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1、不锈钢知识讲座,太钢不锈 2009年7月,2018年11月12日,2,题 纲,一、不锈钢基础知识 不锈钢分类 各类不锈钢特点 二、不锈钢的选材及应用 各类不锈钢应用领域 选材考虑因素 不同腐蚀条件下钢种的选择 典型不锈钢的应用 应用实例,2018年11月12日,3,不锈钢是不锈钢和耐酸钢的总称。不锈钢是指耐大气、蒸汽和水等弱腐蚀介质的钢，而耐酸钢则是指耐酸、碱、盐等化学浸蚀性介质腐蚀的钢。 不锈钢与耐酸钢在合金化程度上有较大差异。不锈钢虽然具有不锈性，但并不一定耐酸；而耐酸钢一般则均具有不锈性。 铬是不锈钢最重要的合金元素（一般而言Cr含量介于10.5-30%的钢被定义为不锈钢）由于铬的添加，
2、而使钢的表面形成透明的氧化铬（Cr2O3）保护层，使金属与外界介质隔离而不发生化学或电化学作用，因此不锈钢比一般钢材具有更佳的抗腐蚀性及耐氧化性，在大气中可常保金属光泽,不锈钢基础知识,2018年11月12日,4,不锈钢钝化膜所以能够抵抗腐蚀的能力有三个重要条件或者说有三个特点。一是这个钝化膜厚度极薄，在铬含量10.5%的条件下，一般只有几个微毫米（百万分之一毫米），二是这个钝化膜的比重大于基体的比重，这两个特点说明这个钝化膜既薄又微密。因此这个钝化膜很难被腐蚀介质击穿去快速腐蚀基体。第三个特点是这个膜的铬浓度比基体高3倍以上，因此钝化膜具有很高的耐蚀性。但是不锈钢的应用环境是极其复杂的，单纯
3、的氧化铬钝化膜还不能适应高耐蚀性的要求，为此应根据使用条件的不同还需在钢中添加钼、铜、氮等合金元素，以改变钝化膜的组成，提高耐蚀性。,不锈钢为什么不锈？不锈机理,不锈钢基础知识,2018年11月12日,5,合金耐蚀性的十级标准： 完全耐蚀： 0.001mm/a 1 很耐蚀： 0.001-0.005 2 0.005-0.010 3 耐蚀： 0.010-0.050 4 0.050-0.100 5 尚耐蚀： 0.100-0.500 6 0.500-1.000 7 欠耐蚀： 1.000-5.000 8 5.000-10.00 9 不耐蚀： 10.00 10,不锈钢的腐蚀等级,耐腐蚀性能降低,不锈钢指在
4、大气及弱腐蚀介质中耐蚀的钢。腐蚀速率小于0.01mm/年的，认为是“完全耐蚀“；腐蚀速率小于0.1mm/年的，认为是“耐蚀“的。,不锈钢基础知识,2018年11月12日,6,不锈钢具有抵抗大气氧化的能力-即不锈性，同时也具有在含酸、碱、盐的介质中乃腐蚀的能力-即耐蚀性。但其抗腐蚀能力的大小是 随其钢质本身化学组成、表面状态、使用条件及环境介质类型而改变的。 如304钢管，在干燥清洁的大气中，有绝对优良的抗锈蚀能力，但将它移到海滨地区，在含有大量盐份的海雾中，很快就会生锈了；而316钢管则表现良好。因此，不是任何一种不锈钢，在任何环境下都能耐腐蚀, 不生锈的。 不锈钢是靠其表面形成的一层极薄而坚
5、固细密的稳定的富铬氧化膜（防护膜），防止氧原子的继续渗入、继续氧化，而获得抗锈蚀的能力。一旦有某种原因，这种薄膜遭到了不断地破坏，空气或液体中氧原子就会不断渗入或金属中铁原子不断地析离出来，形成疏松的氧化铁，金属表面也就受到不断地锈蚀。,不锈钢为什么也生锈?锈蚀机理,不锈钢使用不当或超过服役期，表面会出现褐色锈斑（点），人们会产生两个错误的观点：1） “不锈钢是不生锈的，生锈就不是不锈钢了；2）出现了质量问题。,不锈钢基础知识,2018年11月12日,7, 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。,铁素体不锈钢 无Ni或少Ni,双相不锈钢
