金属学第5章不锈钢研究课件

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1、5.1 概述14 5.2 影响不锈钢组织和性能的因素 5.3 铁素体不锈钢ferrittic stainless steels 5.4 马氏体不锈钢matensitic stainless steels 5.5 奥氏体不锈钢austenitic stainless steels 5.6 双相不锈钢dual-phase stainless steels,第5章不锈钢stainless steel,1、均匀腐蚀（general attack） 腐蚀均匀地在材料的表面产生，损坏大量的 材料。容易发现，危害性不是很大。 2、点腐蚀（point corrosion） 由于应力等原因使腐蚀集中在材料表面不

2、大 的区域，向深处发展，最后甚至能穿透金属。,图 5-1各种腐蚀类型,点蚀腐蚀,5.1概述 5.1.1金属腐蚀类型,3、晶界腐蚀（intergranular corrosion） 晶界腐蚀是指腐蚀过程是沿着晶界进行的， 其危害性最大。,图5.2晶间腐蚀,4、应力腐蚀（stress corrosion） 钢在拉应力状态下能发生应力腐蚀破坏的现象。 没有什么预兆，所以其危害性也是比较大的。 5、磨损腐蚀（corrosion wear） 在腐蚀介质中同时有磨损，腐蚀和磨损相互促进、 相互加速的现象称为磨损腐蚀。,应力腐蚀裂纹,图5.3应力腐蚀,一、对不锈钢性能要求及影响其耐蚀性因素,性 能 要 求,

3、（1）不锈钢具有较高的耐蚀性,（2）不锈钢应具有一定的力学性能。很多 构件是在腐蚀介质下承受一定的载荷,（3）不锈钢应有良好的工艺性能。管材、 板材、型材等要经过加工变形制成构件，如 容器、管道、锅炉等。因此不锈钢的工艺性 也很重要，主要有焊接性、冷变形性等。,二、腐蚀介质对钢耐蚀性的影响,金属的 耐蚀性,与介质的种类、浓度、 温度和压力等环境条件有 密切的关系,必须根据工作介质的特点来正确 选择使用不锈耐蚀钢钢种。,1、在大气、水、水蒸气等弱腐蚀介质。 13Cr 2、氧化性介质，如硝酸。易形成钝化的氧化 膜，17Cr， Cr越高越好； 3、非氧化性酸，如稀硫酸。在17Cr基础 + Mo、Cu

4、； 4、强有机酸，在Cr-Mn型不锈钢基础上，加 入Mo、Cu； 5、含有Cl-离子的介质，如海水，Cl-很小，有 很大腐蚀性。加入Ti、Nb,三、 提高不锈钢耐蚀性途径,（1）形成稳定保护膜，Cr、Al、Si有效。 （2）固溶体电极电位或形成稳定钝化区 Cr、Ni、Si：Ni贵而紧缺，Si易使钢脆化， Cr是理想的。 （3）获得单相组织 Ni、Mn 单相奥氏 体组织。 （4）机械保护措施或复盖层，如电镀、发 兰、涂漆等方法。,不 锈 钢 分 类, M不锈钢： 12Crl340Crl3等Crl3型 14Crl7Ni2、95Cr18等, F不锈钢：如06Cr17Ti ，12Cr25Ti， 008

5、Cr27Mo等, A不锈钢：具有单相A组织，如 06Cr18Ni9、12Crl8Mn8Ni5N等, A-F复相不锈钢：如12Cr21Ni5Ti, 沉淀硬化不锈钢05Cr17Ni4Cu4Nb,5.1.2不锈钢的组织与分类,铁素体形成元素占优势：F 奥氏体形成元素占优势：A 奥氏体形成元素不足以使马氏体转变 Ms点降至室温以下： M,铬当量Cr Cr+1.5Mo+2.0Si+1.5Ti+1.75Nb+5.5Al+5V+0.75W 镍当量NiNiCo+0.5Mn+30C+30N+0.3Cu,图5-4不锈钢的组织图,铬当量和镍当量的综合作用结果决定不锈钢的组织 组织状态图。,合金元素对组织的影响,本章

