目前各國不銹鋼牌(pai)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),不銹(xiu)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(xing)不銹鋼、奧氏體-鐵素體型不銹鋼(雙相不銹(xiu)鋼(gang))、鐵素(su)體型不(bu)銹鋼(gang)、馬氏體型不(bu)銹鋼(gang)和沉淀硬化型不銹鋼。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)(bu)銹(xiu)鋼(gang)(gang)的分類(lei)方法通常以金相組織進行分類(lei)。按金相組織分類(lei)為:奧(ao)氏體(ti)(A)型(xing)(xing)不(bu)(bu)銹(xiu)鋼(gang)(gang)、鐵(tie)素體(ti)(F)型(xing)(xing)不(bu)(bu)銹(xiu)鋼(gang)(gang)、馬氏體(ti)(M)型(xing)(xing)不(bu)(bu)銹(xiu)鋼(gang)(gang)、奧(ao)氏體(ti)-鐵(tie)素體(ti)(A-F)型(xing)(xing)雙(shuang)相不(bu)(bu)銹(xiu)鋼(gang)(gang)和(he)沉(chen)淀硬化(PH)型(xing)(xing)不(bu)(bu)銹(xiu)鋼(gang)(gang)。這(zhe)幾類(lei)不(bu)(bu)銹(xiu)鋼(gang)(gang)之間的成分如(ru)圖1-1所示(shi)。
一(yi)、奧氏體型不(bu)銹鋼
奧(ao)氏(shi)體型不銹鋼在室溫(wen)下(xia)內部顯微組(zu)(zu)織(zhi)為純奧(ao)氏(shi)體組(zu)(zu)織(zhi)或奧(ao)氏(shi)體十少量(liang)(liang)鐵素體組(zu)(zu)織(zhi)。形成(cheng)少量(liang)(liang)鐵素體的(de)目的(de)主要是防止(zhi)熱裂紋的(de)產生(sheng),也有利(li)于防止(zhi)焊縫的(de)晶間腐(fu)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(tie)素體型不銹鋼
室溫下它的(de)(de)內部顯微組織為鐵素體(ti)。合金元素以鉻(ge)為主(zhu)(鉻(ge)的(de)(de)質量分數(shu)為11.5%~32.0%),不(bu)(bu)含鎳,某些鋼中添加有Mo、Ti、Al、Si等成(cheng)分。一般(ban)以退(tui)火狀態供貨。隨著鉻(ge)含量的(de)(de)提高(gao),其耐酸性能也(ye)提高(gao),加入鉬(mu)(Mo)后,則可提高(gao)耐酸腐蝕性和抗(kang)應(ying)力腐蝕的(de)(de)能力。這類(lei)不(bu)(bu)銹鋼列入國(guo)家標(biao)準(zhun)的(de)(de)牌號(hao)有022Cr12(00Cr12)、10Cr17(1Cr17)、008Cr30Mo2(00Cr30Mo2)等。該類(lei)鋼用(yong)于制造硝(xiao)酸化工設(she)備的(de)(de)吸(xi)收塔、熱交(jiao)換(huan)器、儲槽和運輸硝(xiao)酸用(yong)的(de)(de)槽罐(guan)以及制造不(bu)(bu)承受(shou)沖擊載荷(he)的(de)(de)其他零部件和設(she)備。
按照碳和氮(dan)(C+N)的總(zong)含量,高(gao)鉻鐵素(su)體不銹(xiu)鋼分為普通純(chun)度和超(chao)高(gao)純(chun)度兩(liang)個系列。
普通純(chun)度高鉻(ge)鐵(tie)素(su)體不銹(xiu)鋼,其碳的(de)質量分(fen)數為(wei)0.1%左右(you)并含少量氮,如(ru)10Cr17(1Cr17)、10Cr17Mo(1Cr17Mo)等。它與(yu)常用(yong)的(de)奧氏體型不銹(xiu)鋼相(xiang)比(bi),缺點是(shi)材(cai)質較脆,焊接(jie)工藝性(xing)(xing)較差(cha)。這(zhe)是(shi)因為(wei):鐵(tie)素(su)體晶粒長大(da)(da)后,只有(you)通過壓力加工才能細(xi)化;在(zai)高溫(wen)下(xia)(例(li)如(ru)600~820℃)停留時(shi)間(jian)長時(shi),wcr≥17%的(de)鋼會(hui)生成脆性(xing)(xing)的(de)。相(xiang)(CrmFen);在(zai)400~526℃溫(wen)度區間(jian)停留較長時(shi)間(jian)會(hui)出現室溫(wen)下(xia)的(de)脆性(xing)(xing),即(ji)475℃脆性(xing)(xing)。因這(zhe)類(lei)鋼脆性(xing)(xing)較大(da)(da),所以限制了它的(de)應用(yong)。
