不锈钢复习课程

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1、,1950年的世界不锈钢产量还不到100万吨，2005年全球不锈钢超量超过了2500万吨，2006年全球不锈钢生产量将超过2600万吨。55年来，不锈钢的年均消费量增长6.7%，不锈钢增长了25倍。,不锈钢,定义： “不锈钢”是一种习惯叫法，我们所说的不锈钢实际包括“不锈钢”和“耐酸钢”。 不锈钢在空气中耐腐蚀的钢。 耐酸钢在各种侵蚀性较强的酸性介质中耐腐蚀的钢。 通常，我们把不锈钢和耐酸钢统称为不锈耐酸钢，习惯上称为“不锈钢”。,不锈钢的发明是世界冶金史上的一重大成就。 20世纪初，法国（1904-1906）发现了Fe-Cr合金 英国（1909-1911）发现了Fe-Cr-Ni合金 同期德国

2、提出了不锈性和钝化理论。,发展历史,40-50年代，节Ni的Cr-Mn-N和Cr-Mn-Ni-N不锈钢、超低碳奥氏体不锈钢； 60年代，1：1的双相不锈钢和高纯铁素体以及马氏体时效不锈钢取得进展； 随后，通过化学成分（C、Cr、Ni）的调整和合金元素（Mo、Cu、Si、N、Mn、Nb）的填加，降低夹杂物，改善其使用性能，适应不同环境的要求。,发展历史,要求不锈钢要满足下列要求：,1.耐腐蚀性 2.有良好的力学性能 3.有良好的工艺性： 热加工成型性 冷成型性 切削加工性 焊接性 4.良好的经济性,按钢的组织结构分类可分为：奥氏体不锈钢、马氏体不锈钢、铁素体不锈钢、双相不锈钢和沉淀硬化不锈钢。,

3、奥氏体不锈钢,铁素体不锈钢,双相不锈钢,几种不锈钢的显微组织,分类,按钢的化学成分分类可分为：Cr不锈钢（400系）、Cr-Ni不锈钢（300系）、Cr-Mn-N-Ni不锈钢（200系）、超低碳不锈钢、高纯不锈钢等。 按钢的功能分类可分为：低温不锈钢、耐热不锈钢、耐磨不锈钢、无磁不锈钢、易切削不锈钢和超塑性不锈钢等 。,分类,13,不锈钢的分类方法很多，按主要化学成份可分为铬系不锈钢（俗称400 系）、铬镍不锈钢在硝酸、氨水等介质中有较好的耐蚀性和抗氧化性； 力学性能和工艺性比较差,脆性大； 加热冷却过程基本无同素异构转变，多在退火软化态下使用。,二、铁素体不锈钢的脆性,铁素体不锈钢具有较低的

4、冲击韧性和较高的韧-脆转变温度，高铬铁素体不锈钢的缺点是脆性大： 粗大的原始晶粒 475 脆性 金属间化合物相的形成,钢中相,粗大的原始晶粒。 475脆化：加热到450550停留或缓慢冷却时，铁素体中的Cr原子有序化，形成相，产生脆化。再加热到600快冷可消除。,相脆化： 在550 850长期加热时，析出硬而脆的相。,典型钢号如0Cr13、1Cr17等。 成分：高铬低碳, 无相变，不能进行热处理强化。 组织：单相铁素体,三、铁素体不锈钢的热处理,加热过程中有碳化物的溶解和析出；热轧退火状态，组织为富铬的铁素体和碳化物。 为获得成分均匀的铁素体组织和减少碳化物量，消除晶界腐蚀倾向，在热轧后采用淬

5、火和退火两种热处理工艺。 具体工艺为：870-950的淬火水冷；560-800退火。,用途 广泛用于硝酸和氮肥工业的耐蚀件。,合成氨厂,奥氏体不锈钢 在含18%Cr的钢中加入811%Ni，就是的奥氏体不锈钢。如1Cr18Ni9是最典型的钢号。这类钢由于镍的加入，扩大了奥氏体区域，从而在室温下就能得到亚稳的单相奥氏体组织。由于含有较高的铬和镍，并呈单相的奥氏体组织，因而具有比铬不锈钢更高的化学稳定性，有更好的耐腐蚀性，是目前应用最多的一类不锈钢。,主要是18-8（18Cr-8Ni）型不锈钢。 性能特点：具有很高的耐蚀性，高的塑韧性,冷热加工性及可焊性。韧度好，无磁性。 缺点：价格较贵；切削加工较

