不锈钢的高温力学性能
不锈钢的物理性能、力学性能和耐热性能
不锈钢的物理性能、力学性能和耐热性能不锈钢的物理性能不锈钢和碳钢的物理性能数据对比，碳钢的密度略高于铁素体和马氏体型不锈钢，而略低于奥氏体型不锈钢；电阻率按碳钢、铁素体型、马氏体型和奥氏体型不锈钢排序递增；线膨胀系数大小的排序也类似，奥氏体型不锈钢最高而碳钢最小；碳钢、铁素体型和马氏体型不锈钢有磁性，奥氏体型不锈钢无磁性，但其冷加工硬化天生成氏体相变时将会产生磁性，可用热处理方法来消除这种马氏体组织而恢复其无磁性。
奥氏体型不锈钢与碳钢相比，具有下列特点：1）高的电导率，约为碳钢的5倍。
2）大的线膨胀系数，比碳钢大40％，并随着温度的升高，线膨胀系数的数值也相应地进步。
3）低的热导率，约为碳钢的1/3。
不锈钢的力学性能不论不锈钢板还是耐热钢板，奥氏体型的钢板的综合性能最好，既有足够的强度，又有极好的塑性同时硬度也不高，这也是它们被广泛采用的原因之一。
奥氏体型不锈钢同尽大多数的其它金属材料相似，其抗拉强度、屈服强度和硬度，随着温度的降低而进步；塑性则随着温度降低而减小。
其抗拉强度在温度15~80°C范围内增长是较为均匀的。
更重要的是：随着温度的降低，其冲击韧度减少缓慢，并不存在脆性转变温度。
所以不锈钢在低温时能保持足够的塑性和韧性。
不锈钢的耐热性能耐热性能是指高温下，既有抗氧化或耐气体介质腐蚀的性能即热稳定性，同时在高温时双有足够的强度即热强性。
316和316L不锈钢316和317不锈钢（317不锈钢的性能见后）是含钼不锈钢种。
317不锈钢中的钼含量略高明于316不锈钢.由于钢中钼，该钢种总的性能优于310和304不锈钢，高温条件下，当硫酸的浓度低于15％和高于85％时，316不锈钢具有广泛的用途。
316不锈钢还具有良好的而氯化物腐蚀的性能，所以通常用于海洋环境。
316L不锈钢的最大碳含量0.03,可用于焊接后不能进行退火和需要最大耐腐蚀性的用途中。
耐腐蚀性：耐腐蚀性能优于304不锈钢，在浆和造纸的生产过程中具有良好的耐腐蚀的性能。
不锈钢的力学性能
不锈钢的力学性能材料的力学性能是指材料在不同环境（温度、介质、湿度）下，承受各种外加载荷（拉伸、压缩、弯曲、扭转、冲击、交变应力等）时所表现出的力学特征。
一、强度（抗拉强度、屈服强度）不锈钢的强度由各种因素来确定，但最重要的和最基本的因素是其中添加的不同化学元素，主要是金属元素。
不同类型的不锈钢由于其化学成分的差异，就有不同的强度特性。
（1）马氏体型不锈钢马氏体型不锈钢与普通合金钢一样具有通过淬火实现硬化的特性，因此可通过选择牌号及热处理条件来得到较大范围的不同的力学性能。
马氏体型不锈钢从大的方面来区分，属于铁—铬—碳系不锈钢.进而可分为马氏体铬系不锈钢和马氏体铬镍系不锈钢。
在马氏体铬系不锈钢中添加铬、碳和钼等元素时强度的变化趋势和在马氏体铬镍系不锈钢中添加镍的强度特性如下所述。
马氏体铬系不锈钢在淬火—回火条件下，增加铬的含量可使铁素体含量增加，因而会降低硬度和抗拉强度。
低碳马氏体铬不锈钢在退火条件下，当铬含量增加时硬度有所提高，而延伸率略有下降。
在铬含量一定的条件下，碳含量的增加使钢在淬火后的硬度也随之增加，而塑性降低。
添加钼的主要目的是提高钢的强度、硬度及二次硬化效果。
在进行低温淬火后，钼的添加效果十分明显。
含量通常少于1%。
在马氏体铬镍系不锈钢中，含一定量的镍可降低钢中的δ铁素体含量，使钢得到最大硬度值。
马氏体型不锈钢的化学成分特征是，在0.1%----1.0%C，12%---27%Cr的不同成分组合基础上添加钼、钨、钒和铌等元素。
由于组织结构为体心立方结构，因而在高温下强度急剧下降。
而在600℃以下，高温强度在各类不锈钢中最高，蠕变强度也最高。
（2）铁素体型不锈钢据研究结果，当铬含量小于25%时铁素体组织会抑制马氏体组织的形成，因而随铬含量的增加其强度下降；高于25%时由于合金的固溶强化作用，强度略有提高。
钼含量的增加可使其更易获得铁素体组织，可促进α’相、σ相和χ相的析出，并经固溶强化后其强度提高。
不锈钢的物理性能、力学性能和耐热性能
不锈钢的物理性能、力学性能和耐热性能不锈钢的物理性能不锈钢和碳钢的物理性能数据对比，碳钢的密度略高于铁素体和马氏体型不锈钢，而略低于奥氏体型不锈钢；电阻率按碳钢、铁素体型、马氏体型和奥氏体型不锈钢排序递增；线膨胀系数大小的排序也类似，奥氏体型不锈钢最高而碳钢最小；碳钢、铁素体型和马氏体型不锈钢有磁性，奥氏体型不锈钢无磁性，但其冷加工硬化天生成氏体相变时将会产生磁性，可用热处理方法来消除这种马氏体组织而恢复其无磁性。
奥氏体型不锈钢与碳钢相比，具有下列特点：1）高的电导率，约为碳钢的5倍。
2）大的线膨胀系数，比碳钢大40％，并随着温度的升高，线膨胀系数的数值也相应地进步。
3）低的热导率，约为碳钢的1/3。
不锈钢的力学性能不论不锈钢板还是耐热钢板，奥氏体型的钢板的综合性能最好，既有足够的强度，又有极好的塑性同时硬度也不高，这也是它们被广泛采用的原因之一。
