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技術(shù)指導(dǎo)
TECHNICAL GUIDANCE
不銹鋼的分類(lèi)、主要成分及機(jī)械工藝性能比較
發(fā)布日期: 2014-02-19    作者:湖北凱斯特
  • 不銹鋼按主要化學(xué)組成可分為鉻不銹鋼、鉻鎳不銹鋼、鉻錳氮不銹鋼、鉻鎳鉬不銹鋼以及超低碳不銹鋼、高鉬不銹鋼、高純不銹鋼等;按鋼的性能特點(diǎn)和用途分類(lèi),如耐硝酸(硝酸級(jí))不銹鋼、耐硫酸不銹鋼、耐點(diǎn)蝕不銹鋼、耐應(yīng)力不銹鋼、高強(qiáng)度不銹鋼等。
    按鋼的功能特點(diǎn)分類(lèi),如低溫不銹鋼、無(wú)磁不銹鋼、易切削不銹鋼,超塑性不銹鋼等。通常以金相組織進(jìn)行分類(lèi)。按金相組織分類(lèi)為:鐵素體(F)型不銹鋼、馬氏體(M)型不銹鋼、奧氏體(A)型不銹鋼、奧氏體-鐵素體(A-F)型雙相不銹鋼、奧氏體-馬氏體(A-M)型雙相不銹鋼和沉淀硬化(PH)型不銹鋼。

    以下是具體的不銹鋼的分類(lèi)、主要成分及機(jī)械工藝性能比較:


    分類(lèi)
    大概成分(%)
    淬火性 耐蝕性 加工性 可焊接性 磁性
    C Cr Ni
    鐵素體系 0.35以下 16-27 - 無(wú) 尚佳 尚可
    馬氏體系 1.20以下 11-15 - 自硬性 不可
    奧氏體系 0.25以下 16以上 7以上 無(wú) 優(yōu) 優(yōu) 優(yōu) 無(wú)

        以上分類(lèi)僅是按鋼的基體組織分的,工業(yè)中應(yīng)用的不銹鋼的組織除了上面講的三種基本類(lèi)型以外,還有馬氏體—鐵素體,奧氏體—鐵素體,奧氏體—馬氏體等過(guò)渡型的復(fù)相不銹鋼,以及具有馬氏體—碳化物組織的沉淀硬化不銹鋼。

        2-1.鐵素體鋼 

         含鉻大于14%的低碳鉻不銹鋼,含鉻大干27%的任何含碳量的鉻不銹鋼,以及在上述成分基礎(chǔ)上再添加有鉬、鈦、鈮、硅、鋁、鎢、釩等元素的不銹鋼,化學(xué)成分中形成鐵素體的元素占絕對(duì)優(yōu)勢(shì),基體組織為鐵素。這類(lèi)鋼在淬火(固溶)狀態(tài)下的組織為鐵素體,退火及時(shí)效狀態(tài)的組織中則可見(jiàn)到少量碳化物及金屬間化合物。屬于這一類(lèi)的有Crl7、Cr17Mo2Ti、Cr25,Cr25Mo3Ti、Cr28等。鐵素體不銹鋼因?yàn)楹t量高,耐腐蝕性能與抗氧化性能均比較好,但機(jī)械性能與工藝性能較差,多用于受力不大的耐酸結(jié)構(gòu)及作抗氧化鋼使用。

        2-2.鐵素體—馬氏體鋼

        這類(lèi)鋼在高溫時(shí)為y+a(或δ)兩相狀態(tài),快冷時(shí)發(fā)生y-M轉(zhuǎn)變,鐵素體仍被保留,常溫組織為馬氏體和鐵素體,由于成分及加熱溫度的不同,組織中的鐵素體量可在百分之幾至幾十的范圍內(nèi)變化。0Crl3鋼,lCrl3鋼,鉻偏上限而碳偏下限的2Cr13鋼,Cr17Ni2鋼,Cr17wn4鋼,以及在ICrl3鋼基礎(chǔ)上發(fā)展起來(lái)的許多改型12%鉻熱強(qiáng)鋼(這類(lèi)鋼也叫做耐熱不銹鋼)中的許多鋼號(hào),如Cr11MoV,Cr12WMoV,Crl2W4MoV,18Crl2WMoVNb等均屬干這一類(lèi)。