6、内容,5.1 概述 5.2 影响不锈钢组织和性能的因素 5.3 铁素体不锈钢 5.4 马氏体不锈钢 5.5 奥氏体不锈钢 5.6 双相不锈钢,5.2影响不锈钢组织和性能的因素 （GB12201992） 一、合金元素对Fe电极电位的影响,图5-5Cr对Fe-Cr合金电极电位影响不锈钢的组织图 rCr铬与铁的摩尔比,Tammann定律,将较稳定的A组元 加入到较活泼的B组 元固溶体中，当A组 元含量达n/8原子比 时，固溶体电极电位 突然升高，耐蚀性也 有一急剧变化。也称 为二元合金固溶体电 位的n / 8定律,12.5%摩尔比12.552/(12.552+87.555.8） 11.7重量比 23

7、.7重量比 35.9重量比 因此，11.7是不锈钢Cr的最低含量，但由于钢中有C的缘故，一部分碳与Cr形成碳化物，为使固溶体中的Cr量不少于11.7，实际不锈钢中含Cr量不低于13。,不锈钢中的Cr含量,二、 合金元素对不锈钢基体组织的影响,不锈钢的基体组织是获得所需力学性能和良好耐蚀性的保证，使钢在室温下得到单相组织（A，F），就可以减少微电池的数量，提高耐蚀性。 合金元素影响： 1) 一类是扩大奥氏体形成元素：C，N，Mn，Ni ,Cu等 2) 一类是F形成元素：Cr，Si，Ti，Nb，Mo等,1、铬元素的作用,Cr是决定钢 耐蚀性的主 要元素,固溶体电极电位,表面形成致密氧化膜,Cr 耐

8、蚀性的作用符合n / 8定律,2、碳和氮的作用,C：C，强度，冷变形性、焊接性、耐 蚀性；综合因素 碳量应尽可能地低,N：稳定A组织，强度，又能保持好的塑韧 性，耐腐蚀性能，特别是耐局部腐蚀,三类：控氮型（0.050.10%） 中氮型（0.100.40%） 高氮型（0.40%）,3、其它元素的影响,Ni是奥氏体形成元素，能适当提高固溶体电 极电位；能形成单相奥氏体 ； 锰可部分代Ni，但不单独加入 ；,钛和铌能形成稳定K，固定C，使Cr固溶于基 体，从而防止晶界腐蚀 ; 钼能不锈钢钝化能力，扩大钝化介质范围,本章内容,5.1 概述 5.2 影响不锈钢组织和性能的因素 5.3 铁素体不锈钢 5.

9、4 马氏体不锈钢 5.5 奥氏体不锈钢 5.6 双相不锈钢,5.3 铁素体不锈钢,用作受力不大的耐酸和抗氧化结构件 F不锈钢一般都是含Cr量较高的Fe-Cr-C合金,不能热处理强化。,（1）Cr13型 如06Cr13，06Cr13Al等； （2）Cr17型 如10Cr17,019Cr17Ti,10Cr17Mo等； （3）Cr25-30型 如16Cr25N，14Cr25Ti， 008Cr30Mo2等。,基 本 特 点,含碳量0.25%，为提高某些性能， 可加入Mo、Ti、Al、Si等元素；,在硝酸、氨水等介质中有较好的耐 蚀性和抗氧化性；,力学性能和工艺性较差，脆性大， TK在室温左右。,无同素

10、异构转变，多在退火软化态 下使用。,一、铁素体不锈钢的脆性 高铬铁素体不锈钢的缺点是脆性大，主要有 几个方面：,（1）粗大的原始晶粒 由于原子扩散快，晶粒粗化温度低和晶粒粗 化速率高。在600以上晶粒就开始长大，而A 不锈钢相应为900,思考:为什么不能象一般钢那样经过重新加热重 结晶而细化晶粒?,（2） F不锈钢存在475脆性 当15Cr时，随Cr其脆化倾向也。在400 525长时间加热或缓慢冷却时，钢就变得很脆, 以 475加热为最甚.,原因:在脆化T范围内长期停留时，铬有序化 相（80Cr20Fe） ，与母相共格大内应力。 AK,（3）金属间化合物相的形成 相具有高硬度，有大的体积效应，

11、且常沿晶界 分布，所以使钢产生了很大的脆性,采用淬火和退火温度如图5.7所示。区为晶间腐蚀，区相析出区，475脆性区。870950淬火水冷避开上述区，560800退火就要避开区、区的动力学时间。,图5-6铁素体不锈钢的热处理工艺,二、 F不锈钢热处理,本章内容,5.1 概述 5.2 影响不锈钢组织和性能的因素 5.3 铁素体不锈钢 5.4 马氏体不锈钢 5.5 奥氏体不锈钢 5.6 双相不锈钢,5.4马氏体不锈钢 5.4.1马氏体不锈钢的成分和组织特点,这类钢主要含1218%Cr，淬火冷却能产生M。但耐蚀性、塑性和焊接性能较其他不锈钢差。 一、马氏体不锈钢的成分和组织特点. 马氏体不锈钢可分为

