不銹鋼的品種特性及用途[共26頁(yè)]

不銹鋼的品種特性及用途特 性不銹鋼的發(fā)展是因?yàn)橛衅渥陨淼奶匦?，而特性滿(mǎn)足了需要。不銹鋼的最重要的特性是耐蝕性能，但是又絕不是僅僅具有耐蝕性能，而且還具有特有的力學(xué)性能（屈服強(qiáng)度、抗拉強(qiáng)度、蠕變強(qiáng)度、高溫強(qiáng)度、低溫強(qiáng)度等）、物理性能（密度、比熱容、線膨脹系數(shù)、導(dǎo)熱系數(shù)、電阻率、磁導(dǎo)率、彈性系數(shù)等）、工藝性能（成形性能、焊接性能、切削性能等）以及金相（相組成、組織結(jié)構(gòu)等）等。這些性能構(gòu)成了不銹鋼的特性，下面僅就其中一些最基本的特性進(jìn)行簡(jiǎn)要的介紹。一、力學(xué)性能（一）強(qiáng)度（抗拉強(qiáng)度、屈服強(qiáng)度）不銹鋼的強(qiáng)度是由各種因素不確定，但最重要的和最基本的因素是其中添加的不同化學(xué)因素，主要是金屬元素。不同類(lèi)型的不銹鋼由于其化學(xué)成分的差異，就有不同的強(qiáng)度特性。（1）馬氏體型不銹鋼馬氏體型不銹鋼與普通合金鋼一樣具有通過(guò)淬火實(shí)現(xiàn)硬化的特性，因此可通過(guò)選擇牌號(hào)及熱處理?xiàng)l件來(lái)得到較大范圍的不同的力學(xué)性能。馬氏體型不銹鋼從大的方面來(lái)區(qū)分，屬于鐵-鉻-碳系不銹鋼。進(jìn)而可分為馬氏體鉻系不銹鋼和馬氏體鉻鎳系不銹鋼。在馬氏體鉻系不銹鋼中添加鉻、碳和鉬等元素時(shí)強(qiáng)度的變化趨勢(shì)和在馬氏體鉻系不銹鋼中添加鎳的強(qiáng)度特性如下所述。馬氏體鉻系不銹鋼在淬火-回火條件下，增加鉻的含量可使鐵素體含量增加，因而會(huì)降低硬度和抗拉強(qiáng)度。低碳馬氏體鉻不銹鋼在退火條件下，當(dāng)鉻含量增加時(shí)硬度有所提高，而延伸率略有下降。在鉻含量一定的條件下，碳含量的增加使鋼在淬火后的硬度也隨之增加，而塑性降低。添加鉬的主要目的是提高鋼的強(qiáng)度、硬度及二次硬化效果。在進(jìn)行低溫淬火后，鉬的添加效果十分明顯。含量通常少于1%。在馬氏體鉻鎳系不銹鋼中，含一定量的鎳可降低鋼中的鐵素體含量，使鋼得到最大硬度值。馬氏體型不銹鋼的化學(xué)成分特征是，在0.1%-1.0%C，12%-27%Cr的不同成分組合基礎(chǔ)上添加鉬、鎢、釩、和鈮等元素。由于組織結(jié)構(gòu)為體心立方結(jié)構(gòu)，因而在高溫下強(qiáng)度急劇下降。而在600以下，高溫強(qiáng)度在各類(lèi)不銹鋼中最高，蠕變強(qiáng)度也最高。(2)鐵素體型不銹鋼據(jù)研究結(jié)果，當(dāng)鉻含量小于25%時(shí)鐵素體組織會(huì)抑制馬氏體組織的形成，因而隨鉻含量的增加其強(qiáng)度下降；高于25%時(shí)由于合金的固溶強(qiáng)化作用，強(qiáng)度略有提高。鉬含量的增加可使其更易獲得鐵素體組織，可促進(jìn) 相、相和x相的析出，并經(jīng)固溶強(qiáng)化后其強(qiáng)度提高。但同時(shí)也提高了缺口敏感性，從而使韌性降低。鉬提高鐵素體型不銹鋼強(qiáng)度的作用大于鉻的作用。鐵素體型不銹鋼的化學(xué)成分的特征是含11%-30%Cr，其中添加鈮和鈦。其高溫強(qiáng)度在各類(lèi)不銹鋼中是最低的，但對(duì)熱疲勞的抗力最強(qiáng)。（3）奧氏體型不銹鋼奧氏體型不銹鋼中增加碳的含量后，由于其固溶強(qiáng)化作用使強(qiáng)度得到提高。奧氏體型不銹鋼的化學(xué)成分特性是以鉻、鎳為基礎(chǔ)添加鉬、鎢、鈮和鈦等元素。由于其組織為面心立方結(jié)構(gòu)，因而在高溫下有高的強(qiáng)度和蠕變強(qiáng)度。還由于線膨脹系數(shù)大，因此比鐵素體型不銹鋼熱疲勞強(qiáng)度差。（4）雙相不銹鋼對(duì)鉻含量約為25%的雙相不銹鋼的力學(xué)性能研究表明，在+r雙相區(qū)內(nèi)鎳含量增加時(shí)r相也增加。當(dāng)鋼中的鉻含量為5%時(shí)，鋼的屈服強(qiáng)度達(dá)到最高值；當(dāng)鎳含量為10%時(shí)，鋼的強(qiáng)度達(dá)到最大值。（二）蠕變強(qiáng)度由于外力的作用隨時(shí)間的增加而發(fā)生變形的現(xiàn)象稱(chēng)之為蠕變。在一定溫度下特別是在高溫下、載荷越大則發(fā)生蠕變的速度越快；在一定載荷下，溫度越高和時(shí)間越長(zhǎng)則發(fā)生蠕變的可能性越大。與此相反，溫度越低蠕變速度越慢，在低至一定溫度時(shí)蠕變就不成問(wèn)題了。這個(gè)最低溫度依鋼種而異，一般來(lái)說(shuō)純鐵在330左右，而不銹鋼則因己采取各種措施進(jìn)行了強(qiáng)化，所以該溫度是550以上。和其他鋼一樣，熔煉方式、脫氧方法、凝固方法、熱處理和加工等對(duì)不銹鋼的蠕變特性有很大的影響。據(jù)介紹，在美國(guó)進(jìn)行的對(duì)18-8不銹鋼進(jìn)行蠕變強(qiáng)度試驗(yàn)表明，取自同一鋼錠同一部位的試料的蠕變斷裂時(shí)間的標(biāo)準(zhǔn)今偏差是平均值的約11%，而取自不同鋼錠的上、中、下不同部位的試料的標(biāo)準(zhǔn)偏差與平均值相差則達(dá)到兩倍之多。又據(jù)在德國(guó)進(jìn)行的試驗(yàn)結(jié)果表明，在10的5次冪h時(shí)間下0Cr18Ni11Nb鋼的強(qiáng)度為小于49MPa至118MPa，散差很大。