奥氏体型不锈钢同尽大多数的其它金属材料相似，其抗拉强度、屈服强度和硬度，随着温度的降低而进步；塑性则随着温度降低而减小。
其抗拉强度在温度15~80°C范围内增长是较为均匀的。
更重要的是：随着温度的降低，其冲击韧度减少缓慢，并不存在脆性转变温度。
所以不锈钢在低温时能保持足够的塑性和韧性。
不锈钢的耐热性能耐热性能是指高温下，既有抗氧化或耐气体介质腐蚀的性能即热稳定性，同时在高温时双有足够的强度即热强性。
316和316L不锈钢316和317不锈钢（317不锈钢的性能见后）是含钼不锈钢种。
317不锈钢中的钼含量略高明于316不锈钢.由于钢中钼，该钢种总的性能优于310和304不锈钢，高温条件下，当硫酸的浓度低于15％和高于85％时，316不锈钢具有广泛的用途。
316不锈钢还具有良好的而氯化物腐蚀的性能，所以通常用于海洋环境。
316L不锈钢的最大碳含量0.03,可用于焊接后不能进行退火和需要最大耐腐蚀性的用途中。
耐腐蚀性：耐腐蚀性能优于304不锈钢，在浆和造纸的生产过程中具有良好的耐腐蚀的性能。
SUS304不锈钢高温力学性能的物理模拟
304 不锈钢高温力学性能的物理模拟关小霞田建军杨健指导教师：杨庆祥胡宏彦博士燕山大学材料科学与工程学院摘要：采用Gleeble-3500热模拟试验机对304 不锈钢的高温力学性能进行了物理模拟。
对模拟结果中应力-应变曲线进行分析，并结合断口附近组织形貌的观察，得出结论：金属的极限应力随温度升高呈下降趋势；在δ-Fe向γ-Fe转变的某一温度，金属塑性急剧下降；对断口附近金相组织及SEM分析，推测晶界处可能存在着元素偏聚或析出相现象。
关键词：304不锈钢；力学性能；物理模拟1.前言：双辊铸轧不锈钢薄带技术是目前冶金及材料领域的前沿技术之一[1]，是直接用钢水制成2-5mm厚薄带的工艺过程。
该技术可以大大简化薄带钢的生产流程，降低生产成本，并形成低偏析、超细化的凝固组织，从而使带材具有良好的性能，被公认为钢铁工业的革命性技术[2、3]。
但是，不锈钢经铸轧后，薄带表面会形成宏观的裂纹，从而降低不锈钢薄带的力学性能，影响其质量[4-6]。
国内外在双辊铸轧不锈钢薄带技术上已经开展了一些研究工作。
文献[7]对比了铸轧铁素体和奥氏体不锈钢薄带；文献[8、9]对铸轧304不锈钢薄带过程中高温铁素体的溶解动力学进行了研究；文献[10]对不锈钢薄带铸轧过程中凝固热参数和组织进行了研究；文献[11-14]对不锈钢薄带铸轧过程中的流场和温度场进行了数值模拟；文献[15]对铸轧304不锈钢薄带的力学性能进行了研究。
文献[16]对304不锈钢在加热过程中的高温铁素体形核与长大和夹杂物在固－液界面的聚集进行了原位观察；文献[17]对薄带铸轧溶池液面进行了物理模拟；文献[18]对铸轧不锈钢薄带过程的凝固组织、流场、温度场及热应力场进行了数值模拟。
但是，缺少对铸轧不锈钢薄带表面与内部裂纹的生成机理、演变规律以及预防措施方面的研究。
在高温性能物理模拟方面，国内外也有不少研究。
文献[19]应用THERMECMASTOR-Z热加工模拟机对奥氏体不锈钢的高温热变形进行了模拟试验；文献[20]利用Gleeble-1500试验机对铸态奥氏体不锈钢在1000-1200℃温度区间进行了热压缩试验；文献[21]从位错理论角度出发，对高钼不锈钢热加工特征与综合流变应力模型进行了研究。
TSZ410铁素体不锈钢的高温力学性能试验
modulus，nominal yield strength，tensile strength，and elongation were obtained. The Rasmussen model and Gardner model were compared and analyzed. Based on the Rasmussen model，the calculation formula for the high-temperature stainless steel material hardening index was proposed and the high temperature stress-strain constitutive relationship of TSZ410 stainless steel was established. Compared with Q235B， S30408 austenitic stainless steel and EN 1.4003 stainless steel，the law of the effect of temperature on its mechanical properties was revealed. The results indicate that the initial elastic modulus， the nominal yield strength， and