钪钛钒铬锰铁钴镍铜锌 不锈钢知识(二)
不锈钢专业术语
通俗地说，不锈钢就是不易生锈的钢。 事实上，有些不锈钢既具有防锈性能，又具有耐酸性（耐腐蚀）性能。 不锈钢的不锈和耐腐蚀是由于其表面形成了一层富铬氧化膜（钝化膜）。 这种不锈性和耐腐蚀性是相对的。 试验表明，钢在大气、水等弱介质和硝酸等氧化性介质中的耐蚀性随着钢中铬水含量的增加而提高。 当铬含量达到一定百分比时，钢的耐腐蚀性能变差。 突变，即从易生锈到不易生锈，从不耐腐蚀到耐腐蚀。 不锈钢的分类方法有很多种。
按室温组织结构有马氏体、奥氏体、铁素体和双相不锈钢； 按主要化学成分，基本上可分为铬不锈钢和铬镍不锈钢两大体系； 按用途有耐硝酸不锈钢、耐硫酸不锈钢、耐海水不锈钢等。按耐腐蚀类型可分为耐点蚀不锈钢、耐应力腐蚀不锈钢。耐腐蚀不锈钢、耐晶间腐蚀不锈钢等； 按功能特点可分为不腐蚀不锈钢。 磁性不锈钢、易切削不锈钢、低温不锈钢、高强度不锈钢等。由于不锈钢在较宽的温度范围内具有优良的耐蚀性、成形性、相容性和强韧性，因此得到了广泛的应用适用于重工业、轻工业、日用品工业、建筑装饰等行业。 。
奥氏体不锈钢：在室温下具有奥氏体结构的不锈钢。 当钢中含有约18%Cr、8%~10%Ni和约0.1%C时，将具有稳定的奥氏体组织。 奥氏体铬镍不锈钢包括著名的18Cr-8Ni钢和提高Cr、Ni含量并添加Mo、Cu、Si、Nb、Ti等元素而开发的高Cr-Ni系列钢。 奥氏体不锈钢无磁性，具有较高的韧性和塑性，但强度较低。 不能通过相变强化，只能通过冷加工强化。 若添加S、Ca、Se、Te等元素，则具有良好的切削加工性。 该类钢除耐氧化性酸介质腐蚀外，若含有Mo、Cu等元素，还可耐硫酸、磷酸、甲酸、醋酸、尿素等腐蚀。 如果该类钢中的碳含量小于0.03%或含有Ti或Ni，则其耐晶间腐蚀性能显着提高。 高硅奥氏体不锈钢在浓硝酸中具有良好的耐蚀性。 奥氏体不锈钢由于其全面、良好的综合性能，在各行业中得到了广泛的应用。
铁素体不锈钢：使用中以铁素体结构为主的不锈钢。 铬含量在11%～30%之间，具有体心立方晶体结构。 这类钢一般不含镍，有时还含有少量Mo、Ti、Nb等元素。 该类钢具有热导率大、膨胀系数小、抗氧化性能好、耐应力腐蚀性能优良等特点。 主要用于制造耐大气钢。 、被蒸汽、水和氧化性酸腐蚀的部件。 该类钢材存在塑性差、焊后塑性和耐腐蚀性显着降低等缺点，限制了其应用。 炉外精炼技术（AOD或VOD）的应用可以大大减少碳、氮等间隙元素，从而使该钢种得到广泛应用。
奥氏体-铁素体双相不锈钢：是一种大约具有一半奥氏体和一半铁素体组织的不锈钢。 低C含量情况下，Cr含量为18%~28%，Ni含量为3%~10%。 有些钢还含有Mo、Cu、Si、Nb、Ti、N等合金元素。这类钢兼有奥氏体不锈钢和铁素体不锈钢的特点。 与铁素体相比，具有更高的塑性和韧性，无室温脆性，显着提高耐晶间腐蚀性能和焊接性能，同时保持铁含量。 实心不锈钢在475℃时脆化，具有高导热性，并具有超塑性等特性。 与奥氏体不锈钢相比，强度高，抗晶间腐蚀和氯化物应力腐蚀能力显着提高。 双相不锈钢具有优良的耐点蚀性能，也是一种节镍不锈钢。
马氏体不锈钢：通过热处理可以调整机械性能的不锈钢。 通俗地讲，它是一种可硬化不锈钢。 典型牌号为Cr13型，如2Cr13、3Cr13、4Cr13等。回火后硬度较高，不同回火温度具有不同的强度和韧性组合。 主要用于汽轮机叶片、餐具、手术器械等。 根据化学成分的差异，马氏体不锈钢可分为马氏体铬钢和马氏体铬镍钢两大类。 根据组织和强化机制的不同，还可分为马氏体不锈钢、马氏体和半奥氏体（或半马氏体）沉淀硬化不锈钢、马氏体时效不锈钢。
不锈钢的物理、化学和机械性能
