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1、不锈钢分公公司海外外培训教教材（不锈钢基基础知识识篇）2006年年12月月15日日第一章 不不锈钢基基础知识识不锈钢是建建筑、家家电、石石油、化化工、化化肥、合合成纤维维和石油油提炼等等工业部部门中广广泛使用用的金属属材料。通通常所说说的不锈锈钢是不不锈钢与与耐酸钢钢的总称称。不锈锈钢不一一定耐酸酸，但耐耐酸钢同同时又是是不锈钢钢。当钢钢中铬含含量在110.55%以上时时，钢的的表面在在大气中中会形成成一层致致密的氧氧化铬，使使钢具有有了防锈锈性，能能防止钢钢的基体体进一步步氧化，起起到了对对钢基体体的保护护作用。铬铬含量大大于100.5%以上的的钢称为为不锈钢钢。在同一介质质中,不不同种类类
2、的不锈锈钢腐蚀蚀速度大大不相同同，而同同一种不不锈钢在在不同的的介质中中腐蚀行行为也大大不一样样。因此此掌握各各类不锈锈钢的特特点，对于正正确选择择和使用用不锈钢钢是很重重要的。不锈钢不仅仅要耐蚀蚀，还要要具有较较好的力力学性能能、良好好的切削削加工性性能和焊焊接性能能。到目前为止止，不锈锈钢已发发展到了了近2000个钢钢种，性性能不同同，生产产工艺各各异。不不锈钢良良好的耐耐蚀性，较较低的维维护成本本，优良良的外观观，使其其在化工工、食品品、石油油、建筑筑、电器器工程、装装饰、核核工业等等领域广广泛得到到应用。目前全世界界年产不不锈钢在在24000万tt左右。每每年不锈锈钢的需需求量还还以6
3、%的比率率增长，而而中国需需求量在在以每年年8%以上上的速度度增长，高高于世界界平均增增长率。1.1金属属腐蚀机理理1.1.11腐蚀过过程在外界介质质的作用用下使金金属逐渐渐受到破破坏的现现象称为为腐蚀。腐腐蚀基本本上有两两种形式式：化学学腐蚀和和电化学学腐蚀。化化学腐蚀蚀在腐蚀蚀过程中中形成某某种腐蚀蚀产物。这这种腐蚀蚀产物一一般都覆覆盖在金金属表面面上形成成一层膜膜，使金金属与介介质隔离离开来。如如果这层层化学生生成物是是稳定、致致密、完完整并同同金属表表层牢固固结合的的，则将将大大减减轻甚至至可以防防止腐蚀蚀的进一一步发展展，对金金属起保保护作用用。形成成保护膜膜的过程程称为钝钝化。可见
4、，氧化化膜的产产生及氧氧化膜的的结构和和性质是是化学腐腐蚀的重重要特征征。因此此，提高高金属耐耐化学腐腐蚀的能能力，主主要是通通过合金金化或其其它方法法，在金金属表面面形成一一层稳定定的、完完整致密密的并与与基体结结合牢固固的氧化化膜。1.1.22腐蚀类类型金属材料在在工业生生产中的的腐蚀失失效形式式是多种种多样的的。不同同材料在在不同负负荷及不不同介质质环境的的作用下下，其腐腐蚀形式式主要有有以下几几类：一般腐蚀：金属裸裸露表面面发生大大面积的的较为均均匀的腐腐蚀，虽虽降低构构件受力力有效面面积及其其使用寿寿命，但但比局部部腐蚀的的危害性性小。晶间腐蚀：指沿晶晶界进行行的腐蚀蚀，使晶晶粒的连
5、连接遭到到破坏。这这种腐蚀蚀的危害害性最大大，它可可以使合合金变脆脆或丧失失强度，敲敲击时失失去金属属声响，易易造成突突然事故故。晶间间腐蚀为为奥氏体体不锈钢钢的主要要腐蚀形形式。应力腐蚀：金属在在腐蚀介介质及拉拉应力（外外加应力力或内应应力）的的共同作作用下产产生破裂裂现象。断断裂方式式主要是是沿晶的的、也有有穿晶的的，这是是一种危危险的低低应力脆脆性断裂裂，在氯氯化和碱碱性氧化化物或其其它水溶溶性介质质中常发发生应力力腐蚀，在在许多设设备的事事故中占占相当大大的比例例。点腐蚀：点点腐蚀是是发生在在金属表表面局部部区域的的一种腐腐蚀破坏坏形式，点点腐蚀形形成后能能迅速地地向深处处发展，最最后