超低(di)碳和超低(di)氮含量(C+N總的質量分數≤0.025%~0.035%)的超高(gao)純度高(gao)鉻鐵素體不(bu)銹鋼,如(ru) 019Cr19Mo2NbTi (00Cr18Mo2)和008Cr27Mo(00Cr27Mo)等,它(ta)們(men)無論在(zai)韌性(xing)(xing)、耐蝕性(xing)(xing)還(huan)是焊接性(xing)(xing)等方面均優于普通純度鐵素體不(bu)銹鋼。
三、馬氏體(ti)型不銹鋼
室(shi)溫下它的(de)顯微組織為馬(ma)氏體。這類(lei)鋼中鉻的(de)質(zhi)量(liang)分數為11.5%~18.0%,碳的(de)質(zhi)量(liang)分數最高(gao)(gao)可(ke)達(da)0.6%。碳含量(liang)增(zeng)高(gao)(gao),提高(gao)(gao)了鋼的(de)強度和硬度。在這類(lei)鋼中加入少量(liang)鎳可(ke)促使(shi)生(sheng)成馬(ma)氏體,同時又能提高(gao)(gao)其耐蝕(shi)性。
這(zhe)類鋼具有(you)一定的(de)(de)(de)(de)耐腐蝕性(xing)(xing)和較好(hao)的(de)(de)(de)(de)熱(re)穩定性(xing)(xing)以及熱(re)強性(xing)(xing),可以作為溫度在700℃以下長期工作的(de)(de)(de)(de)耐熱(re)鋼使用(yong)。它(ta)被廣泛用(yong)于制造韌性(xing)(xing)要(yao)求較高的(de)(de)(de)(de)零件,如汽輪機的(de)(de)(de)(de)葉片、內燃機排氣閥和醫療器(qi)械。這(zhe)類鋼的(de)(de)(de)(de)焊接性(xing)(xing)較差。常用(yong)的(de)(de)(de)(de)馬氏體型(xing)不銹(xiu)鋼有(you)12Cr13(1Cr13)、20Cr13(2Cr13)、30Cr13 (3Cr13)、14Cr17Ni2 (1Cr17Ni2)等。
四(si)、奧氏體-鐵素體型不銹鋼
室(shi)溫(wen)下(xia)其顯(xian)微組(zu)織為奧氏體(ti)(ti)加(jia)鐵(tie)素(su)體(ti)(ti)。通(tong)常鐵(tie)素(su)體(ti)(ti)的(de)(de)體(ti)(ti)積分(fen)數約占50%。這類鋼是在18-8型(xing)奧氏體(ti)(ti)不(bu)銹(xiu)鋼的(de)(de)基礎(chu)上,添加(jia)更多的(de)(de)Cr、Mo、Si等擴(kuo)大鐵(tie)素(su)體(ti)(ti)元素(su)或降低含碳量而(er)得到的(de)(de)鋼種。與含相同碳量的(de)(de)奧氏體(ti)(ti)不(bu)銹(xiu)鋼相比(bi),具有較(jiao)小的(de)(de)晶間(jian)腐蝕(shi)傾向和較(jiao)高(gao)的(de)(de)力學性能,且韌性比(bi)鐵(tie)素(su)體(ti)(ti)型(xing)不(bu)銹(xiu)鋼好。
該類鋼具有(you)抗(kang)點腐蝕、抗(kang)應力腐蝕性能。雙相不銹鋼通常(chang)(chang)以固溶狀態供(gong)貨。常(chang)(chang)用的牌號有(you)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(gang)
