目前各國不(bu)銹鋼牌號已超過百種(GB/T 20878-2007《不銹鋼和耐熱鋼牌號及化學成分》包含了143個牌號),不銹(xiu)鋼分類方法很多,按照GB/T 13304.2-2008《鋼分類 第2部分:按主要質量等級和主要性能或使用特性的分類》以及國際上通用的分類方法(按鋼的金相組織劃分),不銹鋼分為5類,即奧氏體型(xing)不銹鋼、奧氏體-鐵素體型不銹鋼(雙相不銹鋼)、鐵素體(ti)型不銹鋼、馬氏體(ti)型不(bu)銹鋼和沉淀(dian)硬化型不(bu)銹鋼。我國國家標準規定的不銹鋼和耐熱鋼的牌號、化學成分、組織形態見表1-1~表1-6。
不銹鋼(gang)(gang)的分(fen)類(lei)方法(fa)通常(chang)以金相(xiang)組(zu)織進行分(fen)類(lei)。按(an)金相(xiang)組(zu)織分(fen)類(lei)為:奧(ao)氏(shi)體(ti)(A)型不銹鋼(gang)(gang)、鐵素(su)體(ti)(F)型不銹鋼(gang)(gang)、馬氏(shi)體(ti)(M)型不銹鋼(gang)(gang)、奧(ao)氏(shi)體(ti)-鐵素(su)體(ti)(A-F)型雙相(xiang)不銹鋼(gang)(gang)和沉淀硬化(PH)型不銹鋼(gang)(gang)。這幾類(lei)不銹鋼(gang)(gang)之間的成分(fen)如(ru)圖1-1所示(shi)。
一、奧氏體型不銹(xiu)鋼
奧(ao)氏體(ti)型不銹鋼(gang)在室溫下(xia)內部顯微組(zu)織(zhi)為(wei)純(chun)奧(ao)氏體(ti)組(zu)織(zhi)或奧(ao)氏體(ti)十(shi)少(shao)量(liang)鐵(tie)素體(ti)組(zu)織(zhi)。形(xing)成少(shao)量(liang)鐵(tie)素體(ti)的(de)目(mu)的(de)主要是防止熱(re)裂(lie)紋的(de)產生,也(ye)有利于防止焊縫的(de)晶間腐蝕。
奧氏體型不銹鋼以Cr18Ni9 鐵基合金為基礎,在此基礎上根據不同的用途,發展成圖1-2所示的鉻鎳奧氏體型不銹鋼系列。奧氏體型不銹鋼不能利用熱處理使晶粒細化,也不能經過淬火來提高其硬度。奧氏體型不銹鋼在氧化性環境中具有優良的耐腐蝕性能和良好的耐熱性能,是應用最廣泛的不銹鋼,其中以18-8型不銹鋼最有代表性,它有較好的力學性能和良好的焊接性,但對溶液中含有氯離子(Cl-)的介質特別敏感,易發生應力腐蝕。在這類鋼中添加鈦或鈮時,能提高其抗晶間腐蝕能力;添加鉬、銅和鈦,則能提高其在還原酸(如稀硫酸)中的耐腐蝕性能,同時也能提高其抗晶間腐蝕的能力。18-8型不銹鋼按其含碳量的不同分為三個等級:一般含碳量(質量分數:≤0.15%)、低碳級(質量分數:≤0.08%)和超低碳級(質量分數:≤0.03%)。
二(er)、鐵(tie)素(su)體型不銹鋼
室(shi)溫下(xia)它的(de)內部顯(xian)微(wei)組織(zhi)為(wei)鐵素(su)體。合金(jin)元(yuan)素(su)以鉻為(wei)主(鉻的(de)質量(liang)分(fen)數為(wei)11.5%~32.0%),不含鎳,某些鋼中添加有Mo、Ti、Al、Si等成分(fen)。一般以退火狀態供貨。隨著鉻含量(liang)的(de)提高,其耐酸(suan)(suan)性能也提高,加入鉬(Mo)后,則可提高耐酸(suan)(suan)腐(fu)蝕(shi)性和(he)抗應(ying)力腐(fu)蝕(shi)的(de)能力。這類不銹鋼列(lie)入國家標準的(de)牌號有022Cr12(00Cr12)、10Cr17(1Cr17)、008Cr30Mo2(00Cr30Mo2)等。該類鋼用于制(zhi)造硝酸(suan)(suan)化工設備(bei)的(de)吸(xi)收塔、熱交(jiao)換器、儲槽和(he)運輸硝酸(suan)(suan)用的(de)槽罐(guan)以及制(zhi)造不承受沖擊載荷的(de)其他零部件和(he)設備(bei)。
按照碳(tan)和(he)氮(C+N)的(de)總含量,高鉻鐵素(su)體不銹鋼分為(wei)普通(tong)純(chun)度和(he)超高純(chun)度兩個系列。
