不锈钢详细介绍

5.2 铁素体不锈钢
1. 主要成分
Cr :≥13%（最高可达 （最高可达30%） ） 稳定α相的元素 稳定 相的元素 含 量 达 13%, 铁 铬 合 金 无 γ 相变， 含量达12%即耐蚀 。 即耐蚀。 相变 ， 含量达 即耐蚀 铁素体不锈钢含铬量： 13%~30% C:≦0.25% ≦
2.平衡组织 2.平衡组织
② 提高金属基体的电极电位－ 加入合金元素， 提高金属基体的电极电位－ 加入合金元素 ， 例如在钢中加入大于13%的 Cr， 则铁素体 例如在钢中加入大于 的 ， 的电极电位由-0.56V提高到 的电极电位由 提高到0.2V， 从而使 ， 提高到 金属的抗腐蚀性能提高。 金属的抗腐蚀性能提高。 加入合金元素使金属表面形成一层致密的 ③ 加入合金元素 使金属表面形成一层致密的 氧化膜（ 钝化膜） 把金属与介质分隔开， 氧化膜 （ 钝化膜 ） － 把金属与介质分隔开 ， 从而防止进一步的腐蚀。 从而防止进一步的腐蚀。(Fe2O3) • 降低环境介质的腐蚀性 • 改进设计
σ0.2 ：300~350MPa, 多用于受力不大的耐酸结构
和作抗处理 4.热处理 淬火： ℃/1h 水冷） 淬火：870 ~ 950℃/1h（水冷）
避免高温晶间腐蚀和铁素体长大区； 避免高温晶间腐蚀和铁素体长大区； 退火： 退火：560 ~ 800℃ 避开475 脆性，消除应力，消除贫铬区。 避开475 ℃脆性，消除应力，消除贫铬区。
三、不锈钢的合金化作用
对铁的电极电位和极化性能的影响 Cr,Ni,Si,Mo促进钝化 促进钝化 尤其是Cr，溶入固溶体（ 尤其是 ，溶入固溶体（12.5%）可显著 其电极 ）可显著↑其电极 电位。含铬量达n/8原子分数值 原子分数值， 电位。含铬量达 原子分数值，电极电位呈台阶 式跃增。 式跃增。 对基体组织的影响 Cr, Ti, Nb 为α稳定剂 稳定剂 Ni：γ稳定剂，获得单一 和促进 相形成的主要元 ： 稳定剂 获得单一γ和促进 稳定剂， 和促进γ相形成的主要元 素。
主要类型
1 、低C及中 ，13%Cr钢 及中C，13%Cr钢 及中 如2Cr13、3Cr13、4Cr13等 2 、低C，17%Cr-2%Ni钢 低 ，17%Cr- Ni钢 如Cr17Ni2等 3 、高C，18%Cr钢 高 ，18%Cr钢 如9Cr18、9Cr18MoV等
这类钢中的重要成分是铬和碳， 定律， 这类钢中的重要成分是铬和碳，按n/8定律， 1/8值 定律 值 铬不锈钢最低铬含量应为11.7%， 因有一部分铬要和碳 铬不锈钢最低铬含量应为 ， 化合脱离固溶体， 故铬含量应提高到13%。 而 9Cr18由 化合脱离固溶体 ， 故铬含量应提高到 。 由 于碳含量高，消耗的铬较多，故铬含量提高到18%，以 于碳含量高 ，消耗的铬较多， 故铬含量提高到 ， 保证固溶体中铬量的1/8值 保证固溶体中铬量的 值。
3.性能特点 3.性能特点
耐腐蚀性和抗氧化性较好 ，特别是抗应力腐蚀性 能。 机械性能及工艺性能较差，尤其是脆性大 脆性大。 机械性能及工艺性能较差，尤其是脆性大。 原因： 原因： （1）原始晶粒粗大； ）原始晶粒粗大； 高硬度（ ），有体积变化且 （2）析出σ相：高硬度（HRC68），有体积变化且 ）析出σ ）， 易沿晶分布； 易沿晶分布； 原子有序化， （3）475℃脆性：Cr原子有序化，形成富 的体心 ） ℃脆性： 原子有序化 形成富Cr的体心 立方相，引起点阵畸变和内应力。 立方相，引起点阵畸变和内应力。
