不锈钢基本知识.ppt
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1、不锈钢基本知识,第一部分 金属材料基础知识 第二部分 不锈钢基本知识 第三部分 重点(新)品种介绍,主要内容,第一部分 金属材料基础知识,金属:具有不透明、金属光泽、良好的导热和导电性,并且其导电能力随温度的增高而减小,富有延性和展性等特性的物质。金属内部原子具有规律性排列(即晶体)。 合 金:由两种或两种以上金属或金属与非金属组成,具有金属特性的物质。 相:合金中成份、结构、性能相同的组成部分。 固溶体:是一个(或几个)组元的原子(化合物)溶入另一个组元的晶格中,而仍保持另一组元的晶格类型的固态金属晶体,固溶体分间隙固溶体和代位固溶体两种。 金属化合物:合金组元间按一定的原子数量之比,相互化
2、合而成的一种具有金属特性的新相,称为金属化合物。如Fe3C(渗碳体) 机械混合物:由两种或两种以上的相机械地混合在一起而组成的一种多相组织。如珠光体是渗碳物与铁素体的混合物。,概念,材料的使用性能包括物理性能(如比重、熔点、导电性、导热性、热膨胀性、磁性等)、化学性能(耐用腐蚀性、抗氧化性)、力学性能(机械性能)和工艺性能。 材料的工艺性能指材料适应冷、热加工方法的能力。 机械性能是指金属材料在外力作用下所表现出来的特性。,概念,应力:材料单位面积所受载荷。 强度:材料在外力(载荷)作用下,抵抗变形和断裂的能力。 屈服点(Rp):又称屈服强度,指材料在拉抻过程中,材料所受应力达到某一临界值时,
3、载荷不再增加,变形却继续增加,或产生0.2%L时应力值,单位用兆帕(MPa)表示。 抗拉强度(Rm):也叫强度极限,指材料在拉断前承受的最大应力值。单位用兆帕( MPa )表示。 延伸率(A):材料在拉伸断裂后,总伸长与原始标距长度的百分比。 断面收缩率():材料在拉伸断裂后、断面最大缩小面积与原断面积百分比。 硬度:指材料抵抗其它更硬物压入其表面的能力,常用硬度按其范围测定分布氏硬度(HBS、HBW)和洛氏硬度(HKA、HKB、HRC)。 冲击韧性(Ak):材料抵抗冲击载荷的能力,单位为焦耳/厘米2(J/cm2)。,指标,晶体结构,面心立方 体心立方 密集六方,第二部分 不锈钢基本知识,什么
4、是不锈钢? Cr含量大于10.5%wt C含量小于1.2%wt 铁含量超过其它任何元素 不锈钢系不锈钢和耐酸钢的总称。 不锈钢系指耐大气、蒸汽和水等弱介质腐蚀的钢; 耐酸钢指耐酸、碱、盐等化学浸蚀性介质腐蚀的钢。 不锈钢和耐酸钢在合金化程度上有较大差异,因此性能差别较大。,概念,不锈钢耐腐蚀是由于Cr的作用,钢材表面生成一层致密的的不溶解于某些介质的坚固的富Cr钝化膜(成分为4M3O4SiO2nH2O ).其特点: 1、厚度薄、透明:通常为2-5nm。 2、密度大。 3、铬含量高,比基体高3倍以上. 4、自我修复功能,一旦遭破坏,又会形成新的钝化层,随着钢中铬含量的提高,钢的自钝化能力和耐锈性