6、 5% Ni,奥氏体不锈钢 8% Ni,几种不锈钢的显微组织,不锈钢分类,马氏体不锈钢 13% Cr，无Ni,不锈钢基础知识,2018年11月12日,8, 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 。,不锈钢分类,不锈钢基础知识,2018年11月12日,9,奥氏体不锈钢,双相不锈钢,铁素体不锈钢,高锰氮代镍，成本低 耐蚀性一般 高N导致冷成型性差 磷、铜含量高，不利 于回收,含Ni量多在5
7、 -7；兼有奥氏 体不锈钢和铁素 体不锈钢的性能,无镍或低镍，成本低 良好的耐蚀性 冷加工硬化倾向较低 导热系数高 热胀系数小,沉淀硬化不锈钢,含Ni在4-25 不等；耐蚀性好； 强度高；常见的 631、632对氢脆 敏感,不锈钢,铬镍系不锈钢（AISI300系）,铬系不锈钢（AIS400系）,马氏体不锈钢,无镍或低镍，成本低 弱介质中具耐蚀性 高强度、高硬度 塑、韧性差 焊接性不良,AISI200系,含Ni较高，成本较高 综合性能最好 优异的耐蚀性能 良好的高温抗氧化性,不锈钢分类,不锈钢基础知识,2018年11月12日,10,铁素体不锈钢,铁素体不锈钢是指铬含量在11%30%，具有体心立方
8、晶体结构，在使用状态下以铁素体组织为主的不锈钢。 铁素体不锈钢可根据钢中铬量的不同大致分为Cr11%-15%，Cr16%-20%，Cr21%-30%三类。这类钢一般不含镍，有时还含有少量的Mo、Ti、Nb等到元素 。 铁素体不锈钢的强度高，而冷加工硬化倾向较低；抗氧化性好，抗应力腐蚀优良； 铁素体不锈钢的缺点突出地表现在，它们的室温、低温韧性差，缺口敏感性高，对晶间腐蚀比较敏感，而且这些缺点随铁素体不锈钢截面尺寸的增加、冷却速度的变慢和焊接的热影响而更加强烈地表现出来。 典型钢种：409L、410L、0Cr13Al（405）、1Cr17（430）、436、444等。,不锈钢分类,不锈钢基础知识
9、,2018年11月12日,11,这类钢常温下具有奥氏体组织，具有面心立方晶体结构奥氏体不锈钢可分为铬镍不锈钢和铬锰氮不锈钢两大系列。前者以镍为主要的奥氏体化元素，同时含有适量的氮；后者以锰、氮为主要的奥氏体化元素，同时含有适量的镍。 奥氏体组织的钢无磁性，具有较高的韧性、塑性，硬度小，加工性能和焊接性能良好；但强度较低，不能通过热处理使之强化，只能通过冷加工的方法进行强化。 铬镍奥氏体不锈钢是目前使用最广泛的不锈钢，这类钢以18-8型铬镍钢为代表，并包括在18-8基础上发展起来的铬镍奥氏体不锈钢。 典型钢种：304系、316系、321系、301系；,奥氏体不锈钢,不锈钢分类,不锈钢基础知识,2
10、018年11月12日,12,马氏体不锈钢,这类钢在正常淬火温度下处在奥氏体相区，但它们的奥氏体相仅在高温时稳定，M点一般在300左右，冷却时转变为马氏体。 马氏体不锈钢是一类可以通过热处理对其性能进行调整的不锈钢，通俗地讲，是一类可硬化的不锈钢； 具有高强度和高硬度，通过热处理可以调整钢的力学性能。 马氏体不锈钢的耐腐蚀性比奥氏体及铁素体不锈钢稍差。 典型钢种： 1-3Cr13、9Cr18、Cr17Ni2等；,不锈钢分类,不锈钢基础知识,2018年11月12日,13,奥氏体+铁素体双相不锈钢,奥氏体+铁素体双相不锈钢是指由奥氏体和铁素体两相组织构成的不锈钢，两相比例可以通过合金成分和热处理条件
11、的改变加以调整。 在奥氏体基体上有15%的铁素体或在铁素体基体上有15%奥氏体，目前获得广泛应用的奥氏体+铁素体双相不锈钢含有约50%的奥氏体和约50%的铁素体。 与纯奥氏体不锈钢比较，这类钢的屈服强度较高，抗晶间腐蚀的能力较高，应力腐蚀的敏感性低，焊接时产生热裂纹的倾向小，铸造流动性好等等。 与铁素休不锈钢相比，这类钢的韧性好，脆性转变温度低，耐晶间腐蚀和焊接性能均显著提高。 缺点是压力加工性能较差，点腐蚀倾向较大，易产生相脆性，在强磁场作用下表现出弱磁性等。所有这些优点和缺点均来源于组织中的铁素体。,不锈钢分类,不锈钢基础知识,2018年11月12日,14,沉淀硬化不锈钢,沉淀硬化不锈钢按