這種鋼需(xu)經(jing)過(guo)(guo)系列的(de)(de)熱處(chu)(chu)理(li)(li)使鋼中的(de)(de)碳化(hua)(hua)物沉(chen)(chen)淀(dian)(dian)(dian)析出,從而提高材(cai)料(liao)的(de)(de)強度(du)。這類鋼包括馬氏(shi)(shi)(shi)(shi)(shi)(shi)體(ti)(ti)(ti)沉(chen)(chen)淀(dian)(dian)(dian)硬(ying)化(hua)(hua)型(xing)(xing)、半(ban)奧(ao)氏(shi)(shi)(shi)(shi)(shi)(shi)體(ti)(ti)(ti)沉(chen)(chen)淀(dian)(dian)(dian)硬(ying)化(hua)(hua)型(xing)(xing)和(he)奧(ao)氏(shi)(shi)(shi)(shi)(shi)(shi)體(ti)(ti)(ti)沉(chen)(chen)淀(dian)(dian)(dian)硬(ying)化(hua)(hua)型(xing)(xing)三類。其中馬氏(shi)(shi)(shi)(shi)(shi)(shi)體(ti)(ti)(ti)沉(chen)(chen)淀(dian)(dian)(dian)硬(ying)化(hua)(hua)型(xing)(xing)在(zai)(zai)固(gu)溶(rong)處(chu)(chu)理(li)(li)后(hou),空(kong)冷至(zhi)室(shi)溫即(ji)(ji)可得到(dao)馬氏(shi)(shi)(shi)(shi)(shi)(shi)體(ti)(ti)(ti)十(shi)少量鐵素(su)體(ti)(ti)(ti)或(huo)馬氏(shi)(shi)(shi)(shi)(shi)(shi)體(ti)(ti)(ti)十(shi)少量殘余奧(ao)氏(shi)(shi)(shi)(shi)(shi)(shi)體(ti)(ti)(ti)的(de)(de)組織(zhi)(zhi),然(ran)后(hou)經(jing)時(shi)(shi)效(xiao)強化(hua)(hua)。而半(ban)奧(ao)氏(shi)(shi)(shi)(shi)(shi)(shi)體(ti)(ti)(ti)沉(chen)(chen)淀(dian)(dian)(dian)硬(ying)化(hua)(hua)型(xing)(xing)經(jing)固(gu)溶(rong)處(chu)(chu)理(li)(li)并(bing)冷卻至(zhi)室(shi)溫后(hou),得到(dao)的(de)(de)是不(bu)穩(wen)定的(de)(de)奧(ao)氏(shi)(shi)(shi)(shi)(shi)(shi)體(ti)(ti)(ti)組織(zhi)(zhi)。為了得到(dao)馬氏(shi)(shi)(shi)(shi)(shi)(shi)體(ti)(ti)(ti)組織(zhi)(zhi),還需(xu)經(jing)過(guo)(guo)M,點(dian)升(sheng)高到(dao)室(shi)溫以(yi)上的(de)(de)熱處(chu)(chu)理(li)(li),然(ran)后(hou)再使之時(shi)(shi)效(xiao)強化(hua)(hua)。奧(ao)氏(shi)(shi)(shi)(shi)(shi)(shi)體(ti)(ti)(ti)沉(chen)(chen)淀(dian)(dian)(dian)硬(ying)化(hua)(hua)型(xing)(xing)不(bu)銹鋼則在(zai)(zai)室(shi)溫下呈(cheng)穩(wen)定的(de)(de)奧(ao)氏(shi)(shi)(shi)(shi)(shi)(shi)體(ti)(ti)(ti)組織(zhi)(zhi),只需(xu)經(jing)時(shi)(shi)效(xiao)強化(hua)(hua)即(ji)(ji)可達到(dao)目的(de)(de)。05Cr17Ni4Cu4Nb(0Cr17Ni4Cu4Nb)、07Cr17Ni7AI(0Cr17Ni7AI)、07Cr15Ni7Mo2Al(0Cr15Ni7Mo2Al)屬(shu)于(yu)沉(chen)(chen)淀(dian)(dian)(dian)硬(ying)化(hua)(hua)半(ban)奧(ao)氏(shi)(shi)(shi)(shi)(shi)(shi)體(ti)(ti)(ti)型(xing)(xing)不(bu)銹鋼。該鋼的(de)(de)組織(zhi)(zhi)特點(dian)是在(zai)(zai)固(gu)溶(rong)或(huo)退(tui)火狀(zhuang)態時(shi)(shi)具有奧(ao)氏(shi)(shi)(shi)(shi)(shi)(shi)體(ti)(ti)(ti)和(he)體(ti)(ti)(ti)積分數為5%~20%的(de)(de)鐵素(su)體(ti)(ti)(ti)組織(zhi)(zhi)。這種鋼有很好(hao)的(de)(de)成形性能和(he)良好(hao)的(de)(de)焊(han)接性。