不锈钢的物理性能主要表现在以下几个方面：
①． 热膨胀系数：由于温度变化而导致物质的测量元素发生变化。 膨胀系数是膨胀-温度曲线的斜率，瞬时膨胀系数是特定温度下的斜率，两个指定温度之间的平均斜率是平均热膨胀系数。 膨胀系数可以用体积或长度来表示，通常用长度来表示。
②. 密度：物质的密度是该物质单位体积的质量，单位为kg/m3或1b/in3。
③. 弹性模量：当对单位长度边的两端施加力可使物体长度发生单位变化时，单位面积所需的力称为弹性模量。 单位为 1b/in3 或 N/m3。
④. 电阻率：在单位长度材料立方体的两个相对侧之间测量的电阻，以Ω?m、μΩ?cm 或（已废弃）Ω/(mil.ft) 表示。
⑤. 磁导率：表示材料容易磁化程度的无量纲系数。 它是磁感应强度与磁场强度的比值。
⑥. 熔化温度范围：确定合金开始凝固和结束凝固的温度。
⑦. 比热：单位质量物质的温度改变1度所需的热量。 英制和 CGs 系统中的比热值相同，因为热量单位（Biu 或 cal）取决于将单位质量的水升高 1 度所需的热量。 SI 单位制中的比热数值与英制或 CGS 制中的比热数值不同，因为能量单位 (J) 的定义不同。 比热的单位是Btu(1b?0F)和J/(kg?k)。
⑧. 导热率：物质导热速率的量度。 当单位截面积的材料上建立每单位长度1度的温度梯度时，导热系数定义为单位时间传导的热量。 导热系数的单位为Btu/(h?ft?0F)或w/(m?K)。
⑨. 热扩散率：是决定物质内部温度转变速率的性能。 它是导热率与热量和密度的乘积之比。 热扩散率的单位为 Btu/(h?ft?0F) 或 w/(m?k )。
不锈钢的性能和组织
目前已知的化学元素有100多种，工业常用的钢铁材料中可以遇到的化学元素约有20种。 人们长期与腐蚀现象作斗争而形成的特种钢系列不锈钢，最常用的元素有十几种。 除组成钢的基本元素铁外，对不锈钢的性能和组织影响最大的元素有：碳、铬、镍、锰、硅、钼、钛、铌、钛、锰、氮、铜、钴等。这些元素除碳、硅、氮外，都是化学元素周期表过渡族的元素。
事实上，工业上使用的不锈钢同时含有几种甚至十几种元素。 当几种元素在不锈钢的统一体中共存时，它们的影响比单独存在时要复杂得多，因为在这种情况下，不仅要考虑各元素本身的作用，而且要注意以及他们对彼此的影响。 因此，不锈钢的组织结构是由各种元素作用的总和决定的。
1).各种元素对不锈钢性能和组织的影响和作用
1-1. 铬在不锈钢中的决定性作用：决定不锈钢性能的元素只有一种，那就是铬。 每种不锈钢都含有一定量的铬。 迄今为止，还没有无铬不锈钢。 铬之所以成为决定不锈钢性能的主要元素，其根本原因在于，在钢中添加铬作为合金元素，促使其内部矛盾运动向有利于抵抗腐蚀破坏的方向发展。 这一变化可以从以下几个方面来解释：
①铬提高铁基固溶体的电极电位
②铬吸收铁的电子，使铁钝化
钝化是金属和合金因阻止阳极反应而提高耐腐蚀性的现象。 构成金属和合金钝化的理论有很多，包括薄膜理论、吸附理论和电子排列理论。
1-2. 不锈钢中碳的双重性质
碳是工业钢的主要元素之一。 钢的性能和组织很大程度上取决于钢中碳的含量和分布。 碳的影响在不锈钢中尤其显着。 碳对不锈钢组织的影响主要体现在两个方面。 一方面，碳是稳定奥氏体的元素，其作用非常大（约为镍的30倍）。 另一方面，由于碳和铬之间的亲和力非常高，并且与铬形成一系列复杂的碳化物。 因此，从强度和耐腐蚀性的角度来看，碳在不锈钢中的作用是矛盾的。
知道了这种影响规律，我们就可以根据不同的使用要求来选择不同含碳量的不锈钢。