（三）疲勞強(qiáng)度高溫疲勞是指材料在高溫下由于周期反復(fù)變化著的應(yīng)力的作用而發(fā)生損傷至斷裂的過(guò)程。對(duì)其進(jìn)行的研究結(jié)果表明，在某一高溫下，10的8次冪次高溫疲勞強(qiáng)度是該溫度下高溫抗拉強(qiáng)度的1/2。熱疲勞是指在進(jìn)行加熱（膨脹）和冷卻（收縮）的過(guò)程中，當(dāng)溫度發(fā)生變化和受到來(lái)自外部的約束力時(shí)，在材料的內(nèi)部相應(yīng)于其本身的膨脹和收縮變形產(chǎn)生應(yīng)力，并使材料發(fā)生損傷。當(dāng)快速地反復(fù)加熱和冷卻時(shí)其應(yīng)力就具沖擊性，所產(chǎn)生的應(yīng)力與通常情況相比更大，此時(shí)有的材料呈脆性破壞。這種現(xiàn)象被稱(chēng)之為縶沖擊。熱疲勞和熱沖擊是有著相似之處的現(xiàn)象，但前者主要伴隨大的塑性應(yīng)變，而后者的破壞主要是脆性破壞。不銹鋼的成分和熱處理?xiàng)l件對(duì)高溫疲勞強(qiáng)度有影響。特別是當(dāng)碳的含量增加時(shí)高溫疲勞強(qiáng)度明顯提高，固溶熱處理溫度也有顯著的影響。一般來(lái)說(shuō)鐵素體型不銹鋼具有良好的熱疲勞性能。在奧氏體不銹鋼中，高硅的且在高溫下具有良好的延伸性的牌號(hào)有著良好的熱疲勞性能。熱膨脹系數(shù)越小、在同一熱周期作用下應(yīng)變量越小、變形抗力越小和斷裂強(qiáng)度越高，壽命就越長(zhǎng)?？梢哉f(shuō)馬氏體型不銹鋼1Cr17的疲勞壽命最長(zhǎng)，而0Cr19Ni9、0Cr23Ni13和2Cr25Ni20等奧氏體型不銹鋼的疲勞壽命最短。另外鑄件較鍛件更易發(fā)生由于熱疲勞引起的破壞。在室溫下，10的7次冪次疲勞強(qiáng)度是抗拉強(qiáng)度的1/2。與高溫下的疲勞強(qiáng)度相比可知，從室溫到高溫的溫度范圍內(nèi)疲勞強(qiáng)度沒(méi)有太大的差異。（四）沖擊韌性材料在沖擊載荷作用下，載荷變形曲線所包括的面積稱(chēng)為沖擊韌性。對(duì)于鑄造馬氏體時(shí)效不銹鋼，當(dāng)鎳含量為5%時(shí)其沖擊韌性較低。隨著鎳含量的增加，鋼的強(qiáng)度和韌性可得到改善，但鎳含量大于8%時(shí)，強(qiáng)度和韌性值又一次下降。在馬氏體鉻鎳系不銹鋼中添加鉬后，可提高鋼的強(qiáng)度且可保持韌性不變。在鐵素體型不銹鋼中增加鉬的含量雖可提高強(qiáng)度，但缺口敏感性也被提高而使韌性下降。在奧氏體型不銹鋼中具有穩(wěn)定奧氏體組織和鉻鎳系奧氏體不銹鋼的韌性（室溫下韌性和低溫下韌性）非常優(yōu)良，因而適用于在室溫下和低溫下的各種環(huán)境中使用。對(duì)于有穩(wěn)定奧氏體組織和鉻錳系奧氏體不銹鋼。添加鎳可進(jìn)一步改善其韌性。雙相不銹鋼的沖擊韌性隨鎳含量的增加而提高。一般來(lái)說(shuō)，在a+r兩相區(qū)內(nèi)其沖擊韌性穩(wěn)定在160-200J的范圍內(nèi)。二、工藝性能（一）成形性能不銹鋼的成形性能因鋼種的不同，即結(jié)晶結(jié)構(gòu)的不同而有很大的差異。如鐵素體型不銹鋼和奧氏體型不銹鋼和成形性能由于前者的晶體結(jié)構(gòu)是體心立方，而后者的晶體結(jié)構(gòu)是面心立方而有顯著的差異。鐵素體不銹鋼的凸緣成形性能與n值（加工硬化指數(shù)）有關(guān)，深沖加工性能與r值（塑性應(yīng)變化）有關(guān)。其中r值由不同的生產(chǎn)工藝下的不同的組織集合來(lái)決定。采取一些措施來(lái)顯著減少固溶碳和固溶氮，可大大改善r值并使深沖性能得到大幅度的提高。奧氏體型不銹鋼一般來(lái)說(shuō)n值較大，在進(jìn)行加工的過(guò)程中由于塑性誘發(fā)相變而生成馬氏體，因而有較大的n值和延伸率，可進(jìn)行深沖加工和凸緣成形。有一部分奧氏體型不銹鋼在深沖加工后，經(jīng)一段時(shí)間會(huì)產(chǎn)生與沖壓方向一致的縱向裂紋，即所謂的“時(shí)效裂紋”。為此采用高鎳，低氮和低碳的奧氏體型不銹鋼可避免該缺陷的發(fā)生。奧氏體型不銹鋼不所含的鎳可明顯降低鋼的冷加工硬化傾向，其原因是可使奧氏體的穩(wěn)定性增加，減少或消除了冷加工過(guò)程中的馬氏體轉(zhuǎn)變，降低廠冷加工硬化速率，強(qiáng)度降低和塑性提高。在雙相不銹鋼中增加鎳的含量可降低馬氏體轉(zhuǎn)變溫度，從而改善了冷加工變形性能。在評(píng)價(jià)不銹鋼鋼板的成形加工性時(shí)，一般以綜合成形性能來(lái)標(biāo)志。該綜合成形性能是由標(biāo)志斷裂極限的抗斷裂性（深沖性能、凸緣成形性能、邊部延伸性能、彎曲性能），標(biāo)志成形模具和材料的配合性的抗起起皺性，標(biāo)志卸載后固定形狀的形狀固定性等組成。對(duì)不銹鋼鋼板的工藝性能進(jìn)行評(píng)價(jià)主要有以下試驗(yàn)方法：（1）拉伸試驗(yàn)；（2）彎曲試驗(yàn)；（3）沖壓成形試驗(yàn)；（4）擴(kuò)口試驗(yàn)；（5）沖擊試驗(yàn)。對(duì)不銹鋼鋼管的工藝性能進(jìn)行評(píng)價(jià)主要有以下幾項(xiàng)：（1）拉伸試驗(yàn)；（2）擴(kuò)管試驗(yàn)；（3）壓扁試驗(yàn)；（4）壓潰試驗(yàn)；（5）彎曲試驗(yàn)。（二）焊接性能在不銹鋼的應(yīng)用中對(duì)不銹鋼結(jié)構(gòu)進(jìn)行焊接和切割是不可避免的。由于不銹鋼本身所具有的特性，與普碳鋼相比不銹鋼的焊接及切割有著其特殊性，更易在其焊接接頭及其熱影響區(qū)（HAZ）產(chǎn)生各種缺陷。