5、提高。,耐蚀机理,在钢中添加各种合金元素,由于改变了钝化膜的组织和分布,而提高了更苛刻介质中的耐蚀性。如,钼,腐蚀产物MoO-2靠近基体而强烈促进基体钝化;铜,钝化膜中含有CuCl,与腐蚀介质不发生作用提高耐蚀性;氮,钝化膜中富集Cr2N,使钝化膜中铬浓度提高而提高了耐蚀性。 但暴露在大气中简单的钝化并不能形成提高耐蚀性所必需的表面化合物,通过电解抛光或化学处理可提高不锈钢的耐腐蚀性,电解抛光提高了近表面层铬与铁的比率,化学钝化处理进一步扩大了这个比率。如机械抛光表面有2nm的氧化物层,经30min钝化处理可获得约19nm厚的氧化物层,经60min钝化处理可获得50nm厚的氧化物层。,耐蚀机理
6、,不锈钢的发明是世界冶金史上的一重大成就。 20世纪初,法国(1904-1906)发现了Fe-Cr合金 英国(1909-1911)发现了Fe-Cr-Ni合金 同期德国提出了不锈性和钝化理论。,发展历史,工业用不锈钢: 英国1912-1913开发了Cr(12-13)马氏体不锈钢 美国开发Cr(14-16),C(0.07-0.15)的铁素体不锈钢 德国开发奥氏体不锈钢,1929年取得18-8的专利,1931提出18-8Ti不锈钢; 同时,法国发现奥氏体中含有铁素体时会改善耐晶界腐蚀,开发双相不锈钢; 1946年美国研制M沉淀硬化17-4PH,随后既具有高强度又可进行冷加工成型的半奥氏体沉淀硬化不锈
7、钢17-7PH等; 至此,一系列不锈钢基本齐全,并一直延续至今。,发展历史,40-50年代,节Ni的Cr-Mn-N和Cr-Mn-Ni-N不锈钢、超低碳奥氏体不锈钢; 60年代,1:1的双相不锈钢和高纯铁素体以及马氏体时效不锈钢取得进展; 随后,通过化学成分(C、Cr、Ni)的调整和合金元素(Mo、Cu、Si、N、Mn、Nb)的填加,降低夹杂物,改善其使用性能,适应不同环境的要求。,发展历史,按钢的组织结构分类可分为:奥氏体不锈钢、马氏体不锈钢、铁素体不锈钢、双相不锈钢和沉淀硬化不锈钢。,奥氏体不锈钢,铁素体不锈钢,双相不锈钢,几种不锈钢的显微组织,分类,按钢的化学成分分类可分为:Cr不锈钢(4
8、00系)、Cr-Ni不锈钢(300系)、Cr-Mn-N-Ni不锈钢(200系)、超低碳不锈钢、高纯不锈钢等。 按钢的功能分类可分为:低温不锈钢、耐热不锈钢、耐磨不锈钢、无磁不锈钢、易切削不锈钢和超塑性不锈钢等 。,分类,钢种演变,铬 形成铬氧化物钝化膜 耐氧化性介质 提高淬透性 镍 奥氏体稳定元素,降低加工硬化 减少高温铁素体,提高热加工性 成型性、焊接性、韧性好 耐还原性酸 高温氧化性 钼 耐点蚀和缝隙腐蚀 耐还原性酸,合金元素作用,氮 稳定奥氏体元素 耐点蚀和缝隙腐蚀 提高强度 碳 增加强度 敏化晶腐 锰 稳定奥氏体元素 增加强度 硫化锰,耐点蚀和缝隙腐蚀 热塑性,合金元素作用,铜 提高冷
9、塑性 抗还原性酸 稳定 抗菌 硅 小于1%时,非敏晶腐 大于1%氯化物应力腐蚀、浓硝酸、高温浓硫酸,合金元素作用,磷 非敏晶腐 硫 点蚀和缝隙腐蚀 热塑性下降 钛、铌 降低晶腐 稀土 消除S影响,提高热塑性,合金元素作用,Schaeffler相图,镍当量=%Ni+%Co +30(%C)+30(%N) +0.5(%Mn)+0.3(%Cu) 铬当量=%Cr+1.5(%Mo)+1.5(%Si)+ 1.5(%Ti)+1.75(%Nb)+5.5(%Al) +0.75(%W),分类,奥氏体不锈钢特性: 铬-镍不锈钢 300系列钢种 热处理不能使其硬化 冷加工可使其显著硬化 无磁性(冷加工有时会使其具磁性)
