不銹鋼砝碼材質馬氏體、鐵素體、奧氏體、雙相簡介

不銹鋼簡介：

  不銹鋼通俗的說，就是不易生銹的鋼，實際上一部分不銹鋼，既有不銹性，又有耐酸性（耐蝕性）。不銹鋼的不銹性和耐蝕性是由于其表面上富鉻氧化膜（鈍化膜）的形成。這種不銹性和耐蝕性是相對的。試驗表明。鋼在大氣，水等弱介質中和硝酸等氧化性介質中，其耐蝕性隨鋼中鉻含水量的增加而提高，當鉻含量達到一定的百分比時，鋼的耐蝕性發生突變，即從易生銹到不易生銹，從不耐蝕到耐腐蝕。不銹鋼的分類方法有很多種，按室溫下的組織結構分類，有馬氏體型，奧氏體型，鐵素體和雙相不銹鋼；按主要化學成分分類，基本上可以分為鉻不銹鋼和鉻鎳不銹鋼兩大系統；按用途分則有耐硝酸不銹鋼，耐硫酸不銹鋼，耐海水不銹鋼等等。按腐蝕類型費雷可分為耐點蝕不銹鋼，耐應力腐蝕不銹鋼，耐晶間腐蝕不銹鋼等，按功能特點分類可分為無磁不銹鋼，易切削不銹鋼，低溫不銹鋼，高強度不銹鋼等等。由于不銹鋼材具有優異的耐蝕性，成型性，相容性以及很寬溫度范圍內的強韌性等系列特點所以在重工業輕工業和生活用品行業以及建筑裝飾行業中獲得廣泛的應用。

  不銹鋼的牌號分組：

  不銹鋼的型號，按成分可分為Cr系（400系列）、Cr－Ni系（300系列）、Cr－Mn－Ni（200系列）及析出硬化系（600系列）。

  200 系列—鉻-鎳-錳 奧氏體不銹鋼（能否用于食品存在爭議）

  300 系列—鉻-鎳 奧氏體不銹鋼

  型號301—延展性好，用于成型產品。也可通過機械加工使其迅速硬化。焊接性好。抗磨性和疲勞強度優于304不銹鋼。

  型號302—耐腐蝕性同304，由于含碳相對要高因而強度更好。

  型號303—通過添加少量的硫、磷使其較304更易切削加工。

  型號304—通用型號；即18/8不銹鋼。GB牌號為0Cr18Ni9。

  型號309—較之304有更好的耐溫性。

  型號316—繼304之後，第二個得到廣泛應用的鋼種，主要用于食品工業和外科手術器材，添加鉬元素使其獲得一種抗腐蝕的特殊結構。由于較之304其具有更好的抗氯化物腐蝕能力因而也作“船用鋼"來使用。SS316則通常用于核燃料回收裝置。18/10級不銹鋼通常也符合這個應用級別。

  型號321—除了因為添加了鈦元素降低了材料焊縫銹蝕的風險之外其他性能類似304。

  400 系列—鐵素體和馬氏體不銹鋼

  型號408—耐熱性好，弱抗腐蝕性，11%的Cr，8%的Ni。

  型號410—馬氏體（高強度鉻鋼），耐磨性好，抗腐蝕性較差。

  型號416—添加了硫改善了材料的加工性能。

  型號420—“刃具級"馬氏體鋼，類似布氏高鉻鋼這種最早的不銹鋼。也用于外科手術刀具，可以做的非常光亮。

  型號430—鐵素體不銹鋼，裝飾用，例如用于汽車飾品。良好的成型性，但耐溫性和抗腐蝕性要差。

  型號440—高強度刃具鋼，含碳稍高，經過適當的熱處理後可以獲得較高屈服強度，硬度可以達到58HRC，屬于最硬的不銹鋼之列。最常見的應用例子就是“剃須刀片"。常用型號有三種：440A、440B、440C，另外還有440F（易加工型）。

  500 系列—耐熱鉻合金鋼。

  600 系列—馬氏體沉淀硬化不銹鋼。

  型號630—常用的沉淀硬化不銹鋼型號，通常也叫17-4；17%Cr，4%Ni。

  馬氏體不銹鋼

   標準的馬氏體不銹鋼是：403、410、414、416、416(Se)、420、431、440A、 440B 和 440C 型，這些鋼材的耐腐蝕性來自“鉻"，其范圍是從 11.5 %至18%，鉻含量愈高的鋼材需碳含量愈高，以確保在熱處理期間馬氏體的形成，上述三種 440 型不銹鋼很少被考慮做為需要焊接的應用，且440 型成份的熔填金屬不易取得。