the tensile strength of TSZ410 stainless steel decrease gradually with the increase of temperature，especially in the temperature segment of 400℃ to 700℃，and the rate of decline is most significant. When heating temperatures are equal to 700°C， the elastic modulus is reduced to 40% of the normal temperature elastic modulus， and the nominal yield strength and tensile strength are reduced to about 15% of the nominal yield strength and tensile strength at room temperature. At a high temperature，the strength loss of TSZ410 stainless steel is larger than that of Q235B，while the stiffness loss is obviously less than that of Q235B. At a temperature below 500 ℃，TSZ410 stainless steel strength loss is significantly less than S30408 austenitic stainless steel，but when the temperature is higher than 500 ℃，the opposite is true.
不锈钢的特性和用途
不锈钢的特性和用途不锈钢是一种具有耐腐蚀性、高强度和耐高温性的金属材料，由于其优异的性能，被广泛应用于各个领域。
下面将详细介绍不锈钢的特性和用途。
一、不锈钢的特性1.耐腐蚀性：不锈钢具有优异的耐腐蚀性，能够在酸、碱、盐等恶劣环境下长期使用，不易生锈和腐蚀，因此具有很好的耐久性。
2.高强度：不锈钢的抗拉强度较高，具有较好的力学性能，能够承受较大的外力，具有优越的机械性能。
3.耐高温性：不锈钢具有较高的耐高温性能，能够在高温环境下保持其原有的物理和化学性质，不易软化和脆化，能够应对高温工况的需求。
4.美观性：不锈钢具有光亮、金属质感的外观，在设计上具有很好的美观性，同时也能够适应多种风格和需求。
5.易加工性：不锈钢具有较好的可塑性和可焊性，可以通过加工、切割、焊接等方式进行加工，制作出各种形状和尺寸的产品。
6.卫生性：不锈钢具有良好的卫生性，不会对食品、药品等产生污染，因此广泛应用于食品加工、医疗设备等领域。
二、不锈钢的用途1.建筑和装饰：不锈钢具有优良的耐腐蚀性和美观性，被广泛应用于建筑和装饰领域，如不锈钢门窗、楼梯扶手、幕墙、家具等。
2.厨房用具：由于不锈钢具有良好的卫生性和耐腐蚀性，常被用于制作厨房用具，如锅具、餐具、水槽、炉灶等。
3.医疗设备：不锈钢在医疗设备领域应用广泛，如手术器械、医用针管、手术台等，能够满足高要求的卫生性和安全性。
4.化工设备：不锈钢由于具有良好的耐腐蚀性和耐高温性能，常被用于制作化工设备，如容器、管道、阀门等。
5.汽车零部件：汽车零部件对材料的强度和耐腐蚀性有较高要求，不锈钢的高强度和耐腐蚀性使其成为汽车零部件的理想选择。
6.船舶和海洋工程：不锈钢的耐腐蚀性使其成为船舶和海洋工程中常用的材料，如船壳、管道、锚链等。
7.电子和电气设备：不锈钢具有良好的导电性和耐蚀性，被广泛应用于电子和电气设备制造中，如导线、连接器、电梯等。
8.石油和天然气工业：不锈钢由于其耐腐蚀性和耐高温性能，在石油和天然气工业中被广泛用于管道、储罐等设备。
310s高温屈服强度曲线
310S耐高温不锈钢是一种具有优异力学性能的材料，其屈服强度曲线在不同温度下表现出不同的特性。
在常温下，310S耐高温不锈钢的屈服强度曲线呈现出典型的金属材料特征，即随着应力的增加，屈服强度逐渐增加。
但是，随着温度的升高，310S耐高温不锈钢的屈服强度曲线开始发生变化。
在一定温度下，屈服强度达到峰值，随着温度的继续升高，屈服强度开始下降。
这种温度相关的屈服强度变化与材料的微观结构和热力学性能密切相关。
在高温下，310S耐高温不锈钢的屈服强度曲线呈现出复杂的应力-应变行为，包括屈服平台的出现和应力松弛等现象。
这些现象的发生与材料内部的微观结构演化密切相关，如位错的滑移、晶界的迁移等。
通过研究310S耐高温不锈钢在不同温度下的屈服强度曲线，可以深入了解材料的热力学性能和微观结构特征，为材料的优化设计和安全使用提供重要依据。
SUS304不锈钢高温力学性能的物理模拟.