例如，工业上应用最广泛、最基本的不锈钢0Crl3~4Cr13这五个钢种的标准铬含量为12~14%。 这是在考虑到碳需要与铬形成碳化铬的因素之后得出的。 目的是使碳与铬结合形成碳化铬后，使固溶体中的铬含量不低于11.7%的最低铬含量。
对于这五个钢种，由于碳含量不同，强度和耐腐蚀性也不同。 0Cr13~2Crl3钢的耐蚀性较好，但强度比3Crl3、4Cr13钢低。 主要用于制造结构件。 这两种钢种由于含碳量较高，可以实现高强度，多用于制造弹簧、刀具等需要高强度和耐磨性的零件。 又如，为了克服18-8铬镍不锈钢的晶间腐蚀，可将钢中的碳含量降低至0.03%以下，或采用比铬亲和力更大的元素（钛或铌）并可添加碳以防止其形成碳化。 铬，而当高硬度和耐磨性成为主要要求时，我们可以在适当增加铬含量的同时，提高钢的含碳量，这样既满足硬度和耐磨性的要求，又可以兼顾一定的要求。 耐腐蚀，工业上用作轴承、量具和切削工具，不锈钢9Cr18和钢，虽然含碳量高达0.85~0.95%，但由于它们的铬含量也相应增加，仍然保证了耐腐蚀要求。
一般来说，目前工业上使用的不锈钢的碳含量比较低。 大多数不锈钢的含碳量在0.1~0.4%之间，耐酸钢的含碳量大多数在0.1~0.2%之间。 含碳量大于0.4%的不锈钢仅占钢种总数的一小部分。 这是因为在大多数使用条件下，不锈钢始终以耐腐蚀为主要目的。 此外，较低的碳含量也是由于某些工艺要求，例如易于焊接和冷变形。
1-3. 镍在不锈钢中的作用是与铬化合后发挥的。
镍是一种优良的耐腐蚀材料，也是合金钢中的重要合金元素。 镍是钢中奥氏体形成元素，但低碳镍钢要获得纯奥氏体组织，镍含量必须达到24%； 而只有当镍含量为27%时，钢的耐某些介质腐蚀性能才会发生显着变化。 所以单独镍不能构成不锈钢。 然而，当不锈钢中同时存在镍和铬时，含镍不锈钢就具有许多有价值的性能。
综合上述情况可以看出，镍作为合金元素在不锈钢中的作用是改变高铬钢的组织，从而提高不锈钢的耐蚀性和工艺性能。
1-4. 锰和氮可以替代铬镍不锈钢中的镍
虽然铬镍奥氏体钢具有许多优点，但近几十年来，由于镍基耐热合金和含镍量低于20%的热强钢的大规模开发和应用，以及镍含量20%以下的热强钢的日益发展，化学工业对不锈钢的需求有所增加。 但镍矿产储量较小，且集中在少数地区。 因此，全球镍的供需存在矛盾。 因此，在不锈钢及许多其他合金（如大型铸锻件用钢、工具钢、热强钢等）领域，特别是在镍资源相对匮乏的国家，节约镍和镍的科学用其他元素替代镍已广泛开展。 研究和生产实践。 对此，在不锈钢和耐热钢中用锰和氮代替镍。
锰对奥氏体的影响与镍相似。 但更准确地说，锰的作用不是形成奥氏体，而是降低钢的临界淬火速度，增加冷却时奥氏体的稳定性，抑制奥氏体的分解，阻止高温下奥氏体的形成。 奥氏体在室温下保持。 在提高钢的耐腐蚀性能方面，锰的作用不大。 例如，如果钢中的锰含量从0变化到10.4%，则不会显着改变钢在空气和酸中的耐腐蚀性能。
这是因为锰对于提高铁基固溶体的电极电位作用不大，形成的氧化膜的保护作用也很低。 因此，工业上虽然有与锰合金化的奥氏体钢（如不锈钢、钢等），但它们并不能作为不锈钢使用。 锰在钢中稳定奥氏体的作用约为镍的一半。 即2%的氮还可以稳定钢中的奥氏体，其作用程度比镍更大。 例如，为了使含铬18%的钢在室温下获得奥氏体组织，目前工业上采用以锰、氮代替镍的低镍不锈钢和以镍元素代替的铬锰氮不锈钢，有些已成功取代经典的18-8铬镍不锈钢。
1-5。 不锈钢中添加钛或铌可防止晶间腐蚀。
1-6.钼和铜可以提高某些不锈钢的耐腐蚀性。
1-7。 其他元素对不锈钢性能和组织的影响