        鐵素體—馬氏體鋼可以部分地接受淬火強(qiáng)化,故可獲得較高的機(jī)械性能。但它們的機(jī)械性能與工藝性能在很大程度上受組織中鐵素體的含量及分布形態(tài)的影響。這類(lèi)鋼按成分中的含鉻量分屬12~14%與15~18%兩個(gè)系列。前者具有抵抗大氣及弱腐蝕性介質(zhì)的能力,并且具有良好的減震性及較小的線膨脹系數(shù);后者的耐腐蝕性能與相同含鉻量的鐵素體耐酸鋼相當(dāng),但在一定程度上也保留著高鉻鐵素體鋼的某些缺點(diǎn)。

       2-3.馬氏體鋼

        這類(lèi)鋼在正常淬火溫度下處在y相區(qū),但它們的y相僅在高溫時(shí)穩(wěn)定,M點(diǎn)一般在3OO℃左右,故冷卻時(shí)轉(zhuǎn)變?yōu)轳R氏體。這類(lèi)鋼包括2Cr13,2Cr13Ni2,3Cr13以及部分改型12%鉻熱強(qiáng)鋼,如13Cr14NiWVBA,Cr11Ni2MoWVB鋼等。馬氏體不銹鋼的機(jī)械性能、耐腐蝕性能、工藝性能與物理性能,均和含鉻12~14%的鐵素體-馬氏體不銹鋼相近。由于組織中沒(méi)有游離的鐵素體,機(jī)械性能比上述鋼要高,但熱處理時(shí)的過(guò)熱敏感性較低。

        2-4.馬氏體—碳化物鋼

        Fe-C合金的并析點(diǎn)的含碳為0.83%,在不銹鋼中由于鉻使S點(diǎn)左移,含12%鉻和大于0.4%碳的鋼(圖11-3),以及含18%鉻和大于0.3%碳的鋼(圖卜)3)均屬于過(guò)共析鋼。這類(lèi)鋼在正常淬火溫度加熱,次生碳化物不能完全溶于奧氏體,因此淬火后的組織為馬氏體和碳化物組成。

        屬于這一類(lèi)的不銹鋼牌號(hào)不多,卻是一些含碳比較高的不銹鋼,如4Crl3、9Cr18、9Crl8MoV 、9Crl7MoVCo鋼等,含碳量偏上限的3Crl3鋼在較低的溫度下淬火,也可能出現(xiàn)這樣的組織。由于含碳量高,上述9Cr18等三個(gè)鋼號(hào)中雖含有較多的鉻,但其耐腐蝕性能僅與含12~14%鍺的不銹鋼相當(dāng)。這類(lèi)鋼的主要用途是要求高硬及耐磨的零件,如切削工具、軸承、彈簧及醫(yī)療器械等。

        2-5.奧氏體鋼

        這類(lèi)鋼含有較多擴(kuò)大y區(qū)和穩(wěn)定奧氏體的元素,在高溫時(shí)為均為y相,冷卻時(shí)由于Ms點(diǎn)在室溫以下,所以在常溫下具有奧氏體組織。 18-8, 18-12、25-20、20-25Mo等鉻鎳不銹鋼,以錳代替部分鎳并加氮的低鎳不銹鋼如Cr18Mnl0Ni5,Cr13Ni4Mn9, Cr17Ni4Mn9N,Cr14Ni3Mnl4Ti鋼等均屬于這一類(lèi)。

        奧氏體不銹鋼具有前已述及的許多優(yōu)點(diǎn),雖然機(jī)械性能也比較低,和鐵素體不銹鋼—樣不能熱處理強(qiáng)化,但可以通過(guò)冷加工變形的方法,利用加工硬化作用提高它們的強(qiáng)度。 這類(lèi)鋼的缺點(diǎn)是對(duì)晶間腐蝕及應(yīng)力腐蝕比較敏感,需通過(guò)適當(dāng)?shù)睾辖鹛砑觿┘肮に嚧胧┫?br />
        2-6.奧氏體—鐵素體鋼

