奥氏体不锈钢1913年在德国问世,在不锈钢中一直扮演着最重要的角色,其生产量和使用量约占不锈钢总产量及用量的70%。钢号也最多,中国常用奥氏体不锈钢的牌号就有40多个,最常见的就是18-8型。
(1)1Cr17Mn6Ni15N;(2)1Cr18Mn8Ni5N;(3)1Cr18Ni9;(4)1Cr18Ni9Si3;(5)06Cr19Ni10(0Cr18Ni9);(6)00Cr19Ni10;(7)0Cr19Ni9N;(8)0Cr19Ni10NbN;(9)00Cr18Ni10N;(10)1Cr18Ni12;(11) 0Cr23Ni13;(12)0Cr25Ni20;(13) 0Cr17Ni12Mo2;(14) 00Cr17Ni14Mo2;(15) 0Cr17Ni12Mo2N;(16) 00Cr17Ni13Mo2N;(17) 1Cr18Ni12Mo2Ti;(18) 0Cr18Ni12Mo2Ti;(19) 1Cr18Ni12Mo3Ti;(20) 0Cr18Ni12Mo3Ti;(21) 0Cr18Ni12Mo2Cu2;(22) 00Cr18Ni14Mo2Cu2;(23) 0Cr19Ni13Mo3;(24) 00Cr19Ni13Mo3;(25) 0Cr18Ni16Mo5;(26) 1Cr18Ni9Ti;(27) 0Cr18Ni10Ti;(28) 0Cr18Ni11Nb;(29) 0Cr18Ni13Si4
严格意义上讲,由于200系列不锈钢中的锰在钢中电极电位起的作用不大,形成的氧化膜的保护作用非常低,不能起到耐腐蚀作用,因此锰合金化的奥氏体不锈钢,不能称之为真正的"不锈钢"。目前国内很多厂家处于成本考虑,在不锈钢中降低了铬、镍,增加了锰的含量。专家认为,不锈钢之所以能不锈,就是因为有铬和镍的存在,降低这两种成分的含量会降低防锈性能。
各国标准牌号对比
GB(中国) ASTM(美国) JIS(日本) DIN(德国)
1Cr17Ni7 301 SUS301 X12CrNi177
1Cr18Ni9 302 SUS302 X12CrNi188
1Cr18Ni10 303 SUS303 X12CrNiS188
0Cr18Ni9 304 SUS304 X5CrNi189
00Cr19Ni10 304L SUS304L X2CrNi189
0Cr17Ni12Mo2 316 SUS316 X5CrNiMo1810
00Cr17Ni14Mo2 316L SUS316L X2CrNiMo1810
0Cr18Ni10Ti 321 SUS321 X10CrNiTi189
0Cr19Ni13Mo3 317 SUS317 X2CrNiMo1816
此类钢除耐氧化性酸介质腐蚀外,如果含有Mo、Cu等元素还能耐硫酸、磷酸以及甲酸、醋酸、尿素等的腐蚀。此类钢中的含碳量若低于0.03%或含Ti、Ni,就可显著提高其耐晶间腐蚀性能。高硅的奥氏体不锈钢对浓硝酸具有良好的耐蚀性。由于奥氏体不锈钢具有全面的和良好的综合性能,在各行各业中获得了广泛的应用。
