不銹鋼

一、不銹鋼基本信息

簡介

　　所有金屬都和大氣中的氧氣進行反應，在表面形成氧化膜。不幸的是，在普通碳鋼上形成的氧化鐵繼續(xù)進行氧化，使銹蝕不斷擴大，最終形成孔洞。可以利用油漆或耐氧化的金屬（例如，鋅，鎳和鉻）進行電鍍來保護碳鋼表面，但是，正如人們所知道的那樣，這種保護僅是一種薄膜。如果保護層被破壞，下面的鋼便開始銹蝕 　　鉻是使不銹鋼獲得耐蝕性的基本元素，當鋼中含鉻量達到12％左右時，鉻與腐蝕介質(zhì)中的氧作用，在鋼表面形成一層很薄的氧化膜（ 自鈍化膜），可阻止鋼的基體進一步腐蝕。除鉻外，常用的合金元素還有鎳、鉬、鈦、鈮、銅、氮等，以滿足各種用途對不銹鋼組織和性能的要求。

化學成分

　　不銹鋼的耐蝕性隨含碳量的增加而降低，因此，大多數(shù)不銹鋼的含碳量均較低，有些鋼的wC甚至低于0.03%(如00Cr12)。不銹鋼中的主要合金元素是Cr，只有當Cr含量達到一定值時，鋼才有耐蝕性。因此，不銹鋼一般wCr均在13%以上。不銹鋼中還含有Ni、Ti、Mn、N、Nb等元素。

種類　

　　不銹鋼常按組織狀態(tài)分為：馬氏體鋼、鐵素體鋼、奧氏體鋼等。另外，可按成分分為：鉻不銹鋼、鉻鎳不銹鋼和鉻錳氮不銹鋼等。　 　　1、鐵素體不銹鋼：含鉻12％～30％。其耐蝕性、韌性和可焊性隨含鉻量的增加而提高，耐氯化物應力腐蝕性能優(yōu)于其他種類不銹鋼。 　　屬于這一類的有Crl7、Cr17Mo2Ti、Cr25，Cr25Mo3Ti、Cr28等。鐵素體不銹鋼因為含鉻量高，耐腐蝕性能與抗氧化性能均比較好，但機械性能與工藝性能較差，多用于受力不大的耐酸結構及作抗氧化鋼使用。這類鋼能抵抗大氣、硝酸及鹽水溶液的腐蝕，并具有高溫抗氧化性能好、熱膨脹系數(shù)小等特點，用于硝酸及食品工廠設備，也可制作在高溫下工作的零件，如燃氣輪機零件等。 　　2、奧氏體不銹鋼：含鉻大于18％，還含有 8％左右的鎳及少量鉬、鈦、氮等元素。綜合性能好，可耐多種介質(zhì)腐蝕。奧氏體不銹鋼的常用牌號有1Cr18Ni9、0Cr19Ni9等。0Cr19Ni9鋼的wC＜0.08%，鋼號中標記為“0”。這類鋼中含有大量的Ni和Cr，使鋼在室溫下呈奧氏體狀態(tài)。這類鋼具有良好的塑性、韌性、焊接性和耐蝕性能，在氧化性和還原性介質(zhì)中耐蝕性均較好，用來制作耐酸設備，如耐蝕容器及設備襯里、輸送管道、耐硝酸的設備零件等。奧氏體不銹鋼一般采用固溶處理，即將鋼加熱至1050～1150℃，然后水冷，以獲得單相奧氏體組織。 　　3、奧氏體 - 鐵素體雙相不銹鋼：兼有奧氏體和鐵素體不銹鋼的優(yōu)點，并具有超塑性。 　　奧氏體和鐵素體組織各約占一半的不銹鋼。在含C較低的情況下，Cr含量在18%~28%，Ni含量在3%~10%。有些鋼還含有Mo、Cu、Si、Nb、Ti，N等合金元素。該類鋼兼有奧氏體和鐵素體不銹鋼的特點，與鐵素體相比，塑性、韌性更高，無室溫脆性，耐晶間腐蝕性能和焊接性能均顯著提高，同時還保持有鐵素體不銹鋼的475℃脆性以及導熱系數(shù)高，具有超塑性等特點。與奧氏體不銹鋼相比，強度高且耐晶間腐蝕和耐氯化物應力腐蝕有明顯提高。雙相不銹鋼具有優(yōu)良的耐孔蝕性能，也是一種節(jié)鎳不銹鋼。 　　4、馬氏體不銹鋼：強度高，但塑性和可焊性較差。 　　馬氏體不銹鋼的常用牌號有1Cr13、3Cr13等，因含碳較高，故具有較高的強度、硬度和耐磨性，但耐蝕性稍差，用于力學性能要求較高、耐蝕性能要求一般的一些零件上，如彈簧、汽輪機葉片、水壓機閥等。這類鋼是在淬火、回火處理后使用的。