6、穿透透金属。点点腐蚀危危害性很很大，尤尤其是对对各种容容器是极极为不利利的。出出现点腐腐蚀后应应及时磨磨光或涂涂漆，以以避免腐腐蚀加深深。腐蚀疲劳：金属在在腐蚀介介质及交交变应力力作用下下发生的的破坏，其其特点是是产生腐腐蚀坑和和大量裂裂纹。显显著降低低钢的疲疲劳强度度，导致致过早断断裂。腐腐蚀疲劳劳不同于于机械疲疲劳，它它没有一一定的疲疲劳极限限，随着着循环次次数的增增加，疲疲劳强度度一直是是下降的的。除了上述各各种腐蚀蚀形式以以外，还还有由于于宏观电电池作用用而产生生的腐蚀蚀。从上述腐蚀蚀机理可可见，防防止腐蚀蚀的着眼眼点应放放在：尽尽可能减减少原电电池数量量，使钢钢的表面面形成一一层稳定
7、定的、完完整的、与与钢的基基体结合合牢固的的钝化膜膜；在形形成原电电池的情情况下，尽尽可能减减少两极极间的电电极电位位差。1.1.33不锈钢钢的合金金化原理理提高钢耐蚀蚀性的方方法很多多，如表表面镀一一层耐蚀蚀金属、涂涂敷非金金属层、电电化学保保护和改改变腐蚀蚀环境介介质等。但但是利用用合金化化方法 ，提高高材料本本身的耐耐蚀性是是最有效效防止腐腐蚀破坏坏的措施施之一，其其方法如如下；（1）加入入合金元元素，提提高钢基基体的电电极电位位，从而而提高钢钢的抗电电化学腐腐蚀能力力。一般般往钢中加加入Crr、Nii、Sii等元素均均能提高高其电极极电位。由由于Nii资源较缺缺，Sii的大量量加入会会
8、使钢变变脆，因因此，只只有Crr才是显显著提高高钢基体体电极电电位常用用的元素素。（2）加入入合金元元素使钢钢的表面面形成一一层稳定定的、完完整的与与钢的基基体结合合牢固的的钝化膜。从从而提高高钢的耐耐化学腐腐蚀能力力。如在在钢中加加入 CCr、Si、Al等等合金元元素 ，使使钢的表表层形成成致密的的Cr2O3、SiiO2、Al2O3等氧化化膜 ，就可可提高钢钢的耐蚀蚀性。（3）加入入合金元元素使钢钢在常温温时能以以单相状状态存在在，减少少微电池池数目从从而提高高钢的耐耐蚀性。如如加入足足够数量量的Crr或CrrNii，使钢在在室温下下获得单单相铁素素体或单单相奥氏氏体。（4）加入入Mo、CC
9、u等元元素，提提高钢抗抗非氧化化性酸腐腐蚀的能能力。（5）加入入Ti、NNb等元元素，消消除Crr的晶间间偏析，从从而减轻轻了晶间间腐蚀倾倾向。（6）加入入Mn、NN等元素素，代替替部分NNi获得得单相奥奥氏体组组织，同同时能大大大提高高铬不锈钢钢在有机机酸中的的耐蚀性性。1.2 不不锈钢的的种类和和特点不锈钢有两两种分类类法：一一种是按按合金元元素的特特点，划划分为铬铬不锈钢钢和铬镍镍不锈钢钢；另一一种是按按在正火火状态下下钢的组组织状态态，划分分为马氏氏体（MM）不锈钢钢、铁素素体（FF）不锈钢钢、奥氏氏体（AA）不锈钢钢和双相相（奥氏氏体A -铁铁素体FF）不锈钢钢。1.2.11马氏体体
10、不锈钢钢及其特特点经热处理后后可以硬硬化，有有磁性。在在温和的的环境下下抗腐蚀蚀。具有有相当好好的弹性性。4110钢是是马氏体体不锈钢钢的常用用钢种。马氏体不锈锈钢含有有多于110.5%的铬，在在高温下下具有奥奥氏体组组织，在在合适的的冷却速速度下，冷冷却到室室温可以以转变成成马氏体体。马氏氏体不锈锈钢钢种种演变见见图1。典型的马氏氏体不锈锈钢钢号号有4110、4420（1Cr134Cr13）和440（9Cr18）等410钢加加工工艺艺性能良良好。可可不经预预热进行行深冲、弯弯曲、卷卷边及焊焊接。4420冷冷变形前前不要求求预热，但但焊接前前需预热热，4110、4200J1主主要用来来制作耐耐