不锈钢通俗地说,不锈钢就是不容易生锈的钢,实际上一部分不锈钢,既有不锈性,又有耐酸性(耐蚀性)。不锈钢的不锈性和耐蚀性是由于其表面上富铬氧化膜(钝化膜)的形成。这种不锈性和耐蚀性是相对的。试验表明,钢在大气、水等弱介质中和硝酸等氧化性介质中,其耐蚀性随钢中铬含量的增加而提高,当铬含量达到一定的百分比时,钢的耐蚀性发生突变,即从易生锈到不易生锈,从不耐蚀到耐腐蚀。不锈钢的分类方法很多。按室温下的组织结构分类,有马氏体型、奥氏体型、铁素体和双相不锈钢;按主要化学成分分类,基本上可分为铬不锈钢和铬镍不锈钢两大系统;按用途分则有耐硝酸不锈钢、耐硫酸不锈钢、耐海水不锈钢等等,按耐蚀类型分可分为耐点蚀不锈钢、耐应力腐蚀不锈钢、耐晶间腐蚀不锈钢等;按功能特点分类又可分为无磁不锈钢、易切削不锈钢、低温不锈钢、高强度不锈钢等等。由于不锈钢材具有优异的耐蚀性、成型性、相容性以及在很宽温度范围内的强韧性等系列特点,所以在重工业、轻工业、生活用品行业以及建筑装饰等行业中获取得广泛的应用。
铁素体不锈钢在使用状态下以铁素体组织为主的不锈钢。含铬量在11%~30%,具有体心立方晶体结构。这类钢一般不含镍,有时还含有少量的Mo、Ti、Nb等到元素,这类钢具导热系数大,膨胀系数小、抗氧化性好、抗应力腐蚀优良等特点,多用于制造耐大气、水蒸气、水及氧化性酸腐蚀的零部件。这类钢存在塑性差、焊后塑性和耐蚀性明显降低等缺点,因而限制了它的应用。炉外精炼技术(AOD或VOD)的应用可使碳、氮等间隙元素大大降低,因此使这类钢获得广泛应用。
奥氏体--铁素体双相不锈钢是奥氏体和铁素体组织各约占一半的不锈钢。在含C较低的情况下,Cr含量在18%~28%,Ni含量在3%~10%。有些钢还含有Mo、Cu、Si、Nb、Ti,N等合金元素。该类钢兼有奥氏体和铁素体不锈钢的特点,与铁素体相比,塑性、韧性更高,无室温脆性,耐晶间腐蚀性能和焊接性能均显著提高,同时还保持有铁素体不锈钢的475℃脆性以及导热系数高,具有超塑性等特点。与奥氏体不锈钢相比,强度高且耐晶间腐蚀和耐氯化物应力腐蚀有明显提高。双相不锈钢具有优良的耐孔蚀性能,也是一种节镍不锈钢。
马氏体不锈钢通过热处理可以调整其力学性能的不锈钢,通俗地说,是一类可硬化的不锈钢。典型牌号为Cr13型,如2Cr13、3Cr13、4Cr13等。粹火后硬度较高,不同回火温度具有不同强韧性组合,主要用于蒸汽轮机叶片、餐具、外科手术器械。根据化学成分的差异,马氏体不锈钢可分为马氏体铬钢和马氏体铬镍钢两类。根据组织和强化机理的不同,还可分为马氏体不锈钢、马氏体和半奥氏体(或半马氏体)沉淀硬化不锈钢以及马氏体时效不锈钢等。
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【奥氏体不锈钢分类】1913年在德国问世,奥氏体不锈钢在不锈钢中一直扮演着最重要的角色,其生产量和使用量约占不锈钢总产量及用量的70%。钢号也最多,中国常用奥氏体不锈钢的牌号就有40多个。主要分为以下...
奥氏体不锈钢,是指在常温下具有奥氏体组织的不锈钢。奥氏体铬镍不锈钢包括著名的18Cr-8Ni钢和在此基础上增加Cr、Ni含量并加入Mo、Cu、Si、Nb、Ti等元素发展起来的高Cr-Ni系列钢。最常用...
奥氏体304不锈钢和奥氏体不锈钢区别:1、金属元素含量的不同。含镍不低于8个、含猛低于2的不锈钢板材才能够称之为奥氏体304不锈钢,含镍量的高低决定了耐腐蚀性能的高低。奥氏体不锈钢含镍低于8个,耐腐蚀...