二、不銹鋼歷史

　　畢業(yè)于英國謝菲爾德大學的著名冶金科學家亨利·布雷爾利（Harry Brearley）于20世紀初期發(fā)明了不銹鋼。 　　不銹鋼的發(fā)明和使用，要追溯到第一次世界大戰(zhàn)時期。英國科學家布享利·布雷爾利受英國政府軍部兵工廠

委托，研究武器的改進工作。那時，士兵用的步槍槍膛極易磨損，布雷爾利想發(fā)明一種不易磨損的合金鋼。布雷爾利發(fā)明的不銹鋼于1916年取得英國專利權并開始大量生產(chǎn)，至此，從垃圾堆中偶然發(fā)現(xiàn)的不銹鋼便風靡全球，亨利·布雷爾利也被譽為“不銹鋼之父”。

三、不銹鋼作用

　　不銹鋼不會產(chǎn)生腐蝕、點蝕、銹蝕或磨損。不銹鋼還是建筑用金屬材料中強度最高的材料之一。由于不銹鋼具有良好的耐腐蝕性，所以它能使結構部件永久地保持工程設計的完整性。含鉻不銹鋼還集機械強度和高延伸性于一身，易于部件的加工制造，可滿足建筑師和結構設計人員的需要 。

四、不銹鋼牌號分組

沉淀硬化型不銹鋼。具有很好的成形性能和良好的焊接性，可作為超高強度的材料在核工業(yè)、航空和航天工業(yè)中應用。 　　按成分可分為Cr系（400系列）、Cr－Ni系（300系列）、Cr－Mn－Ni（200系列）及析出硬化系（600系列）。 　　200 系列—鉻-鎳-錳 奧氏體不銹鋼 　　300 系列—鉻-鎳 奧氏體不銹鋼 　　301—延展性好，用于成型產(chǎn)品。也可通過機械加工使其迅速硬化。焊接性好。抗磨性和疲勞強度優(yōu)于304不銹鋼。 　　302—耐腐蝕性同304，由于含碳相對要高因而強度更好。 　　303—通過添加少量的硫、磷使其較304更易切削加工。 　　304— 即18/8不銹鋼。GB牌號為0Cr18Ni9。 　　309—較之304有更好的耐溫性。 　　316—繼304之後，第二個得到最廣泛應用的鋼種，主要用于食品工業(yè)、制藥行業(yè)和外科手術器材，添加鉬元素使其獲得一種抗腐蝕的特殊結構。由于較之304其具有更好的抗氯化物腐蝕能力因而也作“船用鋼”來使用。SS316則通常用于核燃料回收裝置。18/10級不銹鋼通常也符合這個應用級別。[1]

型號 321—除了因為添加了鈦元素降低了材料焊縫銹蝕的風險之外其他性能類似304。 　　400 系列—鐵素體和馬氏體不銹鋼。 　　408—耐熱性好，弱抗腐蝕性，11%的Cr，8%的Ni。 　　409—最廉價的型號（英美），通常用作汽車排氣管，屬鐵素體不銹鋼（鉻鋼）。 　　410—馬氏體（高強度鉻鋼），耐磨性好，抗腐蝕性較差。 　　416—添加了硫改善了材料的加工性能。 　　420—“刃具級”馬氏體鋼，類似布氏高鉻鋼這種最早的不銹鋼。也用于外科手術刀具，可以做的非常光亮。 　　430—鐵素體不銹鋼，裝飾用，例如用于汽車飾品。良好的成型性，但耐溫性和抗腐蝕性要差。 　　440—高強度刃具鋼，含碳稍高，經(jīng)過適當?shù)臒崽幚磲峥梢垣@得較高屈服強度，硬度可以達到58HRC，屬于最硬的不銹鋼之列。最常見的應用例子就是“剃須刀片”。常用型號有 三種：440A、440B、440C，另外還有440F（易加工型）。 　　500 系列—耐熱鉻合金鋼。 　　600 系列—馬氏體沉淀硬化不銹鋼。 　　