6、困难；线膨胀系数高，导热性差。,不锈钢带,一、成分特点 主要成分为:18% Cr和 8%Ni 18% Cr和8%Ni是世界各国奥氏体不锈钢的典型成分. 增加Cr和Ni的含量可以提高钢的钝化性能,增加奥氏体组织的稳定性,提高钢的固溶强化效应,耐腐蚀性能更为优良； Ti、Nb稳定碳化物，提高抗晶间腐蚀的能力； Mo增加不锈钢钝化作用，防止点腐蚀倾向，提高钢在有机酸中的耐腐蚀性； Cu提高在硫酸中的耐腐蚀性； Si使钢的抗应力腐蚀断裂能力提高。,二、奥氏体不锈钢的晶间腐蚀,奥氏体不锈钢晶界的Cr23C6析出,晶间腐蚀,1. 现象 奥氏体不锈钢焊接后,焊缝及热影响区(550-800）在许多介质中产生晶

7、间腐蚀。 介质：热浓硝酸（50-65%）、含铜盐和氧化铁的硫酸溶液、热有机酸等 2. 形成原因 贫铬理论 奥氏体不锈钢晶间腐蚀主要是晶界上析出网状富铬的Cr23C6引起晶界周围基体产生贫铬区，贫铬区的宽度约10-5cm，Cr12%。在许多介质中没有钝化能力, 贫铬区成为微阳极而发生腐蚀。,为防止晶间腐蚀，可采取以下措施：,三、奥氏体不锈钢的应力腐蚀,奥氏体受张应力时，在某些介质中经过一段不长时间就会发生破坏，且随应力增大，发生破裂的时间也越短；当取消张应力时，腐蚀较小或不发生腐蚀。这种腐蚀现象称为“应力腐蚀（破裂）”。 即在特定合金-环境体系中，应力与腐蚀共同作用引起的破坏。,应力腐蚀的影响因

8、素 影响应力腐蚀的因素是介质特点，附加应力和钢的化学成分。 1）介质：含有Cl-和OH-腐蚀介质中特别敏感; 2）应力：应力越大，越严重; 3）介质温度：温度越高，越严重; 4）不锈钢组织与成分: 对应力腐蚀的影响.,H、N 促进应力腐蚀裂缝的诱发和扩张; P, Bi, As, Sb, Al，S 有害; C 可降低不锈钢的应力腐蚀敏感性; Si（2-4%（有利；Cu（+2%）有改善; Mo 缩短应力腐蚀破裂的诱发期; 在不稳定的奥氏体不锈钢中，形变引起的马氏体对应力腐蚀有害.,防止措施 1）提高纯度（降低N, H以及杂质元素含量）； 2）加入2-4%Si或2%Cu 或提高Ni%（35%）； 3

9、）采用高纯度15-25%F不锈钢； 4）采用奥氏体和铁素体（50-70%）双相钢。,四、奥氏体不锈钢的点腐蚀 1. 现象 不锈钢在含Cl-离子介质中表面会出现点状凹坑腐蚀，称为点腐蚀。 2. 主要原因 主要是表面钝化膜的稳定性受到破坏所致。 3. 影响因素 1）含有Cl-、Br 等，易于产生点腐蚀; 去极化作用的阳离子Fe3+、Cu2+等，有加速点腐蚀作用 2）夹杂物（MnS）、晶界析出相（相）、晶界等容易发生点腐蚀-易破坏钝化膜的均匀性 。,4. 预防措施 1）尽可能降低介质中的Cl-浓度; 2）选用高Cr和含Mo钢种，钝化膜稳定性提高, 如 Cr22Ni26Mo5Ti; Cr26Mo1;