12、其组织可分成马氏体沉淀硬化不锈钢（以0Crl7Ni4Cu4Nb为代表），半奥氏体沉淀硬化不锈钢（以OCrl7Ni7Al 和OCrl5Ni25Ti2MoVB为代表）和奥氏体+铁素体沉淀硬化不锈钢（以PH55A、B、C为例）。它们的共同特点是，向钢中添加铜、铝、钼、钛、铌等元素，这些元素在奥氏体或铁素体中固溶度小，在时效处理后弥散析出金属间化合物，从而使钢得到强化。 这种类型的不锈钢可借助于热处理工艺调整其性能，使其在钢的成型、设备制造过程中处于易加工和易成型的组织状态。,不锈钢分类,不锈钢基础知识,2018年11月12日,15,以上五类不锈钢各具独特的性能特性，涵盖了具有良好室温、高温、低温力学
13、性能与良好韧性相匹配，高硬度、高耐磨，在苛刻条件下良好耐蚀性、不锈钢无磁性以及良好冷成形能及加工制造类各牌号。显然，在各种服役条件下、总可以找到与之相适应的钢类和牌号。因此，不锈钢能广泛用于化工，石油化工和石油开采、交通运输、核工业、能源，纺织、航天航空、电子电器、食品、制药、造纸等各工业部门，在某些领域成为不可缺少或不可取代的金属材料。此外，由于不锈钢的不锈性、装饰性以及易于清洗和搞菌性，在消费领域也得到了广泛应用，如建筑装潢、厨具、餐具、民用五金等等。,不锈钢的选材及应用,2018年11月12日,16,发达国家不锈钢消费结构,不锈钢的选材及应用,2018年11月12日,17,铁素体不锈钢：
14、用铁素体不锈钢制成的消费品价格比较低，主要用于汽车的排气系统及装饰和餐具等。 奥氏体不锈钢：主要用途是各种类型的设备，包括工业产品生产和加工行业所用的容器和管材，建筑，公用设施，装饰及许多生活消费品，如水池、清洗用的盆、厨具、锅和扁平餐桌用具等。 马氏体不锈钢：常用来制作耐腐蚀轴承、刀剪、阀门和压缩机等。 双相不锈钢：主要用于化工、石油等行业，特别是需要耐氯化物应力腐蚀性能较好的环境中。 沉淀硬化不锈钢：常用来制作杆件、紧固件等，时效硬化不锈钢的最好用途之一就是制作高尔夫球杆的头部。,各类不锈钢应用领域,不锈钢的选材及应用,2018年11月12日,18,不锈钢选材要考虑的因素： 耐蚀性能 考虑
15、不同钢种在不同腐蚀介质中的耐腐蚀要求等。 力学性能和物理性能 包括强度、硬度、塑性、韧性、疲劳特性等。 工艺性能 各种冷弯、冷、热顶断、焊接性能、冲压性能。 资源、价格和供应情况 考虑价格、经济性等。,选材考虑因素,不锈钢的选材及应用,2018年11月12日,19, 大气环境介质中的选用 一般选用Cr13、Cr17、或18-8型，较少选用18-14-2。 水介质中的选用 一般以18-8型、控N型18-8、316型等可耐氯离子腐蚀。在海水中应选用高Cr、Ni的含Mo的钢种，或者双相钢。 硝酸介质中的选用 在稀硝酸（65%）中，一般18-8就具有良好的耐硝酸腐蚀性能；随浓度的增加，达到68.4%以
16、上时，可选用Cr25Ni20钢，再高浓度（85%）时，需要使用含Si的高Cr奥氏体不锈钢。 含Mo不锈钢一般不用于耐硝酸腐蚀。,不同腐蚀条件下钢种的选择,不锈钢的选材及应用,2018年11月12日,20, 硫酸介质中的应用 不含Mo的不锈钢，是不能用于耐硫酸腐蚀，而含Mo2-3%的316系列，是耐硫酸腐蚀的最低牌号，含Mo双相钢也相当或优于316系列；随硫酸浓度的提高，需要选用高Cr、Ni、含Cu、Si的奥氏体不锈钢。 盐酸介质中的选用 盐酸介质还原性强，不锈钢很难钝化，稀盐酸中需要选用高Cr、Ni、含Cu、Si的奥氏体不锈钢。18-8不能选用。 烧碱介质中的选用 选用含Cr26%的纯铁素体不锈钢或含Ni 20%的Cr-Ni奥氏体不锈钢。 有机酸介质中的选用 一般可选Cr17型，或含Mo的奥氏体不锈钢等。,不锈钢的选材及应用,不同腐蚀条件下钢种的选择,2018年11月12日,21,防止局部腐蚀的
