏体平衡系数A(BAL) 8）. 马氏体

11、转变点Md(30/50) 9）.晶粒度（N）,1） 屈服强度（0.2）,0.2=P0.2/F0 P0.2拉伸试样塑性变形量为0.2%时承受的载荷 F0 拉伸试样的原始截面积 屈服强度小，成形后回弹小，贴模性和定形性好。,2） 抗拉强度（b）,b=Pb/F0 Pb拉伸试样断裂前承受的最大载荷 F0拉伸试样的原始截面积 抗拉强度大，材料不容易被拉断，有利塑性变形。,3） 屈强比（0.2/b）,屈强比对材料冲压成形性能影响较大。 屈强比小，板料由屈服到破裂的塑性变形阶段 长，有利于冲压成形。 一般来讲，较小的屈强比对板料在各种成形工 艺中的抗破裂性都有利。,4） 延伸率,=（L-L0）/L0 X 1

12、00% 材料从发生塑性变形到断裂的总的伸长能力，延伸率大，板料允许的塑性变形程度大，抗破裂性较好，对拉深、弯曲、胀形都有利。,5） 应变硬化指数（n）,应变硬化指数与材料的冲压成形性能十分密切。 n值大，不仅能提高板料的局部应变能力，而且能使应变分布趋于均匀化，提高板料成形时的总体成形极限。 通常认为，材料的应变硬化指数越大，抗破裂性越强，尤其对胀形成形性能最有利。,n值对材料性能的影响,6） 塑性应变比 和材料的各向异性,塑性应变比是单向拉伸试样的宽度应变和厚度应变的比值， 公式： 材料沿轧制方向取向不同R值也不同， 的计算公式为： =（R0+R90+2R45）/4,冷轧工艺对 的影响,塑性

13、应变比 的意义,值对拉深成形性能影响很大，材料的极限拉深比主要取决于 值， 值大，拉深毛坯的径向收缩时不容易起皱，流动性好，有利于板料的拉深成形性能。,材料的各向异性,材料沿轧制方向取向不同R值也不同，导致材料具有各向异性。 R=（R0+R90-2R45）/2 材料的各向异性导致拉深件产生凸耳现象。,凸耳现象,产生凸耳的原因是毛坯的 各向异性，是材料不同角 度上R值不同造成的。一般 来说加工后的圆形制品有4 个凸耳，R值低的角度方向 ，筒壁高度较低；R值高的 角度方向，筒壁高度较高。,冷轧工艺对各向异性的影响,7）奥氏体平衡系数A(BAL),A(BAL)=30（C+N）+0.5Mn+Ni-1.

14、3Cr+11.8 A值越小，奥氏体越不稳定,8) 马氏体转变点Md(30/50),Md(30/50)= 551-462(C+N)-9.2Si-8.1Mn-13.7Cr-29(Ni+Cu)-18.5Mo 指30%的冷变形后生成50%马氏体的温度. Md(30/50)越低，马氏体不易产生。,9) 晶粒度（N）,晶粒度级别越高，材料的晶粒就越细。晶粒较大 时，材料的延伸率大，强度低。但晶粒太大时， 材料表面易出现“桔皮”现象。 晶粒较细时，延伸率低，材料的强度高，屈强比会增大，不利于成形。,晶粒度与材料性能的关系,五、化学成分对冲压性能的影响,奥氏体形成元素：Ni、Mn、C、N 铁素体形成元素：Cr、Mo、Si、Ti、Nb A(BAL)=30（C+N）+0.5Mo+Ni-1.3Cr+11.8 Md(30/50)=551-462(C+N)-9.2Si-8.1Mn-13.7Cr-29(Ni+Cu)-18.5Mo,应用事例,结束语,不锈钢生产厂家应该了解用户的使用用途，在生产制造过程中，结合用户的使用特点进行生产，从而不断的提升宝新产品的市场竞争力。 本讲座材料保存在公司共享中。,谢 谢,