目前各國不銹(xiu)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(bu)銹鋼分類方法很多,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(shi)體型不銹(xiu)鋼、奧氏體-鐵素體型不銹鋼(雙(shuang)相不銹鋼(gang))、鐵素體型不銹鋼(gang)、馬氏體型不銹鋼和沉淀(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(bu)銹(xiu)鋼(gang)(gang)(gang)的分類(lei)(lei)方法通常(chang)以(yi)金相組(zu)織進行分類(lei)(lei)。按金相組(zu)織分類(lei)(lei)為(wei):奧氏(shi)體(A)型(xing)不(bu)銹(xiu)鋼(gang)(gang)(gang)、鐵素體(F)型(xing)不(bu)銹(xiu)鋼(gang)(gang)(gang)、馬氏(shi)體(M)型(xing)不(bu)銹(xiu)鋼(gang)(gang)(gang)、奧氏(shi)體-鐵素體(A-F)型(xing)雙相不(bu)銹(xiu)鋼(gang)(gang)(gang)和(he)沉(chen)淀硬化(hua)(PH)型(xing)不(bu)銹(xiu)鋼(gang)(gang)(gang)。這幾(ji)類(lei)(lei)不(bu)銹(xiu)鋼(gang)(gang)(gang)之間的成分如圖(tu)1-1所示。
一(yi)、奧氏(shi)體型不銹鋼
奧(ao)氏體型不銹鋼(gang)在室溫下內部(bu)顯微組(zu)織為純(chun)奧(ao)氏體組(zu)織或奧(ao)氏體十少(shao)量鐵素(su)體組(zu)織。形成少(shao)量鐵素(su)體的(de)(de)目的(de)(de)主要是防止熱裂紋的(de)(de)產生,也有(you)利于防止焊縫的(de)(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、鐵素體型(xing)不(bu)銹鋼
室溫下它(ta)的(de)內(nei)部顯微組織為(wei)鐵素(su)體。合金元素(su)以(yi)(yi)鉻為(wei)主(鉻的(de)質量分數為(wei)11.5%~32.0%),不含鎳,某些鋼(gang)(gang)中添(tian)加有Mo、Ti、Al、Si等成分。一(yi)般以(yi)(yi)退火狀態供貨。隨著鉻含量的(de)提高(gao),其耐(nai)酸性能(neng)也提高(gao),加入鉬(mu)(Mo)后(hou),則(ze)可提高(gao)耐(nai)酸腐蝕性和(he)抗應力(li)腐蝕的(de)能(neng)力(li)。這類(lei)不銹鋼(gang)(gang)列入國家標準的(de)牌號有022Cr12(00Cr12)、10Cr17(1Cr17)、008Cr30Mo2(00Cr30Mo2)等。該類(lei)鋼(gang)(gang)用于制(zhi)造硝酸化工設(she)備的(de)吸收塔、熱(re)交(jiao)換器、儲槽和(he)運輸硝酸用的(de)槽罐以(yi)(yi)及制(zhi)造不承受沖擊載荷(he)的(de)其他(ta)零部件和(he)設(she)備。
按照碳和氮(C+N)的(de)總(zong)含(han)量,高鉻(ge)鐵素體不(bu)銹(xiu)鋼(gang)分為普(pu)通純度和超(chao)高純度兩個系列。
普通(tong)純度高鉻鐵素體不(bu)銹鋼(gang),其碳的(de)(de)質量(liang)分數為(wei)0.1%左右并含少量(liang)氮,如10Cr17(1Cr17)、10Cr17Mo(1Cr17Mo)等。它與常(chang)用(yong)的(de)(de)奧氏體型不(bu)銹鋼(gang)相(xiang)比,缺點是材(cai)質較(jiao)脆(cui),焊接工(gong)藝(yi)性(xing)(xing)較(jiao)差。這(zhe)(zhe)是因為(wei):鐵素體晶粒長(chang)大后,只(zhi)有(you)通(tong)過壓力(li)加工(gong)才(cai)能細化(hua);在高溫(wen)下(例(li)如600~820℃)停留(liu)時間(jian)長(chang)時,wcr≥17%的(de)(de)鋼(gang)會(hui)生成脆(cui)性(xing)(xing)的(de)(de)。相(xiang)(CrmFen);在400~526℃溫(wen)度區(qu)間(jian)停留(liu)較(jiao)長(chang)時間(jian)會(hui)出現(xian)室(shi)溫(wen)下的(de)(de)脆(cui)性(xing)(xing),即(ji)475℃脆(cui)性(xing)(xing)。因這(zhe)(zhe)類鋼(gang)脆(cui)性(xing)(xing)較(jiao)大,所以限制(zhi)了(le)它的(de)(de)應(ying)用(yong)。
