含铬量为10.5%以上的铁基合金称为不锈钢。不锈钢是不锈钢和耐酸钢的简称。在冶金学和材料科学领域中,依据钢的主要性能特征,将含铬量大于10.5%,且
通常对在大气、水蒸汽和淡水等腐蚀性较弱的介质中不锈和耐腐蚀的钢种称为不锈钢;对在酸、碱、盐等腐蚀性强烈的环境中具有耐蚀性的钢种称为耐酸钢。两个钢类因成分上的差异而导致了它们具有不同的耐蚀性,前者合金化程度低,一般不耐酸;后者合金化程度高,既具有耐酸性又具有不锈性。
不锈钢最基本的特性是它在大气条件下的耐锈性和在各种液体介质中有耐蚀性。这一特性与钢中的铬含量有直接关系,铬的存在使钢材表面生成一层看不见的膜,它能防止氧化,使材料“钝化”或者说抗腐蚀。添加其它如镍或钼等元素能提高抗腐蚀性、强度和耐温性。开云 开云体育官网
耐蚀性随着铬含量的提高而增强。当铬含量达到10.5%以上时,钢的这一特征发生突变,从易生锈到不锈,从不耐蚀到耐腐蚀。而且含铬量从10.5%以后随着铬含量的不断提高,其耐锈性和耐蚀性也不断得到改善。一般不锈钢的最高铬含量为26%,更高的铬含量已没有必要。
按钢的组织结构分类,如马氏体不锈钢、铁素体不锈钢、奥氏体不锈钢和双相不锈钢等。
按钢中的主要化学成分或钢中一些特征元素来分类,如铬不锈钢、铬镍不锈钢、铬镍钼不锈钢以及超低碳不锈钢、高钼不锈钢、高纯不锈钢等。
按钢的性能特点和用途来分类,如耐硝酸(硝酸级)不锈钢、耐硫酸不锈钢、耐点蚀不锈钢、耐应力腐蚀不锈钢、高强度不锈钢等。
按钢的功能特点分类,如低温不锈钢,无磁不锈钢,易切削不锈钢,超塑性不锈钢等。
目前最常用的分类方法是按钢的组织结构特点和按钢的化学成份特点以及两者相结合的方法来分类。例如,把目前的不锈钢分为:马氏体钢(包括马氏体Cr不锈钢和马氏体Cr-Ni不锈钢)、铁素体钢、奥氏体钢(包括Cr-Ni和Cr-Mn-Ni(-N)奥氏体不锈钢)、双相钢(α+γ双相)和沉淀硬化型钢等五大类,或分为铬不锈钢和铬镍不锈钢两大类。
奥氏体系不锈钢是以面心立方晶体结构的奥氏体组织(γ相为主),无磁性,主要通过冷加工使其强化(并可能导致一定的磁性)的不锈钢。18-8不锈钢是典型的奥氏体不锈钢类型,含有约18%铬和8%镍。18-8不锈钢中包括302、303、304等级别。主要特点是:
在正常热处理条件下,钢的基体组织为奥氏体,在不恰当热处理或不同受热状态下,在奥氏体基体中有可能存在少量的碳化物及铁素体组织。
的方式进行强化。可以通过加入钼、铜、硅等合金化元素的方法得到适用于各种使用条件的不同钢种,如316L、304Cu等。
、但在冷加工过程后部分零件可能产生轻微的磁性,这类钢种的重要特性还具有良好的
在缝隙和密闭的场合,可能没有足够的氧气来维持钝化膜,可能引起缝隙腐蚀。
铁素体系不锈钢是以体心立方晶体结构的铁素体组织(α相)为主,有磁性,一般不能通过热处理硬化,但冷加工可使其轻微强化的不锈钢。铁素体不锈钢含铬量12%~18%,但含碳量低于0.2%,代表钢种是409、430,其耐蚀性不如奥氏体不锈钢。主要特点是:
马氏体系不锈钢的基体为马氏体组织,有磁性,可通过热处理可调整其力学性能的不锈钢。马氏体系不锈钢含有铬12~18%。代表钢种有410、420。主要特点是:
基体兼有奥氏体和铁素体两相组织(其中较少相的含量一般大于15%),有磁性,可通过冷加工使其强化的不锈钢。成分中高Cr高N,,代表钢种是2304、2205、2507。主要特点是:
沉淀硬化系不锈钢是基体为奥氏体或马氏体组织,并能通过沉淀硬化(又称失效硬化)处理使其硬(强)化的不锈钢。沉淀硬化不锈钢按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0Crl7Ni7Al 和0Crl5Ni25Ti2MoVB为代表)和奥氏体加铁素体沉淀硬化不锈钢(以PH55A、B、C为代表)。这类材料是利用热处理后时效析出Cu、Al、Ti、Nb等的金属化合物来提高材料的强度。主要特点是:
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。半奥氏体沉淀硬化不锈钢通过马氏体相变和沉淀硬化,奥氏体、马氏体沉淀硬化不锈钢通过沉淀硬化处理使其具有高的强度和良好的韧性。
铬含量在17%左右,加之含有镍、钼等元素,因此,除具有足够的不锈性外,其耐蚀性接近于18-8型奥氏体不锈钢。
沉淀硬化不锈钢经过低温时效处理和冷加工后能硬化。630型,市场上也叫17-4PH,是紧固件产品使用最多的沉淀硬化不锈钢。他们有相当高的抗拉强度和柔韧性。因此其使用性能不管在高温或低温下都表现相当好。
一般情况下纯金属具有比较高的塑性,当加入其他合金元素后,形成单相固溶体时也有较好的塑性,如铁镍合金可形成连续固溶体,因此铁与镍在任意比例的情况下,合金的塑性都是很高的。
但在含有其它元素的条件下,形成不溶于固溶体或部分溶于固溶体的金属间化合物,使金属的塑性降低,因此合金的塑性比纯金属或单相固溶体的塑性差。
铬(Cr):是主要铁素体形成元素,铬与氧结合能生成耐腐蚀的Cr2O3钝化膜,
,铬含量增加可提高钢的钝化膜修复能力,一般不锈钢中的铬含量必须在12%以上;
钼(Mo):是碳化物形成元素,所形成的碳化物极为稳定,能阻止奥氏体加热时的晶粒长大,
,另外钼元素能使钝化膜更致密牢固,从而有效提高不锈钢的耐Cl-腐蚀性;
铌、钛(Nb、Ti):是强碳化物形成元素,能提高钢的耐晶间腐蚀能力。但碳化钛对不锈钢的表面质量有不利影响,因此在表面要求较高的不锈钢中一般通过添加铌来改善性能。
氮(N):是强奥氏体形成元素,可显著提高钢的强度。但是对不锈钢的时效开裂影响较大,因此在冲压用途的不锈钢中要严格控制氮含量。