5.3 马氏体不锈钢
对较高的机械性能和耐蚀性要求， 不锈钢不能满足 不锈钢不能满足。 对较高的机械性能和耐蚀性要求，F不锈钢不能满足。 发展M不锈钢 发展 不锈钢 成分特点：Cr 成分特点：Cr%12-18% C 增加 γ相稳定化元素：镍（2%） 相稳定化元素： ） 优点：具有高的强度和耐磨性， 优点：具有高的强度和耐磨性，较好机械性能和 耐蚀性的结合。 耐蚀性的结合。 缺点：耐蚀性、塑性、焊接性较奥氏体、 缺点：耐蚀性、塑性、焊接性较奥氏体、铁素体差 但由于它有较好的机械性能和耐蚀性的结合， 但由于它有较好的机械性能和耐蚀性的结合 ， 是机 械工业中广泛使用的一类钢。 械工业中广泛使用的一类钢。
(1)成分特点— 18-8
型
从组织上考虑： 从组织上考虑： 利用铬和镍的配合来获得单相的γ（ 极低） 利用铬和镍的配合来获得单相的 （C %极低）。 从耐蚀性考虑： 从耐蚀性考虑： Cr、 Ni总量 总量=18+8=26时 ， 不锈钢的耐蚀电位接近 、 总量 时 n/8规律中的 规律中的n=2的电位值，这样既得单相的 ，又得到好 的电位值， 规律中的 的电位值 这样既得单相的γ， 的钝化性能，使耐蚀性达到较高水平。 的钝化性能，使耐蚀性达到较高水平。 主要成分： 主要成分：≥ 18%Cr和≥8%Ni 和 目前在18-8 型的基础上又发展了许多新的钢种。如 ： 型的基础上又发展了许多新的钢种。 目前在 增加铬、镍量，能提高钢的钝化性能， 增加铬 、 镍量 ， 能提高钢的钝化性能 ， 增加奥氏体的稳 定性，提高固溶强化效应，使钢的耐蚀性能更为优异。 定性，提高固溶强化效应，使钢的耐蚀性能更为优异。
◆Cr13型M类钢的热处理 Cr13型
特点: 淬透性高, 可空冷获得M组织 特点 淬透性高 可空冷获得 组织 （ 含 Cr 量较 高）。 热处理方式： 热处理方式： （ 1） 软化处理 （ 相当于球化退火 ， M高硬度难于 ） 软化处理（ 相当于球化退火， 高硬度难于 切削加工） 切削加工） 高温回火)： （2）调质处理 高温回火 ： ）调质处理(高温回火 1Cr13： 由于 ： 由于C%低 ， 由相图知 ， 980~1050℃ 低 由相图知， ℃ 范围内， 范围内，含F量最低 ，少 量F+M。 量最低 。 2Cr13：950~1150℃，完全 。 ： ℃ 完全γ。 （3）淬火 + 低温回火 ） 3Cr13：850~1000℃， 碳化物溶入 淬火硬度升高 ： ℃ 碳化物溶入,淬火硬度升高 （可获得高硬度和耐磨性）
(2)良好的机械性能 良好的机械性能 承受或传递载荷， 减轻构件自重， 承受或传递载荷， 减轻构件自重，节约成 本。 (3) 良好的工艺性能 包括：热加工成型性、冷成型性、 包括：热加工成型性、冷成型性、切削加 工性。 工性。 (4) 好的经济性
二、金属腐蚀的一般概念
(1) 腐蚀方式 化学腐蚀： 化学腐蚀 ： 金属在干燥气体或非电解质溶液中 的腐蚀，腐蚀过程不产生电流 不产生电流。 的腐蚀，腐蚀过程不产生电流。 ☻钢在高温下的氧化属于典型的化学腐蚀； 钢在高温下的氧化属于典型的化学腐蚀； 电化学腐蚀： 电化学腐蚀 ： 金属与电解质溶液接触时所发生 的腐蚀，腐蚀过程中有电流产生 有电流产生。 的腐蚀，腐蚀过程中有电流产生。 ☻钢在室温下的锈蚀主要属于电化学腐蚀。 钢在室温下的锈蚀主要属于电化学腐蚀。