超低(di)碳和超低(di)氮(dan)含量(C+N總的質(zhi)量分數≤0.025%~0.035%)的超高純(chun)度高鉻鐵素(su)體不銹鋼(gang),如(ru) 019Cr19Mo2NbTi (00Cr18Mo2)和008Cr27Mo(00Cr27Mo)等(deng),它們(men)無論(lun)在(zai)韌性、耐蝕性還是焊接性等(deng)方面均優于(yu)普(pu)通純(chun)度鐵素(su)體不銹鋼(gang)。
三、馬(ma)氏(shi)體(ti)型(xing)不銹鋼
室溫下它的(de)(de)顯微組(zu)織為(wei)(wei)馬氏體。這類鋼中鉻的(de)(de)質量(liang)分數為(wei)(wei)11.5%~18.0%,碳(tan)的(de)(de)質量(liang)分數最高(gao)可(ke)達(da)0.6%。碳(tan)含量(liang)增高(gao),提高(gao)了鋼的(de)(de)強(qiang)度和硬度。在這類鋼中加入少量(liang)鎳可(ke)促(cu)使生成馬氏體,同時又能提高(gao)其耐蝕性。
這(zhe)類鋼具有(you)一定的(de)(de)耐(nai)腐蝕(shi)性和(he)較好的(de)(de)熱(re)穩定性以(yi)及(ji)熱(re)強性,可以(yi)作為(wei)溫度(du)在700℃以(yi)下長期工作的(de)(de)耐(nai)熱(re)鋼使用(yong)。它被廣泛用(yong)于制(zhi)造(zao)韌(ren)性要求(qiu)較高(gao)的(de)(de)零件,如(ru)汽輪機的(de)(de)葉片、內燃機排氣(qi)閥和(he)醫療器(qi)械(xie)。這(zhe)類鋼的(de)(de)焊接性較差。常用(yong)的(de)(de)馬氏(shi)體型不銹鋼有(you)12Cr13(1Cr13)、20Cr13(2Cr13)、30Cr13 (3Cr13)、14Cr17Ni2 (1Cr17Ni2)等(deng)。
四、奧氏體(ti)-鐵(tie)素體(ti)型不銹(xiu)鋼
室溫下(xia)其顯(xian)微組織為奧(ao)氏體(ti)(ti)(ti)(ti)(ti)(ti)加鐵素體(ti)(ti)(ti)(ti)(ti)(ti)。通常鐵素體(ti)(ti)(ti)(ti)(ti)(ti)的(de)(de)(de)體(ti)(ti)(ti)(ti)(ti)(ti)積(ji)分數(shu)約占50%。這類鋼(gang)(gang)是在18-8型(xing)奧(ao)氏體(ti)(ti)(ti)(ti)(ti)(ti)不銹鋼(gang)(gang)的(de)(de)(de)基(ji)礎上,添加更(geng)多的(de)(de)(de)Cr、Mo、Si等擴大(da)鐵素體(ti)(ti)(ti)(ti)(ti)(ti)元素或降低(di)含(han)碳量(liang)而得到的(de)(de)(de)鋼(gang)(gang)種。與含(han)相同碳量(liang)的(de)(de)(de)奧(ao)氏體(ti)(ti)(ti)(ti)(ti)(ti)不銹鋼(gang)(gang)相比,具有較(jiao)(jiao)小的(de)(de)(de)晶間腐(fu)蝕傾向(xiang)和(he)較(jiao)(jiao)高的(de)(de)(de)力學性能,且韌性比鐵素體(ti)(ti)(ti)(ti)(ti)(ti)型(xing)不銹鋼(gang)(gang)好(hao)。
該類鋼(gang)具有抗(kang)點腐(fu)蝕(shi)、抗(kang)應(ying)力(li)腐(fu)蝕(shi)性(xing)能(neng)。雙(shuang)相(xiang)不銹(xiu)鋼(gang)通常以固(gu)溶狀態供貨(huo)。常用的牌號(hao)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(ying)化型不銹(xiu)鋼