  標準馬氏體鋼材的改良，含有類如鎳、鉬、釩等的添加元素，主要是用于將標準鋼材受限的容許工作溫度提升至高于1100K，當添加這些元素時，碳含量也增加，隨著碳含量的增加，在焊接物的硬化熱影響區中避免龜裂的問題變成更嚴重。馬氏體不銹鋼能在退火、硬化和硬化與回火的狀態下焊接，無論鋼材的原先狀態如何，經過焊接后都會在鄰近焊道處產生一硬化的馬氏體區，熱影響區的硬 度主要是取決于母材金屬的碳含量，當硬度增加時，則韌性減少，且此區域變成 較易產生龜裂、預熱和控制層間溫度，是避免龜裂的有效方法，為得最佳的性質，需焊后熱處理。

  馬氏體不銹鋼是一類可以通過熱處理（淬火、回火）對其性能進行調整的不銹鋼，通俗地講，是一類可硬化的不銹鋼。這種特性決定了這類鋼必須具備兩個基本條件：一是在平衡相圖中必須有奧氏體相區存在，在該區域溫度范圍內進行長時間加熱，使碳化物固溶到鋼中之后，進行淬火形成馬氏體，也就是化學成分必須控制在 γ 或 γ+α 相區，二是要使合金形成耐腐蝕和氧化的鈍化膜，鉻含量必須在10.5%以上。按合金元素的差別，可分為馬氏體鉻不銹鋼和馬氏體鉻鎳不銹鋼。

  馬氏體鉻不銹鋼的主要合金元素是鐵、鉻和碳。如Cr大于 13%時，不存在 γ 相，此類合金為單相鐵素體合金，在任何熱 處理制度下也不能產生馬氏體，為此必須在內 Fe-Cr 二元合金中加入奧氏體形成元素，以擴大 γ 相區，對于馬氏體鉻不銹鋼來說，C、N 是有效元素，C、N 元素添加使得合金允許更高的鉻含量。在馬氏體鉻不銹鋼中，除鉻外，C是另一個最重要的重要元素，事實上，馬氏體鉻不銹耐熱鋼是一類鐵、鉻、碳三元合金。當然，還有其他元素，利用這些元素，可根據 Schaeffler 圖確定大致的組織。

  鐵素體不銹鋼

  在使用狀態下以鐵素體組織為主的不銹鋼。含鉻量在 11%~30%，具有體心立方晶體結構。這類鋼一般不含鎳，有時還含有少量的 Mo、Ti、Nb 等到元素，這類鋼具導熱系數大，膨脹系數小、抗氧化性好、抗應力腐蝕優良等特點，多用于制造耐大氣、水蒸氣、水及氧化性酸腐蝕的零部件。

   這類鋼存在塑性差、焊后塑性和耐蝕性明顯降低等缺點，因而限制了它的應 用。爐外精煉技術（AOD 或 VOD）的應用可使碳、氮等間隙元素大大降低，因此 使這類鋼獲得廣泛應用。

  奧氏體不銹鋼

  在常溫下具有奧氏體組織的不銹鋼鋼中含Cr約18%、Ni8%~10%、C 約 0.1% 時，具有穩定的奧氏體組織。奧氏體鉻鎳不銹鋼包括著名的18Cr-8Ni 鋼和在此基礎上增加 Cr、Ni含量并加入 Mo、Cu、Si、Nb、Ti 等元素發展起來的高 Cr-Ni 系列鋼。奧氏體不銹鋼無磁性而且具有高韌性和塑性，但強度較低，不可能通過相變使之強化，僅能通過冷加工進行強化。如加入 S，Ca，Se，Te等元素，則具有良好的易切削性。此類鋼除耐氧化性酸介質腐蝕外，如果含有 Mo、Cu 等元素還能耐硫酸、磷酸以及甲酸、醋酸、尿素等的腐蝕。此類鋼中的含碳量若低于0.03%或含Ti、Ni，就可顯著提高其耐晶間腐蝕性能。高硅的奧氏體不銹鋼濃硝酸肯有良好的耐蝕性。由于奧氏體不銹鋼具有全面的和良好的綜合性能，在各行各業中獲得了廣泛的應用。

  雙相不銹鋼

  所謂雙相不銹鋼是在其固溶組織中鐵素體相與奧氏體相約各占一半，一般量少相的含量也需要達到30%。在含C較低的情況下，Cr含量在 18%～28%，Ni含量在3%～10%。有些鋼還含有 Mo、Cu、Nb、Ti，N 等合金元素。該類鋼兼有奧氏體和鐵素體不銹鋼的特點，與鐵素體相比，塑性、韌性更高，無室溫脆性，耐晶間腐蝕性能和焊接性能均顯著提高，同時還保持有鐵素體不銹鋼的475℃脆性以及導熱系數高，具有超塑性等特點。與奧氏體不銹鋼相比，強度高且耐晶間腐蝕和耐氯化物應力腐蝕有明顯提高。雙相不銹鋼具有優良的耐孔蝕性能，也是一種節鎳不銹鋼。