304 不锈钢高温力学性能的物理模拟关小霞田建军杨健指导教师：杨庆祥胡宏彦博士燕山大学材料科学与工程学院摘要：采用Gleeble-3500热模拟试验机对304 不锈钢的高温力学性能进行了物理模拟。
对模拟结果中应力-应变曲线进行分析，并结合断口附近组织形貌的观察，得出结论：金属的极限应力随温度升高呈下降趋势；在δ-Fe向γ-Fe转变的某一温度，金属塑性急剧下降；对断口附近金相组织及SEM分析，推测晶界处可能存在着元素偏聚或析出相现象。
关键词：304不锈钢；力学性能；物理模拟1.前言：双辊铸轧不锈钢薄带技术是目前冶金及材料领域的前沿技术之一[1]，是直接用钢水制成2-5mm厚薄带的工艺过程。
该技术可以大大简化薄带钢的生产流程，降低生产成本，并形成低偏析、超细化的凝固组织，从而使带材具有良好的性能，被公认为钢铁工业的革命性技术[2、3]。
但是，不锈钢经铸轧后，薄带表面会形成宏观的裂纹，从而降低不锈钢薄带的力学性能，影响其质量[4-6]。
国内外在双辊铸轧不锈钢薄带技术上已经开展了一些研究工作。
文献[7]对比了铸轧铁素体和奥氏体不锈钢薄带；文献[8、9]对铸轧304不锈钢薄带过程中高温铁素体的溶解动力学进行了研究；文献[10]对不锈钢薄带铸轧过程中凝固热参数和组织进行了研究；文献[11-14]对不锈钢薄带铸轧过程中的流场和温度场进行了数值模拟；文献[15]对铸轧304不锈钢薄带的力学性能进行了研究。
文献[16]对304不锈钢在加热过程中的高温铁素体形核与长大和夹杂物在固－液界面的聚集进行了原位观察；文献[17]对薄带铸轧溶池液面进行了物理模拟；文献[18]对铸轧不锈钢薄带过程的凝固组织、流场、温度场及热应力场进行了数值模拟。
但是，缺少对铸轧不锈钢薄带表面与内部裂纹的生成机理、演变规律以及预防措施方面的研究。
在高温性能物理模拟方面，国内外也有不少研究。
文献[19]应用THERMECMASTOR-Z热加工模拟机对奥氏体不锈钢的高温热变形进行了模拟试验；文献[20]利用Gleeble-1500试验机对铸态奥氏体不锈钢在1000-1200℃温度区间进行了热压缩试验；文献[21]从位错理论角度出发，对高钼不锈钢热加工特征与综合流变应力模型进行了研究。
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1200
29
—
59.2
—
—
1Cr18Ni9Ti
1050℃水冷
300
450
σ0.2195
31
65
—
400
440
σ0.2175
31
65
—
500
440
σ0.2175
29
65
—
600
390
σ0.2175
25
61
—
700
275
σ0.2155
26
59
—
800
175
σ0.298
35
69
—
0Cr18Ni11Nb
1050℃水冷
520
397
16.5
58.5
201
450
485
375
17.5
57
235
470
485
410
22.5
71
—
500
430
353
32.5
75
245
550
345
280
36.5
83.5
220
3Cr13
1000℃空冷
650℃回火
20
940
695
16
52
49
200
805
655
14
57
128
400
705
570
12
52
不锈钢的高温力学性能
奥氏体型钢
牌号
热处理制度
试验温度
/℃
抗拉强度
σb/MPa
屈服点
σs/MPa
伸长率
δs(%)
断面收缩率
ψ(%)
冲击韧性
σku/J·cm-2
1Cr18Mn8Ni5
(2.5m厚板材)
1075℃空冷
200
560
—
49
—
—
300
560
—
49
—
—
400
530
—
47
—
—
500
480
—
45.5
—
—
200
—
≥410(43)
—
—
—
300
—
≥375(38)
—
—
—
0Cr18Ni11Si4AlTi
950~1050℃水冷
(棒材)
300
630
σ0.2390
δ1028
57
—
400
610
σ0.2345
δ1026
56
—
冷轧态
(板材)
300
735
σ0.2635
δ1011
—
—
350
725
σ0.2630
δ1011
—
—
600