10、 优异的成型性和焊接性,品种介绍,成份性能图(),奥氏体不锈钢 0Cr18NI9(304)中板、冷板 作为不锈钢、耐热钢广泛应用,食品、一般化工、原子能工业等。 00Cr19Ni10(304L) 超低碳,耐晶间腐蚀性能优良, 00Cr17Ni7(301L) 冷加工后具有高强度,车辆厢体、弹簧等用。,品种介绍,00Cr17Ni14Mo2(316L) 在海水等各种介质中,优于304,耐点蚀材料。 0Cr19Ni9N(304N) 添加N,提高强度,耐腐蚀性不降低,结构用材料。 0Cr18Ni9Cu 添加Cu,改善冷加工性,加工硬化率低,深冲用钢。 1Cr18NI9Ti(321) 增加Ti,提高耐晶间
11、腐蚀性能,不适用于装饰。,品种介绍,锰系不锈钢的耐蚀性仍取决于钢中的铬量,镍也是非常有益的元素。 锰和氮主要是在形成和稳定奥氏体方面代镍,在耐蚀性方面则不能代镍,锰还对钢的耐蚀性有害。 在铬量相同条件下,锰系钢的耐蚀性一般要低于镍系钢。在弱腐蚀环境中,锰系钢可以代替相对应的镍系钢,但随介质腐蚀性的增强,锰系与镍不锈钢间耐蚀性的差距要拉大,锰系钢不能代替镍系钢。,品种介绍,铁素体不锈钢特性: 铬不锈钢(不含镍) 400系列钢种 有磁性 成型性和焊接性不如A 低成本不锈钢 根据钢中Cr含量,可分为Cr11%-15%、 Cr16%-20%、 Cr21%-30%,品种介绍,铁素体不锈钢的特点与优势(与
12、铬镍A相比) 不含或个别牌号仅含少量镍,成本和价格均较低; 屈服强度高,加工硬化倾向小,易于冷加工; 耐氯化物应力腐蚀、点蚀、缝隙腐蚀优良。在许多腐蚀环境中,耐蚀性还与相同铬量的铬镍奥氏体不锈钢相当; 有磁性,可作为耐蚀软磁材料,如电磁阀等; 导热系数高,适于热交换的用途; 热胀系数小,适于热胀、冷缩,热循环的使用条件。,品种介绍,铁素体不锈钢的缺点与成因,品种介绍,传统铁素体不锈钢的缺点及防止措施,品种介绍,传统(普通)铁素体不锈钢 由于传统冶金技术生产,常规的碳、氮含量。化学成分和组织结构上的特点,性能上的某些不足长期影响着生产和应用。 现代铁素体不锈钢 近代冶金技术生产,低碳、氮,超低碳
13、、氮和高纯化。由于化学成分所引起的性能上的某些不足已得到极大程度的克服和相当圆满的解决,是节镍不锈钢的主要方向。,品种介绍,00Cr12Ti(409L)热板、冷板 耐高温,抗氧化性能优良,主要用于汽车排气管用途。 0Cr13Al(405)中板、复合板 在高温下冷却不产生显著硬化。汽轮机材料,淬火用部件以及做复合材料等。 1Cr17(430系)冷板 耐蚀性优良的通用钢种,建筑内装饰用,家庭用器具,家电用部件。,品种介绍,高纯430Ti(Nb) 比普通Cr17(430)不锈钢具有更佳焊接性、耐晶间腐蚀性,更好的深冲性、抗皱性和优良的冲击韧性和低的脆性转变温度的用途,如化工厂的吸收塔、热交换器、输送
14、管道、容器,建筑的内装饰、厨房设备和家用电器中要求焊接的深冲设备和构件。 高纯00Cr17Mo(436)、00Cr18Mo2(444) 加工成型性,焊接性等优良,脆性转变温度进一步降低,在大气和淡水等环境中,耐蚀性优于304不锈钢并与316不锈钢相近。主要用途有建筑面板,厨房设备,市政公共设施,轻工和纺织工业的清洁设备,太阳能热水器,耐应力腐蚀的换热设备。等。,。,品种介绍,低铬铁素体不锈钢(经济型不锈钢) 现代低铬铁素体不锈钢指含11%14%Cr的低碳、氮和超低碳、氮的一些牌号; 主要牌号 00Cr12(410L) 和00Cr11NbTi(466)以及0Cr12NiTi(3CR12)等; 由