焊接時(shí)要特別注意不銹鋼的物理性質(zhì)。例如奧氏體型不銹鋼的熱膨脹系數(shù)是低碳鋼和高鉻系不銹鋼的1.5倍；導(dǎo)熱系數(shù)約是低碳鋼的1/3，而高鉻系不銹鋼的導(dǎo)熱系數(shù)約是低碳鋼的1/2；比電阻是低碳鋼的4倍以上，而高鉻系不銹鋼是低碳鋼的3倍。這些條件加上金屬的密度、表面張力、磁性等條件都對(duì)焊接條件產(chǎn)生影響。馬氏體型不銹鋼一般以13%Cr鋼為代表。它進(jìn)行焊接時(shí)，由于熱影響區(qū)中被加熱到相變點(diǎn)以上的區(qū)域內(nèi)發(fā)生a-r（M）相變，因此存在低溫脆性、低溫韌性惡化、伴隨硬化產(chǎn)生的延展性下降等問(wèn)題。因而對(duì)于一般馬氏體型不銹鋼焊接時(shí)需進(jìn)行預(yù)熱，但碳、氮含量低的和使用r系焊接材料時(shí)可不需預(yù)熱。焊接熱影響區(qū)的組織通常又硬又脆。對(duì)于這個(gè)問(wèn)題，可通過(guò)進(jìn)行焊后熱處理使其韌性和延展性得到恢復(fù)。另外碳、氮含量低的牌號(hào)，在焊接狀態(tài)下也有一定的韌性。鐵素體型不銹鋼以18%Cr鋼為代表。在含碳量低的情況下有良好的焊接性能，焊接裂紋敏感性也較低。但由于被加熱至900以上的焊接熱影響區(qū)晶粒顯著變粗，使得在室溫下缺少延伸性和韌性，易發(fā)生低溫裂紋。也就是說(shuō)，一般來(lái)講鐵素體型不銹鋼有475脆化、700-800長(zhǎng)時(shí)間加熱下發(fā)生相脆性、夾雜物和晶粒粗化引起的脆化、低溫脆化、碳化物析出引起耐蝕性下降以及高合金鋼中易發(fā)生的延遲裂紋等問(wèn)題。通常應(yīng)在焊接時(shí)進(jìn)行焊前預(yù)熱和焊后熱處理，并在具有良好韌性的溫度范圍進(jìn)行焊接。奧氏體型不銹鋼以18%Cr-8%Ni鋼為代表。原則上不須進(jìn)行焊前預(yù)熱和焊后熱處理。一般具有良好的焊接性能。但其中鎳、鉬的含量高的高合金不銹鋼進(jìn)行焊接時(shí)易產(chǎn)生高溫裂紋。另外還易發(fā)生相脆化，在鐵素體生成元素的作用下生成的鐵素體引起低溫脆化，以及耐蝕性下降和應(yīng)力腐蝕裂紋等缺陷。經(jīng)焊接后，焊接接頭的力學(xué)性能一般良好，但當(dāng)在熱影響區(qū)中的晶界上有鉻的碳化物時(shí)會(huì)極易生成貧鉻層，而貧鉻層和出現(xiàn)將在使用過(guò)程中易產(chǎn)生晶間腐蝕。為避免問(wèn)題的發(fā)生，應(yīng)采用低碳（C0.03%）的牌號(hào)或添加鈦、鈮的牌號(hào)。為防止焊接金屬的高溫裂紋，通常認(rèn)為控制奧氏體中的鐵素體肯定是有效的。一般提倡在室溫下含5%以上的鐵素體。對(duì)于以耐蝕性為主要用途的鋼，應(yīng)選用低碳和穩(wěn)定的鋼種，并進(jìn)行適當(dāng)?shù)暮负鬅崽幚恚欢越Y(jié)構(gòu)強(qiáng)度為主要用途的鋼，不應(yīng)進(jìn)行焊后熱處理，以防止變形和由于析出碳化物和發(fā)生相脆化。雙相不銹鋼的焊接裂紋敏感性較低。但在熱影響區(qū)內(nèi)鐵素體含量的增加會(huì)使晶間腐蝕敏感性提高，因此可造成耐蝕性降低及低溫韌性惡化等問(wèn)題。對(duì)于沉淀硬化型不銹鋼有焊接熱影響區(qū)發(fā)生軟化等問(wèn)題。綜上所述，不銹鋼的焊接性能主要表現(xiàn)在以下幾個(gè)方面：（1）高溫裂紋：在這里所說(shuō)的高溫裂紋是指與焊接有關(guān)的裂紋。高溫裂紋可大致分為凝固裂紋、顯微裂紋、HAZ（熱影響區(qū)）的裂紋和再加熱裂紋等。（2）低溫裂紋:在馬氏體型不銹鋼和部分具有馬氏體組織的鐵素體型不銹鋼中有時(shí)會(huì)發(fā)生低溫裂紋。由于其產(chǎn)生的主要原因是氫擴(kuò)散、焊接接頭的約束程度以及其中的硬化組織，所以解決方法主要是在焊接過(guò)程中減少氫的擴(kuò)散，適宜地進(jìn)行預(yù)熱和焊后熱處理以及減輕約束程度。（3）焊接接頭的韌性：在奧氏體型不銹鋼中為減輕高溫裂紋敏感性，在成分設(shè)計(jì)上通常使其中殘存有5%-10%的鐵素體。但這些鐵素體的存在導(dǎo)致了低溫韌性的下降。在雙相不銹鋼進(jìn)行焊接時(shí)，焊接接頭區(qū)域的奧氏體量減少而對(duì)韌性產(chǎn)生影響。另外隨著其中鐵素體的增加，其韌性值的顯著下降的趨勢(shì)。己證實(shí)高純鐵素體型不銹鋼的焊接接頭的韌性顯著下降的原因是由于混入了碳、氮和氧的緣故。其中一些鋼的焊接接頭中的氧含量增加后生成了氧化物型夾雜，這些夾雜物成為裂紋發(fā)生源或裂紋傳播的途徑使得韌性下降。而有一些鋼則是由于在保護(hù)氣體中混入了空氣，其中的氮含量增加在基體解理面100面上產(chǎn)生板條狀Cr2N，基體變硬而使得韌性下降。（4）相脆化：奧氏體型不銹鋼、鐵素體型不銹鋼和雙相不銹鋼易發(fā)生相脆化。由于組織中析出了百分之幾的相，韌性顯著下降。相一般是在600-900范圍內(nèi)析出，尤其在750左右最易析出，作為防止相產(chǎn)生的預(yù)防性措施，奧氏體型不銹鋼中應(yīng)盡量減少鐵素體的含量。（5）475脆化：在475附近（370-540）長(zhǎng)時(shí)間保溫時(shí)，使Fe-Cr合金分解為低鉻濃度的a固溶體和高鉻濃度的a固溶體中鉻濃度大于75%時(shí)形變由滑移變形轉(zhuǎn)變?yōu)閷\晶變形，從而發(fā)生475脆化。（三）切削性能不同的不銹鋼的切削性能有很大的差異。一般所說(shuō)不銹鋼的切削性能比其他鋼差，是指奧氏體型不銹鋼的切削性能差。這是由于奧氏體不銹鋼的加工硬化嚴(yán)重，導(dǎo)熱系數(shù)低造成的。