在18-8型不锈钢的成分基础上演变,主要有以下几方面的重要发展:
1)加Mo改善点蚀和耐缝隙腐蚀;
2)降C或加Ti、Nb,减少晶间腐蚀倾向;
3)加Ni和Cr改善高温抗氧化性和强度;
4)加Ni改善抗应力腐蚀性能;
5)加S、Se改善切削性和构件表面精度。
铁素体相的形成:对奥氏体不锈钢性能的影响。F相的出现一般都对奥氏体不锈钢的性能带来不利的影响:如使热加工产生裂纹的倾向性增大;钢的耐点蚀性下降,在诸多腐蚀环境(如尿素生产)中耐蚀性劣化;在高温下加长时间加热时,F相会转变为σ相使钢变脆等等。
含量的粗略判定
Creq=%Cr 1.5×%Si %Mo,Nieq=%Ni 30×(%C %N) 0.5×%Mn
铁素体相的消除
根本的办法是提高钢中奥氏体形成元素的含量。Ni是首选的元素,但是从经济的角度出发,Mn和N也受到人们的重视。特别是N,其抑制铁素体形成的能力为Ni的30倍,同时又有改善耐蚀性和提高强度的作用。
20℃温度下高合金奥氏体不锈钢的机械性能如下:
合金 |
ASTM |
EN |
钢种牌号 |
氮含量 |
屈服强度 |
抗拉强度 |
延伸率 |
GB |
% |
Rp0.2MPa |
RmMPa |
As% |
|||
316L |
316L |
1.4404 |
0.06 |
220 |
520 |
45 |
|
904L |
NO8904 |
1.4539 |
00Cr20Ni25Mo4.5Cu |
0.06 |
220 |
520 |
35 |
317LMN |
317LMN |
1.4439 |
0.15 |
270 |
580 |
40 |
|
254SMO |
S31254 |
1.4547 |
00Cr20Ni18Mo6CuN |
0.20 |
300 |
650 |
40 |
654SMO |
S32654 |
1.4652 |
0.50 |
430 |
750 |
40 |
高温下高合金奥氏体不锈钢的强度(Rp0.2MPa)如下:
合金 |
ASTM |
EN |
GB |
氮含量% |
100℃ |
200℃ |
400℃ |
316L |
316L |
1.4404 |
0.06 |
166 |
137 |
108 |
|
904L |
N08904 |
1.4539 |
00Cr20Ni25Mo4.5Cu |
0.06 |
225 |
175 |
125 |
317LMN |
317LMN |
1.4439 |
0.15 |
225 |
185 |
150 |
|
254SMO |
S31254 |
1.4547 |
00Cr20Ni18Mo6CuN |
0.20 |
230 |
190 |
160 |
654SMO |
S32654 |
1.4652 |
0.50 |
350 |
315 |
295 |
奥氏体不锈钢生产工艺性能良好,特别是铬镍奥氏体不锈钢,采用生产特殊钢的常规手段可以顺利地生产出各种常用规格的板、管、带、丝、棒材以及锻件和铸件。由于合金元素(特别是铬)含量高而碳含量又低,多采用电弧炉加氩氧脱碳(AOD)或真空脱氧脱碳(VOD)法大批量生产这类不锈钢材,对于高级牌号的小批量产品可采用真空或非真空非感应炉冶炼,必要时加电渣重熔。