10、Cr26Mo4 有时用Cr%+Mo%量来衡量抗点蚀指标 3）加入（提高）Ni，也可提高抗点蚀能力。 4）含N不锈钢的击穿电位B值较正，当钢中N0.3%，不 发生点腐蚀。如 00Cr18Ni12Mo2.5N,五、热处理,固溶处理 一般加热到1000使碳化物溶解后水冷； 对于非稳定奥氏体不锈钢，常用1050固溶处理后退火。 稳定化处理 只在含Ti、Nb的奥氏体不锈钢中使用； 工艺原则：高于碳化铬的溶解温度而低于碳化钛的溶解温度。 去应力处理 消除钢在冷加工或焊接后的残余应力的热处理工艺。,四、FA双相不锈钢,近几十年发展起来的新钢种 组织：AF 成分：18-26Cr4-7NiMn，Mo，Cu，Ti

11、，W，N等,特点：兼具F不锈钢和A不锈钢的特性 1. A的存在降低了钢的脆性，提高了钢的可焊性和韧性 2. F的存在提高了钢的屈服强度，抗应力腐蚀敏感性，AF降低了钢晶间腐蚀的倾向 3. 存在脆性倾向，尤其是在焊接区，主要是，相沉淀和相析出引起。 热处理：1000-1100淬火得到60F40A,五、沉淀硬化不锈钢（超高强度钢）,分类 以1Cr18Ni9钢为基础发展而来的奥氏体马氏体沉淀硬化不锈钢 以Cr13型马氏体不锈钢发展而来马氏体沉淀硬化不锈钢 特点：在形成马氏体基础上，经时效处理产生沉淀强化，而得到超高强度。所以既具有Cr18Ni9钢优良的焊接性能，有具有马氏体钢的高强度 应用：航空，宇

12、航领域,代表钢种：0Cr17Ni7Al(07Cr17Ni7Al) 0Cr15Ni7Mo2Al(07Cr15Ni7Mo2Al) 组织特点：室温下是不稳定的A 性能特点：较好的塑性和加工性能，焊接性能 热处理：含碳量低，成分设计上使Ms点略低于室温，以便通过各种处理使不稳定的A转变成低碳马氏体，然后在通过时效沉淀析出金属间化合物提高强度 沉淀元素：Al，Ti，Mo,一. 奥氏体-马氏体沉淀硬化不锈钢,获得马氏体和进一步沉淀方法 1.两次时效法 钢经1050固溶处理后，在750 保温1.5小时并空冷得到马氏体；在经过510-560 时效30分钟析出Ni3Al强化相 2.冷处理时效 1050固溶处理后

13、，在950保温1.5小时并空冷至室温，得到部分马氏体，再冷到-73 进行冷处理，停留8小时得到马氏体，最后在510 时效1小时，沉淀析出强化 3.冷加工时效 1050 固溶，在室温进行塑性变形获得马氏体，最后在480 时效1小时,力学性能 经上述处理后，钢材的抗拉强度b可达1400-1850MPa。硬度HRC43-50 时效后组织：A15-30F 应用：飞机蒙皮，火箭外壳 使用注意事项：使用温度低于315 ，否则金属间化合物继续析出使钢材变脆,马氏体沉淀硬化不锈钢,在Cr13马氏体不锈钢中添加Mo，W，Ti，Nb在时效中沉淀析出一系列金属间化合物（Fe2Mo，Fe2Ti，Fe2Nb等）而强化的

14、 为使Ms点降低，添加Ni，和Co Co控制在10-20，Ni控制在4左右 代表钢种：174PH（0Cr17Ni4CuNb） 特点：价高 应用：飞机，火箭蒙皮,第八节 不锈钢的发展,超纯化，多元化，微合金化 现在发展的新一代不锈钢可分为三类： 1.超纯铁素体不锈钢 2.超低碳，高Mo高性能奥氏体不锈钢 3.超低碳，超细晶粒AF双相不锈钢 特点 良好的抗蚀性，可取代部分的Ni基合金和钛合金,1.超纯铁素体不锈钢,通过精炼技术（如，AOD氩氧炉脱碳精炼法）的发展，生产出超纯F不锈钢，克服了F不锈钢脆性的大弱点 成分：超低碳，高Cr，含Mo. 性能：力学性能，焊接性能，耐蚀性能良好 应用：化工，食品，石油加工，水处理等领域,