為此在切削過(guò)程中需使用水性切削冷卻液，以減少切削熱變形。特別是當(dāng)焊接時(shí)的熱處理不好時(shí)，無(wú)論是怎樣提高切削精度，其變形也是不可避免的。其他類(lèi)型如馬氏體型不銹鋼、鐵素體型不銹鋼等不銹鋼的切削性能只要不是淬火后進(jìn)行切削，那么與碳素鋼沒(méi)有太大的不同。但兩者均是含碳量越高則切削性能越差。沉淀硬化型不銹鋼由于其不同的組織和處理方法而顯示不同的切削性能，但一般來(lái)說(shuō)其切削性能在退火狀態(tài)下與同一系列及同一強(qiáng)度的馬氏體型不銹鋼和奧氏體型不銹鋼相同。欲改善不銹鋼的切削性能，與碳素鋼一樣可通過(guò)添加硫、鉛、鉍、硒和碲等元素來(lái)實(shí)現(xiàn)。其中添加如硫硒和碲等元素可減輕工具的磨損，添加鉛和鉍等元素可改善切削狀態(tài)。雖然添加硫可改善不銹鋼的切削性能，但是由于它是以MnS化合物的形式存在于鋼中，所以使得耐蝕性明顯下降。為解決這個(gè)問(wèn)題，通常是添加少量的鉬或銅。（四）淬透性對(duì)于馬氏體鉻鎳不銹鋼，一般需進(jìn)行淬火-回火熱處理。在這個(gè)過(guò)程中不同的合金元素及其添加量對(duì)淬透性有不同的影響。對(duì)馬氏體型不銹鋼進(jìn)行淬火時(shí)是從925-1075溫度進(jìn)行急冷。由于相變速度低，因此無(wú)論是油冷還是空泠都可得到充分的硬化。同樣在必須進(jìn)行的回火過(guò)程中，由于回火條件的不同可得到大范圍的不同力學(xué)性能。在馬氏體鉻不銹鋼中，由于鉻的添加可提高鐵碳合金的淬透性，因而在需要進(jìn)行淬火鋼中得到廣泛的應(yīng)用。鉻的主要作用是可以降低淬火的臨界冷卻速度，使鋼的淬透性得到明顯的提高。從C曲線來(lái)看，由于鉻的添加使奧氏體發(fā)生轉(zhuǎn)變的速度減慢，C曲線明顯右移。在馬氏體鉻鎳不銹鋼中，鎳的添加可提高鋼的淬透性和可淬透性。含鉻接近20%的鋼中若不添加鎳則無(wú)淬火能力。添加2%-4%的鎳可恢復(fù)淬火能力。但其中鎳的含量不能過(guò)高，否則過(guò)高的鎳含量不僅會(huì)擴(kuò)大r相區(qū)，而且還會(huì)降低Ms溫度，這樣使鋼成為單相奧氏體組織也喪失了淬火能力。選擇適當(dāng)?shù)逆嚭浚商岣唏R氏體不銹鋼的回火穩(wěn)定性，并降低回火軟化程度。另外，在馬氏體鉻鎳不銹鋼中添加鉬可增加鋼的回火穩(wěn)定性。鐵素體型不銹鋼雖然由于在高溫下不產(chǎn)生奧氏體，因而不能通過(guò)進(jìn)行淬火來(lái)實(shí)現(xiàn)硬化，但是低鉻鋼中發(fā)生部分馬氏體相變。奧氏體型不銹鋼屬于Fe-Cr-Ni系和Fe-Cr-Mn系，為奧氏體組織。因此從低溫到高溫的大的范圍內(nèi)均表現(xiàn)出高的強(qiáng)度和良好的延伸性能?？赏ㄟ^(guò)進(jìn)行從1000以上開(kāi)始的急冷的固溶化處理來(lái)得到非磁性的全部奧氏體組織，從而得到良好的耐蝕性和最大的延伸率。三、物理性能（一）一般物理性能和其他材料一樣，物理性能主要包括以下3個(gè)方面：熔點(diǎn)、比熱容、導(dǎo)熱系數(shù)和線膨脹系數(shù)等熱力學(xué)性能，電阻率、電導(dǎo)率和磁導(dǎo)率等電磁學(xué)性能，以及楊氏彈性模量、剛性系數(shù)等力學(xué)性能。這些性能一般都被認(rèn)為是不銹鋼材料的固有特性，但是也會(huì)受到諸如溫度、加工程度和磁場(chǎng)強(qiáng)度的影響。通常情況下不銹鋼與純鐵相比導(dǎo)熱系數(shù)低、電阻大，而線膨脹系數(shù)和導(dǎo)磁率等性能則依不銹鋼本身的結(jié)晶結(jié)構(gòu)而異。表4-1-表4-5中列出了馬氏體型不銹鋼、鐵素體型不銹鋼、奧氏體型不銹鋼、沉淀硬化型不銹鋼和雙相不銹鋼主要牌號(hào)的物理性能。如密度、熔點(diǎn)、比熱容、導(dǎo)熱系數(shù)、線膨脹系數(shù)、電阻率、磁導(dǎo)率和縱向彈性系數(shù)等參數(shù)。（二）物理性能與溫度的相關(guān)性1.比熱容 隨著溫度的變化比熱容會(huì)發(fā)生變化，但在溫度變化的過(guò)程中金屬組織中一旦發(fā)生相變或沉淀，那么比熱容將發(fā)生顯著的變化。2.導(dǎo)熱系在600以下，各種不銹鋼的導(dǎo)熱系數(shù)基本在10-30W/（m）范圍內(nèi)，隨著溫度的提高導(dǎo)熱系數(shù)有增加趨勢(shì)。在100時(shí)，不銹鋼導(dǎo)熱系數(shù)由大至小的順序?yàn)?Cr17、00Cr12、2Cr25N、0Cr18Ni11Ti、0Cr18Ni9、0Cr17Ni12Mo2、2Cr25Ni20.500時(shí)導(dǎo)熱系數(shù)由大至小有順序?yàn)?Cr13、1Cr17、2Cr25N、0Cr17Ni12Mo2、0Cr18Ni9Ti、和2Cr25Ni20。奧氏體型不銹鋼的導(dǎo)熱系數(shù)較其他不銹鋼略低，與普通碳素鋼相比，100時(shí)奧氏體型不銹鋼的導(dǎo)熱系數(shù)約為其1/4。3.線膨脹系數(shù)在100-900范圍內(nèi)，各類(lèi)不銹鋼主要牌號(hào)的線膨脹系數(shù)基本在10的負(fù)6次冪至20的負(fù)6次冪負(fù)1，且隨著溫度的升高呈增加趨勢(shì)。對(duì)于沉淀硬化型不銹鋼，線膨脹系數(shù)的大小由時(shí)效處理溫度來(lái)決定。4.電阻率在0-900，各類(lèi)不銹鋼主要牌號(hào)的比電阻的大小基本在70*10的負(fù)6次冪至130*10的負(fù)6次冪m，且隨著溫度的增加有增加的趨勢(shì)，當(dāng)作為發(fā)熱材料時(shí)，應(yīng)選用電阻率低的材料。