Cr：17%左右 17%左右 高温（>950℃） +γ两相 高温（>950℃）α+γ两相 850~950℃ α+γ+Cr23C6三相 +γ+Cr 850 950℃ 室温 α+Cr23C6两相 +Cr 25%左右 Cr：25%左右 200℃以下无 多晶型转变， 200℃以下无α→γ多晶型转变， +Cr 两相。 一直保持α+Cr23C6两相。
◆ 1Cr17Ni2钢 钢
在不提高 的同时， 型不锈钢？ 在不提高C%的同时，如何获得高强度 型不锈钢？ 提高 的同时 如何获得高强度M型不锈钢 用Ni代替C，保留有M相变而不影响耐磨性。 C%： 0.11~0.17%
在 Cr13型 M不锈钢 中将 含量提高到 17% 再加入 不锈钢中将 含量提高到17 型 不锈钢 中将Cr含量提高到 17% 再加入2%Ni， ， 保持奥氏体相变（避免用增加含碳量获得奥氏体， 保持奥氏体相变（避免用增加含碳量获得奥氏体，而影响 耐蚀性） 使钢能淬火获得马氏体强化， 耐蚀性），使钢能淬火获得马氏体强化，从而获得了马氏 体不锈钢中耐蚀性最好、强度最高的钢— 体不锈钢中耐蚀性最好、强度最高的钢 1Cr17Ni2钢。 钢
1Cr18Ni9不锈钢晶间腐蚀金相图像 ×100
1Cr18Ni9不锈钢晶间腐蚀扫描电镜 图像 ×100
敏化后奥氏体不锈钢的晶间腐蚀示意
(3) 提高耐蚀性方法
要提高金属的抗电化学腐蚀能力， 要提高金属的抗电化学腐蚀能力 ， 通常采取 以下措施： 以下措施： ① 获得均匀的单相组织 ， 金属在电解质溶液 获得均匀的单相组织， 中只有一个极，使微电池难以形成。 中只有一个极，使微电池难以形成。 如在钢中加入大于24%的 Ni， 会使钢在常温 的 ， 如在钢中加入大于 下获得单相的奥氏体组织。 下获得单相的奥氏体组织。
第五章 不锈钢
5.1 概
一、不锈钢的性能要求 (1) 抗腐蚀性
述
不锈钢： 耐大气腐蚀 、 耐弱蚀性介质腐蚀的 不锈钢 ： 耐大气腐蚀、 钢种。 钢种。 耐酸钢：耐酸和耐一切强腐蚀介质的钢。 耐酸钢：耐酸和耐一切强腐蚀介质的钢。 不锈钢并非不生锈， ☺ 不锈钢并非不生锈 ， 只是在不同介质中的腐 蚀行为不一样。 蚀行为不一样。
对机械性能的影响 马氏体型：综合机械性能较好， 马氏体型：综合机械性能较好，即强度较 有一定延展性。 高，有一定延展性。 奥氏体+铁素体型：强度和延展性较好。 奥氏体 铁素体型：强度和延展性较好。 铁素体型 奥氏体型与铁素体型：强度相近， 奥氏体型与铁素体型：强度相近，奥氏体 型延展性较好，铁素体型屈服强度较高。 型延展性较好，铁素体型屈服强度较高。
5.4奥氏体不锈钢 奥氏体不锈钢
含有Cr和较多的稳定奥氏体元素镍 、 含有 和较多的稳定奥氏体元素镍、 锰 、 氮 ， 使用状 和较多的稳定奥氏体元素镍 态为奥氏体的不锈钢，腐蚀性高，而且有较高的塑性， 态为奥氏体的不锈钢，腐蚀性高，而且有较高的塑性，易 于加工，具有良好的焊接性能、韧性和低温韧性， 于加工，具有良好的焊接性能、韧性和低温韧性，无磁性 是应用最广的耐酸钢，约占不锈钢总产量的2/3。 等。是应用最广的耐酸钢，约占不锈钢总产量的 0Cr13 F型 1Cr13~4Cr13 1Cr17Ni2 1Cr18Ni9Ti γ型 考虑Ni与 的相互替代作用 的相互替代作用， 的 稳定作用比 稳定作用比C还要明 考虑 与C的相互替代作用，Ni的γ稳定作用比 还要明 因此在Cr17Ni2中Ni起到替代碳的作用。 起到替代碳的作用。 显，因此在 中 起到替代碳的作用 进而发展成抑制γ→α的转变。 的转变。 进而发展成抑制 的转变 M型