铬镍奥氏体不锈钢优良的热塑性使其易于施以锻造、轧制、热穿孔和挤压等热加工,钢锭加热温度为1150~1260℃,变形温度范围一般为900~1150℃,含铜、氮以及用钛、铌稳定化的钢种偏靠低温,而高铬、钼钢种偏靠高温。由于导热差,保温时间应较长。热加工后工件空冷即可。铬锰奥氏体不锈钢热裂纹敏感性较强,钢锭开坯时要小变形、多道次,锻件宜堆冷。可以进行冷轧、冷拔和旋压等冷加工工艺和冲压、弯曲、卷边与折叠等成形操作。铬镍奥氏体不锈钢加工硬化倾向较铬锰钢弱,一次退火后冷变形量可以达到70%~90%,但铬锰奥氏体不锈钢由于变形抗力大,加工硬化倾向强,应增加中间软化退火次数。一般中间软化退火处理为1050~1100℃水冷。
奥氏体不锈钢也可生产铸件。为了提高钢液的流动性,改善铸造性能,铸造钢种合金成分应有所调整:提高硅含量,放宽铬、镍含量的区间,并提高杂质元素硫的含量上限。
奥氏体不锈钢使用前应进行固溶处理,以便最大限度地将钢中的碳化物等各种析出相固溶到奥氏体基体中,同时也使组织均匀化及消除应力,从而保证优良的耐蚀性和力学性能。正确的固溶处理制度为1050~1150℃加热后水冷(细薄件也可空冷)。固溶处理温度视钢的合金化程度而定:无钼或低钼钢种应较低(≤1100℃),而更高合金化的牌号如00Cr20Ni18Mo-6CuN、00Cr25Ni22Mo2N等宜较高(1080~1150℃)。
生产中广泛采用先进技术,如炉外精炼率达到95%以上,连铸比超过80%,高速轧机和精、快锻机等普遍推广。特别是在冶炼和加工过程中实现电子计算机控制,保证了产品质量和性能的可靠和稳定。
(1)钢种极低碳化(碳≤0.02%)和高纯化(作为杂质元素硫、磷、硅、锰等含量极低)。
(2)特殊用途钢种开发。如热海水用高钼钢、高耐蚀高强度的高氮钢(氮含量达到0.4%~0.6%甚至0.8%~1.0%),不锈钢功能材料(记忆材料、储氢材料等)等。
(3)新工艺开发。不锈钢复合材料、非晶不锈钢等。
不锈钢管是加有质量分数从12%到高于50%合金元素的铁基合金。合金元素影响奥氏体、铁素体和马氏体相的稳定性,从而影响与稳定性有关的各相之间的平衡关系。加入不锈钢中的元素可以分为形成稳定铁素体元素以及形成稳定奥氏体元素。马氏体是一种相变产物,由奥氏体从高温冷却到低温时形成,如果在高温时没有形成奥氏体,那么在低温下也就不会获得马氏体相。
奥氏体不锈钢管含有高的镍含量及其他奥氏体形成元素,这些元素促使奥氏体相的形成,使其在室温甚至更低温度下仍然稳定。铁素体不锈钢无缝管则含有减弱奥氏体形成的元素例如高的铬含量,使铁素体成为主导的相组分。马氏体不锈钢管在高温时是奥氏体组织,然而这种奥氏体是不稳定的,在冷却时发生转变。借助于奥氏体形成元素和铁素体形成元素之间的平衡可以控制不锈钢管的微观组织。两种元素间平衡的调整对不锈钢管的力学性能,耐腐蚀性和焊接性有重要作用。
铝、钛、铜和钼加入不锈钢无缝管中可以促进析出反应而使钢强化。含有Cu、AI 和Mo的析出硬化(PH)马氏体不锈钢无缝管经热处理后可以得到超过1375MPa(200k8i)的室温屈服强度。奥氏体不锈钢无缝管经常含有钛和铝而形成镍钛和镍铝析出相,其作用和镍基超合金中的析出强化相相似。铝在固溶体中是铁素体形成元素,而铜则是弱奥氏体形成元素。成分接近纯铜的析出相可以用来强化马氏体钢如174PH钢。铁素体形成元素有:铬、钼、硅、铌、钛、铝、钒、钨。奥氏体形成元素有:镍、锰、碳、氮、铜、钴。
奥氏体304不锈钢钢板,据称这种材料可以带来极强的防锈、耐腐蚀性能,又有极佳的可塑性和韧性,方便冲压成型。密度为7.93g/立方厘米,304不锈钢是一种很常见的不锈钢,业内也叫做18/8不锈钢。它的金属制品耐高温,加工性能好,因此广泛使用于工业和家具装饰行业和食品医疗行业。