5.磁導(dǎo)率奧氏體型不銹鋼的磁導(dǎo)率極小，因此也被稱(chēng)為非磁性材料，具有穩(wěn)定奧氏體組織的鋼，如0Cr20Ni10、0Cr25Ni20等，即使對(duì)其進(jìn)行大于80%的大變形量加工也不會(huì)帶磁性。另外高碳、高氮、高錳奧氏體型不銹鋼，如1Cr17Mn6Ni5N、1Cr18Mn8Ni5N系列以及高錳奧氏體型不銹鋼等，在大壓下量加工條件會(huì)發(fā)生相相變，因此保持非磁性。在居里點(diǎn)以上的高溫下，即使是強(qiáng)磁性材料也會(huì)喪失磁性。但有些奧氏體型不銹鋼如1Cr17Ni7、0Cr18Ni9，因?yàn)槠浣M織為亞穩(wěn)定奧氏體組織，因而在進(jìn)行大壓下量冷加工或進(jìn)行低溫加工時(shí)會(huì)發(fā)生馬氏體相變，本身將具有磁性且磁導(dǎo)率也會(huì)提高。6.彈性模量室溫下鐵素體型不銹鋼的縱向彈性模量為200KN/mm的平方，奧氏體型不銹鋼的縱向彈性模量為193KN/mm的平方，略低于碳素結(jié)構(gòu)鋼。隨著溫度的升高縱向彈性模量減小，泊松比增加，橫向彈性模量（剛度）則顯著下降?？v向彈性模量將對(duì)加工硬化和組織集合產(chǎn)生影響。7.密度含鉻量高的鐵素體型不銹鋼密度小，含鎳量高和鴚錳量高的奧氏體型不銹鋼的密度大。在室溫下由于晶格間距的加大密度變小。（三）低溫下的物理性能1.導(dǎo)熱系數(shù)各類(lèi)不銹鋼在極低溫度下的導(dǎo)熱系數(shù)的大小略有差異，但總的來(lái)說(shuō)是室溫下導(dǎo)熱系數(shù)的1/50左右。在低溫上隨著磁通（磁通密度）的增加導(dǎo)熱系數(shù)增加。2.比熱容 在極低溫度下，各種不銹鋼的比熱容有一些差異。比熱容受溫度的影響很大，在4K時(shí)的比熱容可減小至室溫下比熱容的1/1 100以下。3.熱膨脹性對(duì)于奧氏體型不銹鋼，在80K以下收縮率（相對(duì)于273K）的大小略有差異。鎳的含量對(duì)收縮率有一定的影響。4.電阻率在極低溫度下各牌號(hào)間電阻率大小的差異加大。合金元素對(duì)電阻率的大小有較大的影響。5.磁性在低溫下。奧氏體型不銹鋼隨材質(zhì)的不同其質(zhì)量磁化率對(duì)負(fù)荷磁場(chǎng)的影響有差異。不同的合金元素含量也有差異。不同牌號(hào)的磁導(dǎo)率沒(méi)有什么差異。6.彈性模量在低溫下，有磁性轉(zhuǎn)變的奧氏體型不銹鋼其泊松比相應(yīng)地產(chǎn)生極值。四、耐腐蝕性能不銹鋼的耐腐蝕性能一般隨鉻含量的增加而提高。其基本原理是，當(dāng)鋼中有足夠的鉻時(shí)，在鋼的表面形成非常薄的至密的氧化膜，它可以防止進(jìn)一步的氧化或義腐蝕。氧化性的環(huán)境可以強(qiáng)化這種膜，而還原性環(huán)境則必然破壞這種膜，造成鋼的腐蝕。（一）在各種環(huán)境中的耐腐蝕性能1.大氣腐蝕不銹鋼耐大氣腐蝕基本上是隨大氣中的氯化物的含量而變化的。因此，靠近海洋或其他氯化物污染源對(duì)不銹鋼的腐蝕是極為重要的。一定量的雨水，只有對(duì)鋼表面的氯化物濃度起作用時(shí)才是重要的。農(nóng)村環(huán)境 1Cr13、1Cr17和奧氏體型不銹鋼可以適應(yīng)各種用途，其外觀上不會(huì)有顯著的改變。因此，在農(nóng)村暴露使用的不銹鋼可以根據(jù)價(jià)格，市場(chǎng)供應(yīng)情況，力學(xué)性能、制作加工性能和外觀來(lái)選擇。工業(yè)環(huán)境 在沒(méi)有氯化物污染的工業(yè)環(huán)境中，1Cr17和奧氏體型不銹鋼能長(zhǎng)期工作，基本上保持無(wú)銹蝕，可能在表面形成污膜，但當(dāng)將污膜清除后，還保持著原有的光亮外觀。在有氯化物的工業(yè)環(huán)境中，將造成不銹鋼銹蝕。海洋環(huán)境 1Cr13和1Cr17不銹鋼在短時(shí)期就會(huì)形成薄的銹膜，但不會(huì)造成明顯的尺寸上的改變，奧氏體型不銹鋼如1Cr17Ni7、1Cr18Ni9和0Cr18Ni9，當(dāng)暴露于海洋環(huán)境時(shí)，可能出現(xiàn)一些銹蝕。銹蝕通常是淺薄的，可以很容易地清除。0Cr17Ni12M02含鉬不銹鋼在海洋環(huán)境中基本上是耐腐蝕的。除了大氣條件外，還有另外兩個(gè)影響不銹鋼耐大氣腐蝕性能的因素。即表面狀態(tài)和制作工藝。精加工級(jí)別影響不銹鋼在有氯化物的環(huán)境中的耐腐蝕性能。無(wú)光表面（毛面）對(duì)腐蝕非常敏感。即正常的工業(yè)精加工表面對(duì)銹蝕的敏感性較小。表面精加工級(jí)別還影響污物和銹蝕的清除。從高精加工的表面上清除污物和銹蝕物很容易，但從無(wú)光的表面上清除則很困難。對(duì)于無(wú)光表面，如果要保持原有的表面狀態(tài)則需要經(jīng)常的清理。2.淡水淡水可定義為不分酸性、鹽性或微咸，來(lái)源于江河、湖泊、池塘或井中的水。淡水的腐蝕性受水的pH值、氧含量和成垢傾向性的影響。結(jié)垢（硬）水。其腐蝕性主要由在金屬表面形成垢的數(shù)量和類(lèi)型來(lái)決定。這種垢的形成是存在其中的礦物質(zhì)和溫度的作用。非結(jié)垢（軟）水，這種水一般比硬水的腐蝕性強(qiáng)?？梢酝ㄟ^(guò)提高pH值或減少含氧量來(lái)降低其腐蝕性。1Cr13不銹鋼明顯地比碳素鋼耐淡水腐蝕，而且在淡水中使用有極好的特征。這種鋼廣泛用于例如需要高強(qiáng)度和耐腐蝕的船塢和水壩等用途。然而，應(yīng)當(dāng)考慮到在某些情況下。