430
—
37
—
—
750
250
—
60.5
—
—
1Cr18Ni9
1150℃水冷
650
380
98
33
40
—
760
210
98
17
18
—
870
135
69
19
27
—
900
82
—
34
61
—
1000
43
—
38.3
66.8
—
1100
28
—
57.5
74
—
0Cr19Ni9
1050℃水冷
400
410
108
45
69
—
480
450
σ0.2175
38
68
—
400
450
σ0.2175
32
61
355
500
430
σ0.2128
40
62
355
600
390
σ0.2118
35
62
355
700
305
σ0.2118
47
47
325
00Cr18Ni14Mo2Cu2
1100℃20分钟
水冷
800
225
—
22.0
24.2
—
900
138
—
27.5
31.0
700
245~305
—
31~42
44~60
245~295
奥氏体-铁素体型钢
牌号
热处理制度
试验温度
/℃
抗拉强度
σb/MPa
屈服点
σs/MPa
伸长率
δs(%)
断面收缩率
ψ(%)
冲击韧性
σku/J·cm-2
0Cr26Ni5Mo2
950~1000℃水冷
50
—
≥440(45)
—
—
—
100
—
≥420(43)
—
—
385
98
45
69
—
600
335
82
39
58
—
700
235
74
35
36
—
800
145
69
30
28
—
00Cr19Ni11
1050℃水冷
200
410
118
52
75
—
426
390
96
48
68
—
538
355
32
45
67
—
0Cr18Ni12Mo2Ti
1040℃水冷
2.0
590
σ0.2225
65
75
255
200
—
400
715
σ0.2630
δ1011
—
—
00Cr18Ni5Mo3Si2
950~1050℃水冷
100
—
355
—
—
—
200
—
295
—
—
—
300
—
275
—
—
—
400
—
255
—
—
—
铁素体型钢
牌号
热处理制度
试验温度
/℃
抗拉强度
σb/MPa
屈服点
σs/MPa
伸长率
δs(%)
断面收缩率
ψ(%)
冲击韧性
σku/J·cm-2
155
500
610
530
14
54
155
600
450
410
21
80
155
1Cr17Ni2
1030℃油冷
680℃空淬
20
940
σ0.2755
17
59
—
300
855
σ0.2685
14
53
—
400
785
σ0.2635
13
57
—
500
635
σ0.2540
18
66
—
600
355
σ0.2355
29
88
—
沉淀硬化型钢
—
—
600
540
—
42.6
—
—
650
360
—
69.0
—
—
牌号
热处理制度
试验温度
/℃
抗拉强度
σb/MPa
屈服点
σs/MPa
伸长率
δs(%)
断面收缩率
ψ(%)
冲击韧性
σku/J·cm-2
0Cr17Ni7Al
固溶后510℃时效
540
635
—
—
—
—
0Cr15Ni7Mo2Al
固溶后510℃时效
480
1150
—
16
—
—
510
1028
—
15.8
—
—
540
870
—
21.8
1Cr17
982℃空冷
149
432
—
34
69.8
—
288
407
—3166.9来自—472—
—
34.5
68.5
—
538
—
—
31.5
70.5
—
649
—
—
49.5
91.1
—
马氏体型钢
牌号
热处理制度
试验温度
/℃
抗拉强度
σb/MPa
屈服点
σs/MPa
伸长率
δs(%)
断面收缩率
ψ(%)
冲击韧性
σku/J·cm-2
1Cr13
1030~1050℃油淬
750℃回火
20
600
400
22
60
108
200
530
365
16
60
—
400
490
365
16
58
195
500
365
275
18
64
235
600
225
175
18
70
215
2Cr13
1000℃空冷
650℃回火
20
705
510
21
68