12、三类： （1）Cr13型，有12Cr13、20Cr13、30Cr13、40Cr13 （2）高碳高铬钢，如95Cr18 、90Cr18MoV等； （3）低碳17% Cr-2%Ni钢，如14Cr17Ni2。,思考题： 40Cr13为什么是过共析钢? 9 5Cr18含Cr已达18%，但只是耐大气腐蚀不 锈钢?,12Cr13：M+F,20Cr13：M,30Cr13：M,40Cr13：M+K,类似于 调质钢,制造不锈 结构件,类似于 工具钢,制造耐蚀 工具（手 术刀等）,5.4.2 马氏体不锈钢热处理,常用的热处理工艺有软化处理、调质处理和淬火+低温回火。,软 化 处 理,软化处理有两种方法： 一是进行

13、高温回火，将锻轧件加热 至700800保温26小时后空冷，使 马氏体转变为回火索氏体。 另外也可以采用完全退火。 840-900 ，2-4h，25 /h冷至600 空冷， 组织为：F碳化物,调 质 处 理,12Cr13、20Cr13常用于结构件调质。 因为铬抗回火性和AC1点，所以调质回 火温度也相应.通常为640700。 回火后应采用油冷 ?,淬 火 低 回,30Cr13、40Cr13常做有一定耐蚀性的工 具，所以采用淬火低温回火。T淬在1000 1050，为减少变形，可用硝盐分级冷 却。组织为马氏体+碳化物+少量AR,图5-7 4Cr13铸态组织贝氏体+碳化物+残余奥氏体 硬度：491HV

14、,图5-8 4Cr13热处理后组织回火马氏体+碳化物 硬度：710HV,贝氏体+碳化物+残余奥氏体,回火马氏体+碳化物,(a),(b),本章内容,5.1 概述 5.2 影响不锈钢组织和性能的因素 5.3 铁素体不锈钢 5.4 马氏体不锈钢 5.5 奥氏体不锈钢 5.6 双相不锈钢,5.5奥氏体不锈钢,分类（按化学成分分）： CrNi， CrMnN， CrMnNiN,图5-9单相奥氏体组织,奥氏体不锈钢是应用最广泛的耐酸钢，约占不锈 钢总产量的2/3。奥氏体不锈钢优点如下：, 具有很高的耐腐蚀性； 塑性好，容易加工变形成各种形状钢材； 加热时没有同素异构转变，焊接性好； 韧度和低温韧度好，一般情

15、况下没有冷脆 倾向，有一定的热强性； 不具有磁性； 价格较贵，切削加工较困难，导热性差。,5.5.1奥氏体不锈钢的成分特点,奥氏体不锈钢的主要成分是Cr和Ni，18Cr和8Ni 的配合是世界各国奥氏体不锈钢的典型成分。,Cr+Ni= 18+8=26,耐蚀电位接近n/8定 律中n=2的电位值,具有良好钝化性能,单相奥氏体组织,耐蚀性达到 较高的水平. Cr、Ni再, 更为优良,Ti、Nb:稳定K，抗晶间腐蚀的能力； Mo: 不锈钢钝化作用，点腐蚀倾向， 钢在有机酸中的耐蚀性； Cu: 钢在硫酸中的耐蚀性； Si: 钢抗应力腐蚀断裂的能力。 平衡态时为奥氏体+铁素体+碳化物组织， 经过固溶处理后获

16、得了单相奥氏体。,现 象,奥氏体不锈钢焊接后，在腐蚀介 质中工作时，在离焊缝不远处会产 生严重的晶间腐蚀。,原 因,在焊缝及热影响区(450800)， 沿晶界析出了K（Cr,Fe）23C6，晶 界附近区域产生贫Cr区（低于1/8 定律的临界值）。,5.5.2 奥氏体不锈钢的晶间腐蚀,图5-11晶间腐蚀,图5-10晶间腐蚀贫Cr区示意,敏 化 处 理,在Cr-Ni奥氏体不锈钢中，在450 800的温度范围内时效处理，可考 察不锈钢晶间腐蚀的敏感性。敏化处 理和敏感性的关系通常用TTS（Time -Temperature-Sensitivation）曲线来 表示，如图5-12所示。 敏化处理后，在金