1Cr13在淡水中可能對(duì)中度點(diǎn)蝕敏感.但是點(diǎn)蝕完全可以用陰極防蝕方法來(lái)避免。1Cr17和奧氏體型不銹鋼在室溫（環(huán)境溫度）幾乎完全可以耐淡水腐蝕。3.酸性水酸性水是指從礦石和煤浸析出的被污染的自然水，由于是較強(qiáng)的酸性所以其腐蝕性比自然淡水強(qiáng)得多。，由于水對(duì)礦石和煤中所含硫化物的浸析作用，酸性水中通常含有大量的游離硫酸，此外，這種水含有大量的硫酸鐵，對(duì)碳鋼的腐蝕有非常大的作用。受酸性水作用的碳鋼設(shè)備通常很快被腐蝕。用受酸性河水作用的各種材料所做試驗(yàn)的結(jié)果表明，在這種環(huán)境下奧氏體型不銹鋼有較高的耐腐蝕性能。奧氏體型不銹鋼在淡水和酸性河水中有極好的耐腐蝕性能，特別是其腐蝕膜對(duì)熱傳導(dǎo)的阻礙較小，所以在熱交換用途中廣泛使用不銹鋼管。4.鹽性水鹽性水的腐蝕特點(diǎn)是經(jīng)常以點(diǎn)蝕的形式出現(xiàn)。對(duì)于不銹鋼，在很大程度上是由于鹽性水導(dǎo)致起耐腐蝕作用的鈍化膜局部破壞。這些鋼發(fā)生點(diǎn)蝕的其他原因是附著于不銹鋼設(shè)備上的茗荷介和其他海水有機(jī)物可形成報(bào)送的濃差電池。一旦形成，這些電池非?；钴S，并且造成大量腐蝕和點(diǎn)蝕。在鹽性水高速流動(dòng)的情況下，例如泵的葉輪，奧氏體型不銹鋼的腐蝕通常是非常小的。對(duì)使用不銹鋼管的冷凝器，需保持水流速大于1.5m/s，以使海水有機(jī)物和其他固體在管中集聚得最少。對(duì)處理鹽性水的不銹鋼設(shè)備的結(jié)構(gòu)，在設(shè)計(jì)時(shí)最好是減少縫隙和使用厚壁部件。5.土壤埋入土壤中的金屬，取決于天氣和其他因素，處于隨時(shí)都在變化的復(fù)雜的狀態(tài)下。實(shí)踐證明，奧氏體型不銹鋼一般具有極好的耐大多數(shù)土壤腐蝕的性能，而1Cr13和1Cr17則在很多土壤中要產(chǎn)生點(diǎn)蝕。0Cr17Ni12Mo0不銹鋼在所有土壤的試驗(yàn)中完全可以耐點(diǎn)蝕。6.硝酸含鉻不小于14%的鐵素型不銹鋼和奧氏體型不銹鋼有極好的耐硝酸腐蝕的性能。1Cr17不銹鋼己廣泛用于硝酸工廠的加工設(shè)備。然而，由于0Cr18Ni9通常具有較好的成形性能和焊接性能，因此在上述用途中己大量取代了1Cr17不銹鋼.其他奧氏體型不銹鋼的耐硝酸腐蝕性能與0Cr18Ni9相近。0Cr17不銹鋼通常比0Cr18Ni9的腐蝕速率稍高，并且較高的溫度和濃度對(duì)其有較大的有害影響。如果對(duì)鋼進(jìn)行的熱處理不適當(dāng)，熱硝酸將使奧氏體和鐵素體型不銹鋼產(chǎn)生晶間腐蝕，因此，可用適當(dāng)?shù)臒崽幚韥?lái)預(yù)防這種類(lèi)型的腐蝕，或者使用耐這種類(lèi)型腐蝕的不銹鋼。7.硫酸標(biāo)準(zhǔn)不銹鋼牌號(hào)很少用于硫酸溶液，因?yàn)槠淇墒褂玫姆秶苷?。在室溫條件下，0Cr17Ni12Mo2不銹鋼（最耐硫酸蝕的標(biāo)準(zhǔn)牌號(hào)）在硫酸濃度小于15%。或大于85%時(shí)是耐腐蝕性的。然而在較高的濃度范圍，通常使用碳鋼。馬氏體和鐵素體型不銹鋼一般不耐硫酸溶液腐蝕。如同硝酸的情況一樣，如果對(duì)不銹鋼不進(jìn)行適當(dāng)?shù)奶幚?，硫酸可造成晶間腐蝕。對(duì)于焊接后不能進(jìn)行熱處理的焊接結(jié)構(gòu)，應(yīng)使用低碳牌號(hào)00Cr19Ni10或00Cr17Ni14M02，或穩(wěn)定化的牌號(hào)0Cr18Ni11Ti或0Cr18Ni11Nb不銹鋼.8.磷酸奧氏體型不銹鋼不銹鋼具有好的耐磷酸溶液腐蝕的性能，并廣泛用于磷酸的生產(chǎn)和處理設(shè)備。在溫度最高達(dá)107的各種濃度的情況下，其具有有效的耐腐蝕性能。在溫度最高約達(dá)95的情況下，用0Cr17Ni12M02不銹鋼的設(shè)備可以很好地處理（達(dá)磷酸）“超過(guò)100%H3p04）。應(yīng)注意，氟化物或氯化物鹽類(lèi)微量雜質(zhì)有時(shí)存在于用濕法工藝生產(chǎn)的磷酸中。酸中的這些鹵化物的存在可能對(duì)不銹鋼的耐腐蝕性能有有害的影響。馬氏體和鐵素體型不銹鋼的耐磷酸腐蝕性能顯著地比奧氏體不銹鋼要差，因此一般不用于這種酸。9.鹽酸甚至在室溫，各種濃度的鹽酸溶液都很快地腐蝕不銹鋼。因此在這種酸中不可能使用不銹鋼。10、其他無(wú)機(jī)酸奧氏體型不銹鋼在幾乎各種濃度和溫度下一般都具有好的耐硼酸、碳酸、氯酸和鉻酸腐蝕的性能，100%氯酸除外。1Cr13和1Cr17不銹鋼對(duì)鉻酸的耐腐蝕性能顯著地不如奧氏體型不銹鋼，但具有相對(duì)較好的耐硼酸和碳酸腐蝕的性能。11、乙酸奧氏體型不銹鋼一般有極好的耐乙酸腐蝕的性能，而馬氏體和鐵素體型不銹鋼對(duì)大多數(shù)耐乙酸腐蝕的用途是不適當(dāng)?shù)摹W氏體型不銹鋼在室溫完全可以耐各種濃度乙酸的腐蝕，在較高的溫度，0Cr17Ni12Mo2和0Cr19Ni13M03比其他奧氏體型不銹鋼有更好的耐乙酸腐蝕性能。12、甲酸在室溫情況下，可以用任何奧氏體型不銹鋼完全地處理甲酸。然而，當(dāng)是熱的甲酸時(shí)，它可以很快地腐蝕不含鉬的不銹鋼，因此，需要使用0Cr17Ni12M02和0Cr19Ni13M03。在各種溫度下甲酸都會(huì)很快地腐蝕馬氏體和鐵素體型不銹鋼。13、草酸一般情況下，在室溫、最高濃度至少為50%時(shí)，不銹鋼有好的耐草酸腐蝕的性能。然而在較高的溫度，草酸溶液正如在室溫、濃度為100%時(shí)一樣，對(duì)所有的不銹鋼都會(huì)有相當(dāng)?shù)母g。