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各种不锈钢的性能特点及服役特性

金属材料科学与技术 2020-07-31 16:24:11

导读:

   不锈钢是一类很重要的金属结构材料,它的特点主要是耐蚀,但每一种不锈钢耐蚀特性也不相同,这种耐蚀特性取决于其最初的设计初衷,在应用时,我们应根据每一种不锈钢的耐蚀特点进行选材,同时还得考虑其强度、韧性和耐磨性等。本其主要介绍各种常见不锈钢的性能特点。


与普通碳钢和低合金钢相比,不锈钢的最大特点就是耐蚀。较多的文献认为,不锈钢中含铬达到13%以上才能够达到“不锈”的效果,所以不锈钢的共同特点就是含有较高的铬和镍等元素。

 

不锈钢最早起源于20世纪初,始于英国和德国。20世纪20年代开始少量生产不锈钢,随后不锈钢的产量逐年增长。

 

今天,不锈钢产品随处可见,极大地影响着我们的生活。不锈钢餐具,美观而耐用。不锈钢紧固件在腐蚀性环境发挥了巨大的作用。在石油化工行业,尤其是原油冶炼时,很多副产品腐蚀性特别强,不锈钢在石化行业应用十分广泛。海洋环境,由于海水中含有大量的腐蚀性离子,还有很多微生物,海洋环境使用的结构钢也必须是“不锈”的,否则很快就会因腐蚀而失效,不仅会丧失功能,还有可能带来危险。



不锈钢餐具

 

常见的不锈钢有五种:马氏体不锈钢、铁素体不锈钢、奥氏体不锈钢、沉淀硬化不锈钢和双相不锈钢。

 

那么就有一个非常重要的问题,都是不锈钢,这么多的类型,如何选择不锈钢呢?我们很多有经验的工程师是凭借着经验在选用,如在这种情况下应该选择哪种,在另一种情况下应该选择哪种,时常我们是在钢厂和有经验的工程师的帮助下才远出了自己需要的规格和种类。事实上,每一种不锈钢的诞生都有其必然的原因,那就是它的用途。直白点说,每一种不锈钢都是为了一种特殊的用途而生的。为了选好不锈钢,就需要我们了解不锈钢的特点以及每一类不锈钢的用途。

 

马氏体不锈钢,组织主为要马氏体,通过淬火获得,铬含量在12-13%以上,马氏体不锈钢比铁素体不锈钢含量碳略高,碳含量范围0.1-1.0%。碳含量增加以后,其机械性能会显著提高。马氏体不锈钢的焊接性略差,焊后需要热处理消除内应力。马氏体不锈钢碳含量越高,焊接性越差。马氏体不锈钢在400-550度存在第一类回火脆性。故不在这一温度范围内使用或热处理。马氏体不锈钢的常见用途是做紧固件和刀具,因为它强度高,耐磨。马氏体不锈钢不耐盐酸、氢氟酸、硫酸和热碱腐蚀。常见马氏体不锈钢有410414416420431440等。



马氏体不锈钢螺栓


铁素体不锈钢,组织为铁素体,其含铬量一般以12-30%。铁素体不锈钢一般不含镍,因为镍是稳定奥氏体的元素,在奥氏体不锈钢中比较常见,但铁素体不锈钢几乎不含镍。铁素体不锈钢具有良好的抗应力腐蚀开裂性能,主要原因是其组织为铁素体,铁素体为体心立方结构,比较耐应力腐蚀开裂。铁素体不锈钢也有一些问题,如冲击韧性差、有各种脆性、对晶间腐蚀和点蚀敏感。铁素体不锈钢的主要特点是价格低廉。常见的有普通铁素体不锈钢、高纯铁素体不锈钢和超高纯铁素体不锈钢。牌号有400405406等。铁素体不锈钢敏化后易发生晶间腐蚀,但是这种材料经700-800度回火处理可以消除晶间腐蚀敏感性。铁素体不锈钢比奥氏体不锈钢有优异的抗应力腐蚀开裂性能。



铁素体不锈钢汽车排气管



奥氏体不锈钢,其组织为奥氏体,常见的有18-8不锈钢,其含有13%以上的铬同时还含有一定量的镍,镍的作用主要是稳定奥氏体。奥氏体不锈钢最早于1913年在德国问世。现在产量已经占不锈多产量的65-70%,是种类最多的不锈钢。奥氏体不锈钢也具有较好的力学性能。由于奥氏体组织不能靠热处理强化,但可以靠应变强化(冷作硬化),奥氏体不锈钢的硬化性能特别突出。奥氏体不锈钢一般作结构材料使用,所以它的强度、韧性和疲劳强度是很重要的性能指标。奥氏体不锈钢有比较大的热裂纹敏感性。原因是奥氏体不锈钢的导热系数差。奥氏体不锈钢耐稀硫酸腐蚀。奥氏体不锈钢在427-816度范围内容易发生敏化,析出碳化物,导致晶界出现“贫铬区”,这增加了其晶间腐蚀倾向。在Cl离子存在环境中,奥氏体不锈钢容易发生点蚀。在奥氏体不锈钢中添加Mo可以提高其耐点蚀能力。在奥氏体不锈钢零件受拉应力时,Cl离子浓度和温度是影响奥氏体不锈钢应力腐蚀开裂的主要因素。镍含量越高,其耐应力腐蚀开裂的能力越强。因此,在易发生应力腐蚀开裂的环境中,应选用镍含量高的不锈钢。奥氏体不锈钢抵御Cl盐的能力较差,在含Cl盐的环境中,奥氏体不锈钢容易发生点蚀和应力腐蚀开裂。因此,在含Cl盐的环境中应使用高Mo含量的奥氏体不锈钢。奥氏体不锈钢在石油化工行业、医疗器械行业和食品行业等行业中广泛使用。常见的奥氏体不锈钢有304、316等。


奥氏体不锈钢冷凝器

 

双相不锈钢,其组织为奥氏体+铁素体。奥氏体不锈钢是在法国Unieux实验室偶然发现的。实验人员发现18-8不锈钢具有磁性,这批钢的组织已不是纯的奥氏体了,是由奥氏体和铁素体构成。双相锈钢的发展主要是为了解决耐晶间腐蚀性能,还可以防止焊接热裂纹的产生。新型双相不锈钢具有较高的屈服强度和良好的韧性。它具有优良的抗应力腐蚀、晶间腐蚀、点蚀和缝隙腐蚀性能。与奥氏体不锈钢相比,导热系数大,线膨胀系数小。可焊性好,热裂倾向小,但它仍具有各种脆性,在使用过程中需要注意。常见的双相不锈钢,如2205双相不锈钢。


不锈钢并非真的不锈,最常见的腐蚀现象为晶间腐蚀、点蚀和应力腐蚀开裂。在不同的服役环境中,应根据每一种不锈钢的耐蚀特性进行选择,再考虑其力学性能和耐磨性等调节钢级。



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