630—最常用的沉淀硬化不銹鋼型號，通常也叫17-4；17%Cr，4%Ni。

五、不銹鋼為什么耐腐蝕？

　　所有金屬都和大氣中的氧氣進行反應，在表面形成氧化膜。不幸的是，在普通碳鋼上形成的氧化鐵繼續(xù)進行氧化，使銹蝕不斷擴大，最終形成孔洞。可以利用油漆或耐氧化的金屬（例如，鋅，鎳和鉻）進行電鍍來保證碳鋼表面，但是，正如人們所知道的那樣，這種保護僅是一種薄膜。如果保護層被破壞，下面的鋼便開始銹蝕。 不銹鋼的耐腐蝕性取決于鉻，但是因為鉻是鋼的組成部分之一，所以保護方法不盡相同。 　　在鉻的添加量達到11.7％以上時，鋼的耐大氣腐蝕性能顯著增加，但鉻含量更高時，盡管仍可提高耐腐蝕性，但不明顯。原因是用鉻對鋼進行合金化處理時，把表面氧化物的類型改變成了類似于純鉻金屬上形成的表面氧化物。這種緊密粘附的富鉻氧化物保護表面，防止進一步地氧化。這種氧化層極薄，透過它可以看到鋼表面的自然光澤，使不銹鋼具有獨特的表面。而且，如果損壞了表層，所暴露出的鋼表面會和大氣反應進行自我修理，重新形成這種氧化物"鈍化膜"，繼續(xù)起保護作用。 　　因此，所有的不銹鋼元素都具有一種共同的特性，即鉻含量均在10．5％以上。

六、不銹鋼的類型

　　“不銹鋼”一詞不僅僅是單純指一種不銹鋼，而是表示一百多種工業(yè)不銹鋼，所開發(fā)的每種不銹鋼都在其特定的應用領域具有良好的性能。成功的關鍵首先是要弄清用途，然后再確定正確的鋼種。有關不銹鋼的進一步詳細情況可參見由NiDI編制的"不銹鋼指南"軟盤。 　　幸而和建筑構造應用領域有關的鋼種通常只有六種。它們都含有17～22％的鉻，較好的鋼種還含有鎳。添加鉬可進一步改善大氣腐蝕性，特別是耐含氯化物大氣的腐蝕 。

七、不銹鋼的優(yōu)點--耐大氣腐蝕

　　經(jīng)驗表明，大氣的腐蝕程度因地域而異。為便于說明，建議把地域分成四類，即：鄉(xiāng)村，城市，工業(yè)區(qū)和沿海地區(qū)。 　　鄉(xiāng)村是基本上無污染的區(qū)域。該區(qū)人口密度低，只有無污染的工業(yè)。 　　城市為典型的居住、商業(yè)和輕工業(yè)區(qū)，該區(qū)內(nèi)有輕度污染，例如交通污染。 　　工業(yè)區(qū)為重工業(yè)造成大氣污染的區(qū)域。污染可能是由于燃油所形成的氣體，例如硫和氮的氧化物，或者是化工廠或加工廠釋放的其它氣體。空氣中懸游的顆粒，像鋼鐵生產(chǎn)過程中產(chǎn)生的灰塵或氧化鐵的沉積也會使腐蝕增加。 　　沿海地區(qū)通常指的是距海邊一英里以內(nèi)的區(qū)域。但是，海洋大氣可以向內(nèi)陸縱深蔓延，在海島上更是如此，盛行風來自海洋，而且氣候惡劣。例如，英國氣候條件就是如此，所以整個國家都屬于沿海區(qū)域。如果風中夾雜著海洋霧氣，特別是由于蒸發(fā)造成鹽沉積集聚，再加上雨水少，不經(jīng)常被雨水沖刷，沿海區(qū)域的條件就更加不利。如果還有工業(yè)污染的話，腐蝕性就更大。 　　美國、英國、法國、意大利、瑞典和澳大利亞所進行的研究工作已經(jīng)確定了這些區(qū)域?qū)Ω鞣N不銹鋼耐大氣腐蝕的影響。有關內(nèi)容在NiIDI出版的《建筑師便覽》中作了簡單介紹，該書中的表可以幫助設計人員為各種區(qū)域選擇成本效益最好的不銹鋼。 　　在進行選擇時，重要的是確定是否還有當?shù)氐囊蛩赜绊懯褂矛F(xiàn)場環(huán)境。例如，不銹鋼用在工廠煙囪的下方，用在空調(diào)排氣擋板附近或廢鋼場附近，會存在非一般的條件。