14、乳酸0Cr18Ni9不銹鋼在溫度最高約達(dá)38時(shí)可用于乳酸貯存設(shè)備。在較高的溫度，無(wú)鉬奧氏體型不銹鋼產(chǎn)生點(diǎn)蝕，所以?xún)?yōu)先選用0Cr17Ni12M02和0Cr19Ni13M03。馬氏體和鐵素體型不銹鋼一般來(lái)說(shuō)耐乳酸腐蝕的能力較低。15、堿不銹鋼通常有較好的耐弱堿腐蝕的性能，例如氫氧化銨。對(duì)于強(qiáng)堿，如氫氧化鈉和氫氧化鉀，在溫度最高約為105、濃度最高約為50%時(shí)，奧氏體型不銹鋼有好的耐腐蝕性能，在較高的溫度和濃度，腐蝕速率可能變得顯著。當(dāng)溫度高于常壓沸點(diǎn)（和稍低的溫度，接近50%濃度）時(shí)，奧氏體型不銹鋼就會(huì)出現(xiàn)應(yīng)力腐蝕裂紋。16、鹽酸液除在某些條件下的鹵化物溶液之外，不銹鋼一般來(lái)說(shuō)有極好的耐鹽酸溶液腐蝕的性能，對(duì)于酸性鹽，不銹鋼的耐腐蝕性能在一定程度上必然受鹽水解所形成的特殊的酸的影響。對(duì)于較高溫度的酸性鹽溶液，含鉬奧氏體型不銹鋼（0Cr17Ni12Mo2和0Cr19Ni13Mo3）通常比其他牌號(hào)不銹鋼耐腐蝕性能要好。在不銹鋼用于鹵化物溶液，特別是氯化物溶液時(shí)，應(yīng)考慮到即使腐蝕速率一般較低，但點(diǎn)蝕和（或）應(yīng)力腐蝕裂紋在一定條件下也可能產(chǎn)生。盡管有很多在有氯化物的情況下使用不銹鋼取得極好的效果（如食品加工設(shè)備和在相對(duì)低的溫度條件下流動(dòng)的海水）但必需分別考慮各種用途。點(diǎn)蝕或應(yīng)力腐蝕裂紋是否產(chǎn)生，取決于環(huán)境和設(shè)備設(shè)計(jì)及操作等方面很多和因素。（二）腐蝕現(xiàn)象1.點(diǎn)蝕如前所述，不銹鋼極好的耐腐蝕性能是由于在鋼的表面形成看不見(jiàn)的氧化膜，使其成為是鈍態(tài)的。該鈍化膜的形成是由于鋼暴露在大氣中時(shí)與氧反應(yīng)，或者是由于與其他含氧的環(huán)境接觸的結(jié)果。如果鈍化膜被破壞，不銹鋼就將繼續(xù)腐蝕下去。在很多情況下，鈍化膜僅僅在金屬表面和局部地方被破壞，腐蝕的作用在于形成細(xì)小的孔或凹坑，在材料表面產(chǎn)生無(wú)規(guī)律分布的小坑狀腐蝕。2.引起點(diǎn)蝕的因素出現(xiàn)點(diǎn)蝕很可能是存在與去極劑化合的氯化物離子，不銹鋼等鈍態(tài)金屬的點(diǎn)蝕常起因于某些侵蝕性陰離子對(duì)鈍化膜的局部破壞，保護(hù)有高耐腐蝕性能的鈍態(tài)通常需要氧化環(huán)境，但正好這也是出現(xiàn)點(diǎn)蝕的條件。產(chǎn)生點(diǎn)蝕的介質(zhì)是在C1-、Br-、I-、Cl04-溶液中存在FE3+、Cu2+、Hg2+等重金屬離子或者含有H2O2、O2等的Na+、Ca2+堿和堿土金屬離子的氯化物溶液。點(diǎn)蝕速率隨溫度升高而增加。例如在濃度為4%-10%氯化鈉的溶液中，在90時(shí)達(dá)到點(diǎn)蝕造成的重量損失最大；對(duì)于更稀的溶液，最大值出現(xiàn)在較高的溫度。3.防止點(diǎn)蝕的方法避免鹵素離子集中。保證氧或氧化性溶液的均勻性，攪拌溶液和避免有液體不流動(dòng)的小塊區(qū)域?；蛘咛岣哐醯臐舛?，或者去除氧。增加pH值。與中性或酸性氯化物相比，明顯堿性的氯化物溶液造成的點(diǎn)蝕較少，或者完全沒(méi)有（氫氧離子起防腐蝕劑的作用）。在盡可能低的溫度下工作。在腐蝕性介質(zhì)中加入鈍化劑。低濃度的硝酸鹽或鉻酸鹽在很多介質(zhì)中是有效的（抑制離子優(yōu)先吸咐在金屬表面上，因此防止了氯化物離子吸咐而造成腐蝕）。采用陰極防腐。有證據(jù)表明，用與低碳鋼、鋁或鋅電隅合陰極保護(hù)的不銹鋼在海水中不會(huì)造成點(diǎn)蝕。含鉬2%-4%的奧氏體型不銹鋼具有良好的耐點(diǎn)蝕性能。使用含鉬奧氏體型不銹鋼可顯著減少點(diǎn)蝕或一般腐蝕，腐蝕介質(zhì)例如氫化鈉溶液、海水、亞硫酸、硫酸、磷酸和甲酸。4.晶間腐蝕含碳量超過(guò)0.03%的不穩(wěn)定的奧氏體型不銹鋼（不含鈦或鈮的牌號(hào)），如果熱處理不當(dāng)則在某些環(huán)境中易產(chǎn)生晶間腐蝕。這些鋼在425-815之間加熱時(shí)，或者緩慢冷卻通過(guò)這個(gè)溫度區(qū)間時(shí)，都會(huì)產(chǎn)生晶間腐蝕。這樣的熱處理造成碳化物在晶界沉淀（敏化作用），并且造成最鄰近的區(qū)域鉻貧化使得這些區(qū)域?qū)Ωg敏感。敏化作用也可出現(xiàn)在焊接時(shí)，在焊接熱影響區(qū)造成其后的局部腐蝕。最通用的檢查不銹鋼敏感性的方法是65%硝酸腐蝕試驗(yàn)方法。試驗(yàn)時(shí)將鋼試樣放入沸騰的65%硝酸溶液中連續(xù)48h為一個(gè)周期，共5個(gè)周期，每個(gè)周期測(cè)定重量損失。一般規(guī)定，5個(gè)試驗(yàn)周期的平均腐蝕率應(yīng)不大于0.05mm/月。奧氏體型不銹鋼焊接結(jié)構(gòu)的晶間腐蝕可用如下方法預(yù)防：使用低碳牌號(hào)00Cr19Ni10或00Cr17Ni14Mo2，或穩(wěn)定的牌號(hào)0Cr18Ni11Ti或0Cr18Ni11Nb.使用這些牌號(hào)不銹鋼可防止焊接時(shí)碳化物沉淀出造成有害影響的數(shù)量。如果面品結(jié)構(gòu)件小，能夠在爐中進(jìn)行熱處理，則可在1040-1150進(jìn)行熱處理以溶解碳化鉻，并且在425-815區(qū)間快速冷卻以防止瑞沉淀。焊接鐵素體不銹鋼在某些介質(zhì)中也可能出現(xiàn)晶間腐蝕。