11、蚀结构构件如汽汽轮机叶叶片等，而而4200J2主主要用来来制作医医疗器械械外科手手术刀及及耐磨零零件；4440可可做耐蚀蚀轴承及及刀具。马氏体不锈钢化学成分见表1-1。表1-1 马氏体体不锈钢钢的化学学成分/%钢种CrCMnSiPS其 它403410414416416See420420F422431440A440B440F11.51311.513.511.513.51214412144121441214411133151771618816188170.150.150.150.150.150.15最最小0.380.200.2250.200.600.7750.750.9951.01.01.01.0
12、1.251.251.01.251.01.01.01.00.40.51.01.01.01.01.01.00.751.01.01.00.40.04000.04000.04000.06000.06000.04000.06000.02550.04000.04000.04000.040.03000.03000.03000.15最最小0.06000.0300 0.15选选择0.02550.03000.03000.0300S0.088或Se00.188Ni1.225-22.500Mo0.660选择择Se 0.15最最小Mo 0.60选选择Ni0.551.0,Ni1.22522.500Mo0.775Mo0.7
13、751.2.22铁素体体不锈钢钢及其特特点铁素体不锈锈钢的含含Cr量量一般为为10.530，碳含量低于于0.225%（见见表2）。有时还加入其它合金元素。金相组织主要是铁素体，加热及冷却过程中没有转变，不能用热处理进行强化，只是经冷加工后有一些硬化。抗氧化性强，加入合金元素可在有机酸及 含Cl-的介质中有较强的抗蚀。同时，它还具有良好的热加工性及一定的冷加工性。铁素体不锈锈钢主要要用来制制作要求求有较高高的耐蚀蚀性而强强度要求求较低的的构件，广广泛用于于制造生生产硝酸酸、氮肥肥等设备备和化工工使用的的管道等等。430钢是是铁素体体不锈钢钢的代表表性钢种种。典型型的铁素素体不锈锈钢有CCrl77
14、型、CCr255型和CCr288型。 铁素体不锈锈钢的钢钢种演变变见图11-2。铁素体不锈钢的化学成分见表1-2。表1-2 铁素体体不锈钢钢的化学学成分/%钢种CMnPSSiCr其它409405429430430F430FSSe4344364424460.080.080.120.120.120.120.120.120.200.201.001.001.001.001.251.251.001.001.001.500.04550.04000.04000.04000.06000.06000.04000.04000.04000.04000.04550.03000.03000.03000.150.06000.03000.03000.03000.03001.001.001.001.001.001.001.001.001.001.0010.5/11.7511.5/14.514.0/16.016.0/18.016.0/18.016.0/18.016.0/18.016.0/18.018.0/23.023.0/27.0Ti6*CC/0.75Al0.110/00.300Mo0.