普(pu)通(tong)純度(du)高(gao)鉻(ge)鐵素體不銹(xiu)鋼(gang),其碳的質量(liang)分數為0.1%左右并含(han)少量(liang)氮,如(ru)10Cr17(1Cr17)、10Cr17Mo(1Cr17Mo)等(deng)。它與常用(yong)的奧(ao)氏(shi)體型不銹(xiu)鋼(gang)相比,缺點是材質較(jiao)脆,焊接工(gong)藝性(xing)較(jiao)差。這(zhe)是因為:鐵素體晶(jing)粒(li)長大后,只(zhi)有通(tong)過壓力加工(gong)才能細化;在高(gao)溫下(例如(ru)600~820℃)停(ting)留(liu)時(shi)間(jian)長時(shi),wcr≥17%的鋼(gang)會(hui)生(sheng)成脆性(xing)的。相(CrmFen);在400~526℃溫度(du)區間(jian)停(ting)留(liu)較(jiao)長時(shi)間(jian)會(hui)出現室溫下的脆性(xing),即475℃脆性(xing)。因這(zhe)類鋼(gang)脆性(xing)較(jiao)大,所以限制了(le)它的應用(yong)。
超(chao)(chao)低碳(tan)和(he)超(chao)(chao)低氮含(han)量(liang)(C+N總(zong)的質量(liang)分(fen)數(shu)≤0.025%~0.035%)的超(chao)(chao)高純度高鉻(ge)鐵素體不銹鋼,如 019Cr19Mo2NbTi (00Cr18Mo2)和(he)008Cr27Mo(00Cr27Mo)等,它們無論(lun)在韌性、耐蝕性還(huan)是焊接性等方面均(jun)優(you)于普通純度鐵素體不銹鋼。
三、馬氏體型(xing)不銹(xiu)鋼(gang)
室溫下它的(de)顯微組織為馬(ma)氏體(ti)。這類鋼(gang)中鉻的(de)質量(liang)(liang)分數為11.5%~18.0%,碳(tan)的(de)質量(liang)(liang)分數最(zui)高(gao)可達(da)0.6%。碳(tan)含量(liang)(liang)增高(gao),提(ti)(ti)高(gao)了鋼(gang)的(de)強度(du)和硬度(du)。在這類鋼(gang)中加入少量(liang)(liang)鎳可促使生成馬(ma)氏體(ti),同時又能(neng)提(ti)(ti)高(gao)其(qi)耐(nai)蝕性。
這(zhe)類鋼具有(you)(you)一定(ding)的耐腐蝕性(xing)和較好的熱穩定(ding)性(xing)以(yi)及(ji)熱強(qiang)性(xing),可以(yi)作為溫度(du)在700℃以(yi)下長期(qi)工(gong)作的耐熱鋼使用(yong)。它被廣泛用(yong)于制造韌性(xing)要求較高的零件,如汽輪機的葉片、內燃機排氣閥和醫療(liao)器械。這(zhe)類鋼的焊接(jie)性(xing)較差。常用(yong)的馬氏體型不銹鋼有(you)(you)12Cr13(1Cr13)、20Cr13(2Cr13)、30Cr13 (3Cr13)、14Cr17Ni2 (1Cr17Ni2)等。
四、奧氏體-鐵素體型(xing)不(bu)銹鋼
室溫下其顯微組織(zhi)為奧(ao)氏(shi)體(ti)加鐵(tie)(tie)素體(ti)。通(tong)常鐵(tie)(tie)素體(ti)的(de)(de)體(ti)積分數(shu)約(yue)占50%。這類鋼(gang)(gang)是在18-8型奧(ao)氏(shi)體(ti)不銹鋼(gang)(gang)的(de)(de)基礎上(shang),添(tian)加更多的(de)(de)Cr、Mo、Si等擴大鐵(tie)(tie)素體(ti)元素或(huo)降低含碳量(liang)而得(de)到的(de)(de)鋼(gang)(gang)種。與含相同碳量(liang)的(de)(de)奧(ao)氏(shi)體(ti)不銹鋼(gang)(gang)相比(bi),具有較小(xiao)的(de)(de)晶間腐蝕傾向和較高(gao)的(de)(de)力學(xue)性(xing)能,且(qie)韌性(xing)比(bi)鐵(tie)(tie)素體(ti)型不銹鋼(gang)(gang)好(hao)。
該類鋼具有抗點腐蝕(shi)、抗應力(li)腐蝕(shi)性能(neng)。雙相(xiang)不銹鋼通常以固溶狀態供貨。常用的牌(pai)號有12Cr21Ni5Ti(1Cr21Ni5Ti)、022Cr19Ni5Mo3Si2N (00Cr18Ni5Mo3Si2)、022Cr23Ni4MoCuN、14Cr18Ni11Si4 AlTi (1Cr18Nil1Si4 AlTi)、022Cr25Ni6Mo2N、022Cr22Ni5Mo3N、022Cr23Ni5Mo3N。
雙相或復相不銹鋼的屈服強度約為一般奧氏體不銹鋼的2倍,耐晶間腐蝕性較好。它已在大化肥廠尿素CO2車間冷卻器以及制鹽蒸發設備等方面推廣使用。這類鋼機械加工、冷沖壓和焊接性能均良好。
五、沉淀硬化型(xing)不銹鋼