1 304 不锈钢是按照美国 ASTM 标准生产出来的不锈钢的一个牌号。 304 相当于我国的 0Cr19Ni9 (0Cr18Ni9) 不锈钢。 304 含铬 19%,含镍 9%。 316:对应中国的牌号 0Cr17Ni12Mo2 316L:对应中国的牌号 00Cr17Ni14Mo2 316L 钢是 316 钢种的低 C系列,除与 316 钢有相同的特性外,其抗腐 蚀性更好。 316 和 317 不锈钢是含钼不锈钢种。 317 不锈钢中的钼含量略高明于 316 不锈钢 .由于钢中钼,该钢种总的性能优于 310 和 304 不锈钢,高 温条件下,当硫酸的浓度低于 15%和高于 85%时, 316 不锈钢具有广 泛的用途。 316 不锈钢还具有良好的而氯化物侵蚀的性能,所以通常 用于海洋环境。 316L 不锈钢的最大碳含量 0.03, 可用于焊接后不能进行退火和需要最 大耐腐蚀性的用
奥氏体不锈钢锻件锻后冷却,为避免奥氏体不锈钢沿晶界析出Cr23C6而增加晶间腐蚀倾向,所以要求锻后快冷。尤其在奥氏体敏化温度范围(480~815℃),在此区间不得停留,必须快冷。奥氏体不锈钢锻后空冷、坑冷、砂冷均可。
奥氏体不锈钢锻件变形后续工序如下。
1、为使锻造和空冷过程中析出的碳化物重新溶入奥氏体,得到均匀单一的常温奥氏体组织,减轻晶间腐蚀敏感性,因此锻后应进行固溶处理,即在1020~1050℃加热保温,然后水冷。为防止晶粒长大,加热温度不宜过高,保温时间不宜过长。
2、含Ti、Nb的奥氏体钢,固溶后再进行稳定化处理。即将钢加热到850~880℃保温空 冷,此时Cr23C6溶解,TiC不完全溶解,且在冷却过程中充分析出,从而降低Cr23C6的含量,降低晶间腐蚀倾向。
3、对经冷加工和焊接后的锻件,为消除残余应力,要进行去应力退火。不含Ti、Nb的奥氏体不锈钢:加热温度不超过450℃,以防止Cr23C6析出;对超低碳和含Ti、Nb的奥氏体不锈钢:加热温度不低于850℃,然后缓冷,消除 应力,可减轻晶间腐蚀倾向,并提高抗应力腐蚀能力。
4、奥氏体不锈钢还往往经冷变形后使用,只要按(固溶处理-冷变形-敏化处理)工序进行,就可获得优异的抗应力腐蚀和抗晶间腐蚀性能。
5、为消除表面氧化皮和缺陷,采用先酸洗再喷砂或滚筒抛光在酸洗。
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提示:
奥氏体不锈钢,顾名思义其组织为奥氏体,奥氏体不锈钢的热处理十分重要,因为奥氏体不锈钢的重要任务是耐蚀,热处理不当,其耐蚀性能会大打折扣,本期主要向大家讲述奥氏体不锈钢的热处理。
奥氏体不锈钢,是常见的不锈钢(18-8钢),如厨房中很多餐具都是奥氏体不锈钢做的。奥氏体不锈钢,顾名思义其组织为奥氏体,它没有磁性,没有淬硬性。
奥氏体不锈钢在氧化性环境中抗腐蚀性非常强,所谓的氧化环境可以简单理解为含氧较多的环境,奥氏体不锈钢韧性好,容易加工成型,因而用途非常广泛。
奥氏体不锈钢管
奥氏体不锈钢主要用于耐蚀目的,热处理对其影响很大。奥氏体不锈钢的耐蚀性和耐酸性主要依赖表面钝化,如果表面钝化这种行为不能维系,则它就会发生腐蚀。因此,奥氏体不锈钢并不是完全不锈,它只是针对氧化环境和酸性环境。对于特殊的离子,并不具有强大的抗拒能力。奥氏体不锈钢的热处理主要影响表面层的钝化能力,因而影响其腐蚀性能。
