不锈钢是在空气中或化学腐蚀介质中能够抵抗腐蚀的一种高合金钢,按正火状态下钢的组织状态,可以分为铁素体不锈钢、奥氏体不锈钢和马氏体不锈钢。
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铁素体不锈钢
当铬含量到达13%时,铁铬合金将无γ相变;铬量到达12%能耐蚀,故Cr13铁素体钢就成为铁素体不锈钢。
特点:铁素体不锈钢的耐蚀性和抗氧化性均较好,特别是抗应力腐蚀性能较好,但机械性能(屈服强度比奥氏体不锈钢高,但冲击韧性低,脆性大)及工艺性能较差,多用于受力不大的耐酸结构和作抗氧化钢使用。
1、 铁素体不锈钢的钢种和类型
⑴Cr13型:如0Cr13、0Cr13Al(Al:扩大F,抗氧)等,常用作耐热钢,抗氧化。
⑵Cr16-19型:如Cr17、Cr17Ti、Cr17Mo1Nb等,可耐大气、淡水、稀硝酸介质腐蚀。
⑶Cr25-28型:如Cr25Ti、Cr26Mo1、Cr28等,是耐强腐蚀介质的耐酸钢。
2、铁素体不锈钢的脆性
高铬铁素体钢的缺点是脆性大,其原因主要是:
⑴粗大的原始晶粒:
①铸态下组织粗大,不能通过加热冷却过程中的相变来细化,只能通过形变再结晶来细化;②铁素体由于原子扩散快(原理同F不产生晶间腐蚀,Cr扩散快),有低的晶粒粗化温度和高的晶粒粗化速率。
解决方法:生产中将终锻温度或终轧温度控制在750℃或更低的温度;向钢中加少量钛,以Ti(C、N)阻止晶粒长大;增加铁素体不锈钢中在高温的奥氏体量,来控制晶粒粗化。
⑵σ相:σ相具有高的硬度(HRC68以上),常常沿晶界分布,故引起很大的脆性,并可能促进晶间腐蚀。 (快速冷却,减少其析出)
⑶475℃脆性:(在400~500℃温度范围长时间加热后或在此温度范围内缓冷时,钢在室温下变得很脆)原因:475℃加热时,铁素体内的铬原子趋于有序化,形成许多富铬的铁素体,它们与母相保持共格关系,引起晶格畸变和内应力,此时,钢的强度升高,冲击韧性降低,脆性增大
⑷钢中含有C、N、O等杂质及夹杂物
3、铁素体不锈钢的热处理
⑴铁素体不锈钢平衡组织为铁素体+铬的碳化物
⑵目的:为了获得成分均匀的铁素体组织,减少碳化物析出,消除晶间腐蚀倾向,以及消除σ相析出和475℃脆性,铁素体不锈钢在热轧后常采用淬火、回火或退火热处理工艺。(碳化物析出时容易产生点腐蚀和晶间腐蚀)
02 奥氏体不锈钢
奥氏体不锈钢是以18%Cr-8%Ni为典型成分而发展起来的。(18-8型奥氏体不锈钢)
特点:耐蚀性高(比M不锈钢高,比F不锈钢低),而且具有高的塑性、韧性和低温韧性,易于加工成形为各种形状的钢材,具有良好的焊接性能、无磁性等,即具有良好的综合机械性能,是用量..的一类不锈钢。
1、典型钢种、性能及应用
⑴Cr-Ni系不锈钢:0Cr18Ni9、1Cr18Ni9、1Cr18Ni9Ti、1Cr18Ni11Nb、00Cr18Ni10、00Cr17Ni7Cu2、(加Ti、Nb减少晶界腐蚀;加Cu降低应力腐蚀,扩大A元素)
⑵Cr-Mn-N系、Cr-Mn-Ni-N系不锈钢(加Mn和N可代替Ni)
典型钢种:1Cr17Mn13N、1Cr18Mn8Ni5N (分析:WCr﹪>12﹪不锈钢;含Mn、Ni、N为奥氏体不锈钢,如含Cr、Al则为F不锈钢)
N的固溶强化使钢具有较高的屈服强度、塑性和韧性。
⑶亚稳奥氏体不锈钢:在冷变形时发生部分马氏体转变,使钢在冷作硬化基础上又加上马氏体强化。
补充:在Ms~Md之间形变诱发M相变, 大于Md形变使A机械稳定化。
2、奥氏体不锈钢的平衡组织及热处理
18-8型奥氏体不锈钢平衡态组织为奥氏体+铁素体+碳化物复相组织,实际的单相奥氏体是通过固溶处理获得的。目的即:使铁素体和碳化物都溶到A中,获得单相的A。
03 马氏体不锈钢
1. 马氏体不锈钢含12--18%Cr, 和铁素体不锈钢相比,其成分特点是:
⑴铬的上限含量较低(如过多,则为F)
⑵还含有一定量的碳和镍等γ相稳定化元素。(镍不能过多)
⑶这类钢的耐蚀性、焊接性较奥氏体、铁素体不锈钢要差,塑性比A不锈钢差,但由于它有较好的机械性能和耐蚀性的结合(有一定耐蚀性,承受一定载荷)
2. 用于制造机械零件、医用手术工具、测量工具、不锈轴承、弹簧等。
3. 综合比较A(奥氏体)、F(铁素体)、M不锈钢的耐蚀性和力学性能:
M不锈钢耐蚀性较差,但能承受一定载荷;A不锈钢,耐蚀性居中,强度一般,但塑韧性好;F不锈钢耐蚀性和抗氧化性均较好,但是脆性大。
1、典型钢种、成分和应用
⑴①低碳的13%Cr钢:如1Cr13、2Cr13;②低碳的17%Cr-2%Ni(Ni:稳定A):Cr多固溶强化。①与②相当于耐蚀调制钢:热处理为淬火+高温回火。(合金使得S点左移,所以作用类似调制钢)
⑵中碳的13%Cr钢:如3Cr13、4Cr13 相当于耐蚀工具钢;淬火+低温回火
⑶高碳的18%Cr钢:如9Cr18等 相当于耐蚀工具钢。淬火+低温回火
2、马氏体不锈钢的热处理
⑴软化处理:相当于预备热处理
钢经锻轧后,由于空冷即会产生马氏体转变,使锻件变硬,在锻件表面产生裂纹,同时也不易切削加工。①高温回火 ②完全退火
⑵调质处理
⑶淬火及低温回火