這(zhe)種鋼(gang)(gang)需(xu)經(jing)(jing)過(guo)(guo)系列的(de)(de)(de)熱處(chu)理使鋼(gang)(gang)中的(de)(de)(de)碳(tan)化(hua)(hua)物沉(chen)(chen)(chen)淀(dian)析出(chu),從而(er)提高材料的(de)(de)(de)強(qiang)(qiang)度。這(zhe)類(lei)(lei)鋼(gang)(gang)包括馬(ma)氏(shi)(shi)體(ti)(ti)(ti)沉(chen)(chen)(chen)淀(dian)硬(ying)(ying)(ying)化(hua)(hua)型(xing)(xing)、半(ban)奧(ao)氏(shi)(shi)體(ti)(ti)(ti)沉(chen)(chen)(chen)淀(dian)硬(ying)(ying)(ying)化(hua)(hua)型(xing)(xing)和(he)奧(ao)氏(shi)(shi)體(ti)(ti)(ti)沉(chen)(chen)(chen)淀(dian)硬(ying)(ying)(ying)化(hua)(hua)型(xing)(xing)三類(lei)(lei)。其中馬(ma)氏(shi)(shi)體(ti)(ti)(ti)沉(chen)(chen)(chen)淀(dian)硬(ying)(ying)(ying)化(hua)(hua)型(xing)(xing)在(zai)固(gu)(gu)溶處(chu)理后(hou),空(kong)冷(leng)(leng)至室溫(wen)即(ji)可(ke)得(de)(de)到馬(ma)氏(shi)(shi)體(ti)(ti)(ti)十少量鐵(tie)素體(ti)(ti)(ti)或馬(ma)氏(shi)(shi)體(ti)(ti)(ti)十少量殘余(yu)奧(ao)氏(shi)(shi)體(ti)(ti)(ti)的(de)(de)(de)組(zu)織(zhi)(zhi),然后(hou)經(jing)(jing)時(shi)(shi)效強(qiang)(qiang)化(hua)(hua)。而(er)半(ban)奧(ao)氏(shi)(shi)體(ti)(ti)(ti)沉(chen)(chen)(chen)淀(dian)硬(ying)(ying)(ying)化(hua)(hua)型(xing)(xing)經(jing)(jing)固(gu)(gu)溶處(chu)理并冷(leng)(leng)卻至室溫(wen)后(hou),得(de)(de)到的(de)(de)(de)是(shi)(shi)不(bu)穩定的(de)(de)(de)奧(ao)氏(shi)(shi)體(ti)(ti)(ti)組(zu)織(zhi)(zhi)。為了得(de)(de)到馬(ma)氏(shi)(shi)體(ti)(ti)(ti)組(zu)織(zhi)(zhi),還(huan)需(xu)經(jing)(jing)過(guo)(guo)M,點升(sheng)高到室溫(wen)以上的(de)(de)(de)熱處(chu)理,然后(hou)再使之(zhi)時(shi)(shi)效強(qiang)(qiang)化(hua)(hua)。奧(ao)氏(shi)(shi)體(ti)(ti)(ti)沉(chen)(chen)(chen)淀(dian)硬(ying)(ying)(ying)化(hua)(hua)型(xing)(xing)不(bu)銹鋼(gang)(gang)則在(zai)室溫(wen)下呈穩定的(de)(de)(de)奧(ao)氏(shi)(shi)體(ti)(ti)(ti)組(zu)織(zhi)(zhi),只(zhi)需(xu)經(jing)(jing)時(shi)(shi)效強(qiang)(qiang)化(hua)(hua)即(ji)可(ke)達到目的(de)(de)(de)。05Cr17Ni4Cu4Nb(0Cr17Ni4Cu4Nb)、07Cr17Ni7AI(0Cr17Ni7AI)、07Cr15Ni7Mo2Al(0Cr15Ni7Mo2Al)屬于沉(chen)(chen)(chen)淀(dian)硬(ying)(ying)(ying)化(hua)(hua)半(ban)奧(ao)氏(shi)(shi)體(ti)(ti)(ti)型(xing)(xing)不(bu)銹鋼(gang)(gang)。該鋼(gang)(gang)的(de)(de)(de)組(zu)織(zhi)(zhi)特點是(shi)(shi)在(zai)固(gu)(gu)溶或退(tui)火(huo)狀態時(shi)(shi)具有奧(ao)氏(shi)(shi)體(ti)(ti)(ti)和(he)體(ti)(ti)(ti)積分數為5%~20%的(de)(de)(de)鐵(tie)素體(ti)(ti)(ti)組(zu)織(zhi)(zhi)。這(zhe)種鋼(gang)(gang)有很好的(de)(de)(de)成形(xing)性能和(he)良好的(de)(de)(de)焊接性。