這種鋼(gang)(gang)需(xu)經(jing)(jing)(jing)過系列的(de)(de)(de)(de)熱(re)(re)處(chu)理(li)(li)(li)使(shi)鋼(gang)(gang)中的(de)(de)(de)(de)碳化(hua)(hua)物(wu)沉淀析出(chu),從而提(ti)高材料的(de)(de)(de)(de)強(qiang)度(du)。這類鋼(gang)(gang)包括(kuo)馬(ma)(ma)氏(shi)體(ti)(ti)(ti)沉淀硬化(hua)(hua)型(xing)(xing)、半(ban)奧(ao)(ao)氏(shi)體(ti)(ti)(ti)沉淀硬化(hua)(hua)型(xing)(xing)和(he)(he)奧(ao)(ao)氏(shi)體(ti)(ti)(ti)沉淀硬化(hua)(hua)型(xing)(xing)三類。其(qi)中馬(ma)(ma)氏(shi)體(ti)(ti)(ti)沉淀硬化(hua)(hua)型(xing)(xing)在固溶處(chu)理(li)(li)(li)后(hou),空(kong)冷至室溫即(ji)可得到馬(ma)(ma)氏(shi)體(ti)(ti)(ti)十(shi)少量(liang)鐵素(su)體(ti)(ti)(ti)或馬(ma)(ma)氏(shi)體(ti)(ti)(ti)十(shi)少量(liang)殘(can)余奧(ao)(ao)氏(shi)體(ti)(ti)(ti)的(de)(de)(de)(de)組(zu)(zu)織(zhi)(zhi),然(ran)后(hou)經(jing)(jing)(jing)時(shi)效強(qiang)化(hua)(hua)。而半(ban)奧(ao)(ao)氏(shi)體(ti)(ti)(ti)沉淀硬化(hua)(hua)型(xing)(xing)經(jing)(jing)(jing)固溶處(chu)理(li)(li)(li)并(bing)冷卻至室溫后(hou),得到的(de)(de)(de)(de)是(shi)(shi)不穩定(ding)的(de)(de)(de)(de)奧(ao)(ao)氏(shi)體(ti)(ti)(ti)組(zu)(zu)織(zhi)(zhi)。為(wei)了得到馬(ma)(ma)氏(shi)體(ti)(ti)(ti)組(zu)(zu)織(zhi)(zhi),還需(xu)經(jing)(jing)(jing)過M,點升高到室溫以(yi)上的(de)(de)(de)(de)熱(re)(re)處(chu)理(li)(li)(li),然(ran)后(hou)再使(shi)之時(shi)效強(qiang)化(hua)(hua)。奧(ao)(ao)氏(shi)體(ti)(ti)(ti)沉淀硬化(hua)(hua)型(xing)(xing)不銹(xiu)鋼(gang)(gang)則在室溫下呈穩定(ding)的(de)(de)(de)(de)奧(ao)(ao)氏(shi)體(ti)(ti)(ti)組(zu)(zu)織(zhi)(zhi),只需(xu)經(jing)(jing)(jing)時(shi)效強(qiang)化(hua)(hua)即(ji)可達(da)到目(mu)的(de)(de)(de)(de)。05Cr17Ni4Cu4Nb(0Cr17Ni4Cu4Nb)、07Cr17Ni7AI(0Cr17Ni7AI)、07Cr15Ni7Mo2Al(0Cr15Ni7Mo2Al)屬于沉淀硬化(hua)(hua)半(ban)奧(ao)(ao)氏(shi)體(ti)(ti)(ti)型(xing)(xing)不銹(xiu)鋼(gang)(gang)。該(gai)鋼(gang)(gang)的(de)(de)(de)(de)組(zu)(zu)織(zhi)(zhi)特點是(shi)(shi)在固溶或退火狀態時(shi)具(ju)有奧(ao)(ao)氏(shi)體(ti)(ti)(ti)和(he)(he)體(ti)(ti)(ti)積(ji)分(fen)數為(wei)5%~20%的(de)(de)(de)(de)鐵素(su)體(ti)(ti)(ti)組(zu)(zu)織(zhi)(zhi)。這種鋼(gang)(gang)有很好(hao)的(de)(de)(de)(de)成形性(xing)能和(he)(he)良(liang)好(hao)的(de)(de)(de)(de)焊接(jie)性(xing)。