304不锈钢极化曲线,出现阳极钝化区
均匀腐蚀是最常见的腐蚀现象,均匀腐蚀取决于铬元素的分布均匀性。热处理影响铬元素的分布规律,自然影响奥氏体不锈钢的耐均匀腐蚀特性。
晶间腐蚀也是评价奥氏体不锈钢的重要腐蚀性能之一。一般来说,如果奥氏体不锈钢发生敏化,在晶界析出大量的串珠状的碳化物,则其晶间腐蚀性能会大打折扣。奥氏体不锈钢如果发生敏化,即使在很普通的电化学环境也会发生严重的晶间腐蚀。
晶间腐蚀开裂
应力腐蚀开裂是奥氏体不锈钢最常见的破坏形式。大家需要注意,应力腐蚀开裂取决于两方面主要因素:其一,必须有应力,它可能是外加应力,也可能是残余应力;其二,应力腐蚀开裂敏感离子,比如卤族元素离子,尤其以氯离子最为常见。应用奥氏体不锈钢的地方,时常不是使用其承受应力的能力,因此应该特别关注残余应力,因为在含有氯离子的环境中,残余应力会造成其应力腐蚀开裂。去残余应力的方法是去应力退火。
奥氏体不锈钢应力腐蚀开裂
点蚀是最可怕的腐蚀。说其是最可怕的腐蚀,采用古人说的一句话形容这个问题再恰当不过了:“千里之堤,溃于蚁穴”。点蚀产生有两个主要原因:其一,是材料成分不均匀,比如发生敏化,奥氏体不锈钢就特别容易发生点蚀;其二,环境腐蚀介质浓度不均匀,这也是引起点蚀的原因。一旦发生点蚀,局部钝化膜层就被破坏掉,于是会在活性和钝化两种状态之间竞争,一旦无法发生钝化,点蚀就会不断进行下去,直到构件穿孔。
奥氏体不锈钢点蚀
奥氏体不锈钢在室温至高温状态没有固态相变点,其热处理的目的主要是为了使加工过程中产生的碳化物溶解到基体中去,从而使合金元素分布更加均匀。将奥氏体不锈钢加热到高温,使碳化物溶解到基体中去,然后快速冷却到室温,这个过程,奥氏体不锈钢不会硬化,因为没有相变,室温仍保持奥氏体状态,这个过程称为固溶处理。固溶处理中,快速冷却的目的只是为了让碳原子及合金元素分布更加均匀。
奥氏体不锈钢敏化示意图
奥氏体不锈钢在固溶处理时,如果冷却速度过慢,随着温度下降,碳原子在基体中的溶解度下降,碳化物便会析出。并且碳原子特别容易与铬结合,形成M23C6型碳化物,分布在晶界上,晶界发生贫铬现象,发生敏化。奥氏体不锈钢发生敏化以后,应在850ºC以上加热,碳化物会固溶,再快速冷却就能够解决敏化问题。
氏体不锈钢金相组织
一、钢锭锻造时,开始轻压,当变形量达到30%后才能重压。锻造时,应单向送进,避免在一处重复压制,以防止出现中心十字裂纹。
二、钢锭锻造比采用4~6,钢坯取2~4,视原材料晶粒度而定。奥氏体不锈钢晶粒度大小对钢的耐蚀性有很大影响。为获得细晶粒并充分焊合中心区的微裂纹和孔隙,应保证最后一火有足够大的锻造比,变形量应大于再结晶临界变形程度,变形量一般应大于12%~20%。
三、变形过程中要求变形均匀,以得到较均匀的晶粒组织,圆饼锻件可考虑下列措施:1.采用光滑的平台和砧面,必要时润滑;2.平台和砧面预热到150~450℃;3.饼坯两端加低碳钢垫板;4.采用叠锻;5.变形时采用间歇压缩;6.包套镦粗。
四、奥氏体不锈钢冷缩率大。锻件最终成形时,应考虑较大的收缩率(1.5~1.7%),避免锻件在冷却后因尺寸不足造成废品。
五、锻件温度应在850℃以上切边(冷锻件应预热到900~950℃再切边)。
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