  雙相不銹鋼的性能特點

  由于兩相組織的特點，通過正確控制化學成分和熱處理工藝，使雙相不銹鋼 兼有鐵素體不銹鋼和奧氏體不銹鋼的優點，它將奧氏體不銹鋼所具有的優良韌性 和焊接性與鐵素體不銹鋼所具有的較高強度和耐氯化物應力腐蝕性能結合在一 起，正是這些好的性能使雙相不銹鋼作為可焊接的結構材料發展迅速，80 年 代以來已成為和馬氏體型、奧氏體型和鐵素體型不銹鋼并列的一個鋼類。雙相不 銹鋼有以下性能特點：

   （1）含鉬雙相不銹鋼在低應力下有良好的耐氯化物應力腐蝕性能。一般 18-8型奧氏體不銹鋼在 60°C 以上中性氯化物溶液中容易發生應力腐蝕斷裂，在微量 氯化物及硫化氫工業介質中用這類不銹鋼制造的熱交換器、蒸發器等設備都存在 著產生應力腐蝕斷裂的傾向，而雙相不銹鋼卻有良好的抵抗能力。

  （2）含鉬雙相不銹鋼有良好的耐孔蝕性能。在具有相同的孔蝕抗力當量值 （PRE=Cr%+3.3Mo%+16N%）時，雙相不銹鋼與奧氏體不銹鋼的臨界孔蝕電位相仿。 雙相不銹鋼與奧氏體不銹鋼耐孔蝕性能與 AISI 316L 相當。含 25%Cr 的，尤其是 含氮的高鉻雙相不銹鋼的耐孔蝕和縫隙腐蝕性能超過了 AISI 316L。 

  （3）具有良好的耐腐蝕疲勞和磨損腐蝕性能。在某些腐蝕介質的條件下，適用 于制作泵、閥等動力設備。 

  （4）綜合力學性能好。有較高的強度和疲勞強度，屈服強度是 18-8 型奧氏體不 銹鋼的 2 倍。固溶態的延伸率達到 25%，韌性值 AK（V 型槽口）在 100J 以上。 

  （5）可焊性良好，熱裂傾向小，一般焊前不需預熱，焊后不需熱處理，可與 18-8 型奧氏體不銹鋼或碳鋼等異種焊接。 

  （6）含低鉻（18%Cr）的雙相不銹鋼熱加工溫度范圍比 18-8 型奧氏體不銹鋼寬， 抗力小，可不經過鍛造，直接軋制開坯生產鋼板。含高鉻（25%Cr）的雙相不銹 鋼熱加工比奧氏體不銹鋼略顯困難，可以生產板、管和絲等產品。 

  （7）冷加工時比 18-8 型奧氏體不銹鋼加工硬化效應大，在管、板承受變形初期， 需施加較大應力才能變形。 

  （8）與奧氏體不銹鋼相比，導熱系數大，線膨脹系數小，適合用作設備的襯里 和生產復合板。也適合制作熱交換器的管芯，換熱效率比奧氏體不銹鋼高。 

  （9）仍有高鉻鐵素體不銹鋼的各種脆性傾向，不宜用在高于 300°C 的工作條件。 雙相不銹鋼中含鉻量愈低，σ 等脆性相的危害性也愈小。

  雙相不銹鋼（Duplex Stainless Steel，簡稱 DSS），指鐵素體與奧氏體各約占50%，一般較少相的含量最少也需要達到 3O%的不銹鋼。

  雙相不銹鋼從 20 世紀 40 年代在美國誕生以來，已經發展到第三代。它的主 要特點是屈服強度可達 400-550MPa，是普通不銹鋼的 2 倍，因此可以節約用材， 降低設備制造成本。在抗腐蝕方面，特別是介質環境比較惡劣（如海水，氯離子 含量較高）的條件下，雙相不銹鋼的抗點蝕、縫隙腐蝕、應力腐蝕及腐蝕疲勞性 能明顯優于普通的奧氏體不銹鋼，可以與高合金奧氏體不銹鋼媲美。

  雙相不銹鋼具有良好的焊接性能，與鐵素體不銹鋼及奧氏體不銹鋼相比，它 既不像鐵素體不銹鋼的焊接熱影響區，由于晶粒嚴重粗化而使塑韌性大幅降低， 也不像奧氏體不銹鋼那樣，對焊接熱裂紋比較敏感。

  雙相不銹鋼由于其特殊的優點，廣泛應用于石油化工設備、海水與廢水處理設備、輸油輸氣管線、造紙機械等工業領域，近年來也被研究用于橋梁承重結構 領域，具有很好的發展前景。

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