15、于它们有综合性能好,且寿命周期成本低的优势,主要以代替碳钢为目标。 它们的成本约为18-8(304)Cr-Ni奥氏体不锈钢的1/2,因此,又被称为经济(实用)不锈钢。 应用在集装箱、货车厢体、汽车排气管矿山运输、城市公共设施等领域。,品种介绍,马氏体不锈钢特性: 高碳铁素体不锈钢 热处理可使其硬化并具有高强度、低塑性 400系列钢种 有磁性 焊接性能较差 Cr含量在11.5-18.0%,随碳含量的提高,提高了钢的硬度和强度,主要用于刀具、汽轮机叶片、医疗器械等。,品种介绍,1Cr13 、2Cr13、 3Cr13 、4Cr13 1Cr13主要用于韧性要求较高且具有不锈性的部件,如叶片、阀门等,也
16、可用作常温下的一些设备;2Cr13除了做叶片外,还可用于叶轮、紧固件等承受应力较高的部件;3Cr13用于强度、硬度要求更高的结构件、耐磨件、如轴、螺栓、弹簧、活塞杆、耐蚀刀具等。 此类钢随碳含量的增加,强度、硬度提高,而冷塑性和韧性下降,同时耐蚀性能降低。 9Cr18 是马氏体不锈钢中C、Cr含量最高的钢种,具有高强度,不锈、耐蚀性能。一般用于外科刀具、优质刀剪、滚珠等。,品种介绍,双相不锈钢特点: 奥氏体+铁素体混合组织 含铬、镍、钼、氮 有磁性 高强度,成型需大功率设备 冷加工可使其硬化 焊接性能好于A 抗氯化物应力腐蚀优 是工艺难度较大的不锈钢钢种之一。,品种介绍,第一代双相钢18-5(
17、00Cr18Ni5Mo3Si2) 是耐氯化物应力腐蚀的专用钢种,在各种冷却水(除海水外)条件下的耐氯化物应力腐蚀性能远远大于18-8型奥氏体不锈钢。 第二代双相钢2205(00Cr22Ni5Mo3N) 是在18-5的基础上,降低Si,提高Cr含量,并用N合金化,使相比例更加合理,焊后不易产生单相,耐蚀性能更为优良。 第三代双相钢2507(00Cr25Ni7Mo4N) 属超级双相不锈钢,特别适用于含氯的环境,如海水等,钢中高N、高Cr、高Mo的平衡成分设计,使钢具有很高的耐应力腐蚀、耐孔蚀和缝隙腐蚀性能。,品种介绍,经济型双相钢00Cr21Ni1N(LDX2101) 进一步降低Ni,适用于建筑领
18、域。,品种介绍,耐热不锈钢0Cr25Ni20(310S) 在抗氧1150以下的温度中做耐热部件化性钢。 耐热不锈钢0Cr25Ni20Si2(314) 耐热不锈钢1Cr20Ni14Si2 耐热不锈钢0Cr23Ni13(309S),品种介绍,合金耐蚀性的十级标准: 完全耐蚀: 0.001mm/a 1 很耐蚀: 0.001-0.005 2 0.005-0.010 3 耐蚀: 0.010-0.050 4 0.050-0.100 5 尚耐蚀: 0.100-0.500 6 0.500-1.000 7 欠耐蚀: 1.000-5.000 8 5.000-10.00 9 不耐蚀: 10.00 10,耐腐蚀性能降
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