以上九个主要元素对不锈钢的性能和组织都有影响。 除了这些对不锈钢的性能和结构影响较大的元素外，不锈钢还含有一些其他元素。 有的是像普通钢一样常见的杂质元素，如硅、硫、磷等；有的是为了特定目的而添加的，如钴、硼、硒、稀土元素等。从主要性能来看就不锈钢的耐腐蚀性而言，与已经讨论的九种元素相比，这些元素是非主要方面。 即便如此，也不能完全忽视它们，因为它们也会影响不锈钢的性能和结构。 影响。
硅是形成铁素体的元素，不锈钢中常含有杂质元素。
钴没有广泛用作钢中的合金元素。 这是因为其价格较高，并且在其他方面（如高速钢、硬质合金、钴基耐热合金、磁钢或硬磁合金等）使用中发挥着更重要的作用。 一般不锈钢中作为合金元素添加的钴并不多。 钢等常用不锈钢中添加钴（含钴1.2-1.8%）。 添加钴的目的不是为了提高耐腐蚀性而是为了增加硬度，因为这种不锈钢的主要用途是制造机械切削工具、剪刀和切片用手术刀片。
硼：高铬铁素体不锈钢中添加0.005%硼，可提高在沸腾的65%醋酸中的耐蚀性。 添加微量硼（0.0006~0.0007%）可提高奥氏体不锈钢的热塑性。 少量的硼由于形成低熔点共晶而增加了奥氏体钢焊接时产生热裂纹的倾向。 但当含有较多的硼（0.5~0.6%）时，可防止热裂纹的发生。 。 因为当含0.5~0.6%硼时，形成奥氏体-硼化物两相组织，使焊缝熔点降低。 当熔池凝固温度低于半熔区时，母材在冷却过程中产生的拉应力处于液态。 坚固的焊缝金属承受住了应力，此时不会产生裂纹。 即使近缝区域形成裂纹，也能被液固熔池金属填充。 含硼铬镍奥氏体不锈钢在原子能工业中有特殊用途。
磷：是普通不锈钢中的杂质元素，但其在奥氏体不锈钢中的危害性不像普通钢那么明显，因此含量可以允许较高，有资料表明最高可达0.06%。 以利于冶炼控制。 个别含锰奥氏体钢的磷含量可达0.06%（如钢）甚至0.08%（如钢）。 利用磷对钢的强化作用，时效硬化不锈钢也添加磷作为合金元素，如PH17-10P钢（含磷0.25%）和PH-HNM钢（含磷0.30%）。
硫和硒：杂质元素在一般不锈钢中也很常见。 但在不锈钢中添加0.2~0.4%的硫可以改善不锈钢的切削性能，硒也有同样的作用。 硫和硒提高了不锈钢的切削性能，因为它们降低了不锈钢的韧性。 例如一般18-8铬镍不锈钢的冲击值可达30公斤/平方厘米。 含硫0.31%的18-8钢（0.084%C、18.15%Cr、9.25%Ni）冲击值为1.8kg/cm²； 含0.22%硒的18-8钢的冲击值为-8钢（0.094%C、18.4%Cr、9%Ni）的冲击值为3.24kg/cm2。 硫和硒都会降低不锈钢的耐腐蚀性，因此很少用作不锈钢的合金元素。
稀土元素：稀土元素用于不锈钢中，目前主要是为了改善工艺性能。 例如，在钢材中添加少量稀土元素，可以消除钢锭中氢引起的气泡，减少钢坯裂纹。 在奥氏体和奥氏体-铁素体不锈钢中添加0.02~0.5%的稀土元素（铈镧合金），可显着改善锻造性能。 曾经有一种奥氏体钢含有19.5%铬、23%镍和钼、铜和锰。 由于热加工性能的原因，过去只能生产铸件。 添加稀土元素后，可轧制成各种型材。
2).按金相组织和各类不锈钢的一般特性对不锈钢进行分类
根据化学成分（主要是铬含量）和用途，不锈钢分为不锈和耐酸两大类。 行业中，不锈钢还根据钢从高温（900-1100度）加热后空冷后的基体组织类型进行分类。 这是基于我们上面讨论的碳元素和合金元素对不锈钢组织影响的特点。
工业上使用的不锈钢按其金相组织可分为三类：铁素体不锈钢、马氏体不锈钢、奥氏体不锈钢。 这三类不锈钢的特点可以概括一下（如下表所示），但需要注意的是，并不是所有的马氏体不锈钢都不能焊接，而是受到一定的条件限制，如焊前预热和高温等。 - 焊后高温回火。 等等，这使得焊接工艺更加复杂。 实际生产中，常将1Cr13、2Cr13、2Cr13等一些马氏体不锈钢与45钢焊接。