        這類(lèi)鋼因擴(kuò)大y區(qū)和穩(wěn)定奧氏體元素的作用程度,不足以使鋼在常溫或很高的溫度下具有純奧氏體組織,因此為奧氏體-鐵素體復(fù)相狀態(tài),其鐵素體量也因成分及加熱溫度不同而可在較大的范圍內(nèi)變化。

        屬于這一類(lèi)的不銹鋼很多,如低碳的18-8鉻鎳鋼,加鈦、鈮、鉬的18-8鉻鎳鋼,特別是在鑄鋼的組織中均可見(jiàn)到鐵素體,此外含鉻大于14~15%而碳低于0.2%的鉻錳不銹鋼(如Cr17Mnll),以及目前研究的和已獲得應(yīng)用的大多數(shù)鉻錳氮不銹鋼等。與純奧氏體不銹鋼比較,這類(lèi)鋼的優(yōu)點(diǎn)很多,如屈服強(qiáng)度較高,抗晶間腐蝕的能力較高,應(yīng)力腐蝕的敏感性低,焊接時(shí)產(chǎn)生熱裂紋的傾向小,鑄造流動(dòng)性好等等。缺點(diǎn)是壓力加工性能較差,點(diǎn)腐蝕傾向較大,易產(chǎn)生c相脆性,在強(qiáng)磁場(chǎng)作用下表現(xiàn)出弱磁性等。所有這些優(yōu)點(diǎn)和缺點(diǎn)均來(lái)源于組織中的鐵素體。

        2-7.奧氏缽—馬氏體鋼

        這類(lèi)鋼的Ms點(diǎn)低于室溫,固溶處理以后為奧氏體組織,易于成形和焊接。通??捎脙煞N工藝方法使之發(fā)生馬氏體轉(zhuǎn)變。一是固溶處理以后經(jīng)700~800度加熱,奧氏體因析出碳化鉻而轉(zhuǎn)變?yōu)榻榉€(wěn)定狀態(tài),Ms點(diǎn)升高至室溫以上,冷卻時(shí)轉(zhuǎn)變?yōu)轳R氏體;二是固溶處理以后直接冷卻至Ms與Mf點(diǎn)之間,使奧氏體轉(zhuǎn)變?yōu)轳R氏體。后一方法可獲得較高的耐腐蝕性能,但固溶處理以后至深冷的間隔時(shí)間不宜過(guò)久,否則會(huì)因奧氏體的陳化穩(wěn)定作用而使深冷的強(qiáng)化效應(yīng)降低。經(jīng)上述處理以后鋼再經(jīng)400~500度時(shí)效,使析出金屬間化合物進(jìn)—步強(qiáng)化。這類(lèi)鋼的典型鋼號(hào)有17Cr一7Ni一A1、15Cr-9Ni-A1,17Cr—5Ni-Mo、15Cr-8Ni-Mo一A1等等。這類(lèi)鋼也稱(chēng)為奧氏體-馬氏體時(shí)效不銹鋼,并因?yàn)閷?shí)際上這些鋼的組織中除奧氏體和馬氏體以外,還存在不同數(shù)量的鐵素體,故也稱(chēng)為半奧氏體沉淀硬化不銹鋼。

        這類(lèi)鋼是50年代后期發(fā)展和應(yīng)用的新型不銹鋼,它們總的特點(diǎn)是強(qiáng)度高(C可達(dá)100一150)及熱強(qiáng)性好,但由于含鉻量較低并在熱處理時(shí)有碳化鉻析出,因此耐腐蝕性能比標(biāo)準(zhǔn)的奧氏體不銹鋼要低一些。也可以說(shuō)這類(lèi)鋼的高強(qiáng)度是在犧牲一部分耐腐蝕性能與其他性能(如非磁性)的情況下獲得的,目前這類(lèi)鋼主要用于航空工業(yè)及火箭導(dǎo)彈生產(chǎn)方面,一般機(jī)械制造中應(yīng)用尚不普遍,并且在分類(lèi)上也有把它們納為超高強(qiáng)度鋼的一個(gè)系列。
     

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