這是當(dāng)鋼從925以上快速冷卻時(shí)，碳化物或氧化物沉淀，金屬晶格應(yīng)變?cè)斐傻?，焊接后進(jìn)行消除應(yīng)力熱處理可消除應(yīng)力并恢復(fù)耐腐蝕性能。在1Cr17不銹鋼中加入超過(guò)8倍碳含量的鈦，通?？蓽p少焊接鋼結(jié)構(gòu)在一些介質(zhì)中的晶間腐蝕。然而加入鈦在濃硝酸中不是有效的。5.應(yīng)力腐蝕裂紋應(yīng)力腐蝕裂紋是靜應(yīng)力和導(dǎo)致裂紋與金屬脆化的腐蝕共同的作用。只有拉伸應(yīng)力造成這種形式的破壞。事實(shí)上，所有的金屬與合金（只有極少數(shù)的金屬除外）在某些環(huán)境中都易出現(xiàn)應(yīng)力腐蝕裂紋，關(guān)于某些金屬的破壞是屬于“應(yīng)力腐蝕”或是屬于“氫脆”（例如高強(qiáng)度鋼在硫化氫中的裂紋），還存在一些不同的觀點(diǎn)。為了進(jìn)行討論，所有這樣的外界環(huán)境導(dǎo)致的破壞都包括在應(yīng)力腐蝕裂紋一類(lèi)中。硬化的（淬火和回火）馬氏體型不銹鋼在含有氯化物、熱氫氧化物或硝酸鹽、或硫化氫溶液中對(duì)應(yīng)力腐蝕裂紋是敏感的。對(duì)于奧氏體型不銹鋼，濃氯化物的氫氧化物溶液是造成應(yīng)力腐蝕裂紋的主要介質(zhì)。己證明，另外幾種環(huán)境也會(huì)使奧氏體和馬氏體型不銹鋼產(chǎn)生應(yīng)力腐蝕裂紋。然而，應(yīng)注意在很多這樣的環(huán)境中，存在雜質(zhì)可能己經(jīng)造成了裂紋。敏化的奧氏體型不銹鋼對(duì)晶間形式的應(yīng)力腐蝕裂紋是敏感的。如果敏感性嚴(yán)重和（或）應(yīng)力高， 這種形式的裂紋可能在認(rèn)為是弱的環(huán)境中產(chǎn)生。除非進(jìn)行了足夠的試驗(yàn)可以證明所遇到的環(huán)境不會(huì)造成晶間應(yīng)力腐蝕裂紋，否則絕不能將敏化和奧氏體型不銹鋼用于應(yīng)力狀態(tài)的用途。產(chǎn)生應(yīng)力腐蝕裂紋破壞的環(huán)境通常是相當(dāng)復(fù)雜的。例如。所涉及的應(yīng)力通常不僅僅是工作應(yīng)力，而是這種應(yīng)力的由于制作、焊接、或熱處理在金屬中產(chǎn)生的殘余應(yīng)力組合。這種情況常?？梢杂脤⒅谱骱蟮脑O(shè)備消除應(yīng)力的方法來(lái)減輕。同檔，如上所述，造成裂紋的腐蝕介質(zhì)經(jīng)常僅僅是正在處理的產(chǎn)物中的雜質(zhì)。在整體溶液中，所存在的腐蝕介質(zhì)的數(shù)量可能沒(méi)有多到足以造成裂紋的程度，但是在裂縫處或液體上面的飛濺區(qū)，介質(zhì)的局部濃度可能造成破壞。盡管己有了幾種通用的防止應(yīng)力腐蝕裂紋的方法，但最好的方法還是選用能在該環(huán)境中耐應(yīng)力腐蝕裂紋的材料。因此，在熱的氯化物環(huán)境中應(yīng)選用0Cr18Ni13Si4（美國(guó)AISLX M15）或鐵素體型不銹鋼。在硫化氫環(huán)境中選用鐵素體和奧氏體型不銹鋼一般是適合的，而不能選用硬化的馬氏體型不銹鋼。各種不銹鋼性能見(jiàn)表2-5-1表2-5-4。五、金相組織（一）不同元素對(duì)不銹鋼組織和相的影響對(duì)于馬氏體型鉻不銹鋼來(lái)說(shuō)，對(duì)組織產(chǎn)生主要影響的元素有鉻、碳和鉬；對(duì)馬氏體型鉻鎳不銹鋼來(lái)說(shuō)，產(chǎn)生主要影響的元素有鎳、鉬、鋁、鈷、氮和鈦等。馬氏體型鉻鎳不銹鋼中由于所含的鉻與碳發(fā)生交互的作用，使其在高溫下形成穩(wěn)定的r相區(qū)和穩(wěn)定的a+r相區(qū)。碳量的增加可使r相區(qū)得到擴(kuò)大，但是隨著鉻含量的增加碳的溶解極限下降。馬氏體型鉻鎳不銹鋼中添加鎳解決了馬氏體型不銹鋼為提高其耐蝕性以犧牲鋼的硬度為代價(jià)的問(wèn)題。但是其中的鎳含量不易過(guò)高，否則由于鎳擴(kuò)大奧氏體相區(qū)和降低Ms溫度而使不銹鋼變成奧氏體型不銹鋼，從而完全喪失淬火能力。影響鐵素體型不銹鋼組織的元素主要有鉻、鉬、碳、氮和鎳，另外有一些鐵素體型不銹鋼中還添加有鈦、鈮和銅等元素，對(duì)組織也有一定的影響。其中添加鉻和鉬的主要的目的是加速和促進(jìn)相和相的形成和沉淀，使鐵素體晶粒更加粗大。影響奧氏體型不銹鋼組織的主要元素有碳、鉻、鎳、鉬、氮、銅、硅和錳等，有時(shí)在生產(chǎn)易切削不銹鋼時(shí)，也將硫作為添加元素。碳在奧氏體型不銹鋼中是形成、穩(wěn)定和擴(kuò)大奧氏體區(qū)的元素。碳在奧氏體型不銹鋼中是形成、穩(wěn)定和擴(kuò)大奧氏體區(qū)的元素，其形成奧氏體的能力遠(yuǎn)高于鎳許多倍。碳在奧氏體型不銹鋼中是有用元素，但同時(shí)也是有害元素，一方面由于碳作為一種間隙元素可通過(guò)固溶強(qiáng)化顯著提高奧氏體型不銹鋼的強(qiáng)度，同時(shí)也可提高高濃度氯化物腐蝕介質(zhì)中的耐蝕能力；但另一方面由于碳在某些條件下生成Cr23C6，使得耐腐蝕性能顯著下降。鉻在奧氏體型不銹鋼中的作用與其在鐵素體型不銹鋼中作用基本相同。影響比相不銹鋼組織的主要元素有鎳、氮、錳、鉻、鉬、硅和鎢等。鎳在+r雙相不銹鋼中能擴(kuò)大r相區(qū)。有關(guān)資料指出，鎳的添加還能促成形成（x）相，增加脆化敏感性并有使脆化敏感溫度向高溫方向移動(dòng)的傾向，也將使馬氏體相變溫度降低，改善雙相不銹鋼的冷加工性能。 （二）相及相變熱處理是不銹鋼生產(chǎn)和加工過(guò)程中以及最終產(chǎn)品加工過(guò)程中重要的工序。對(duì)于馬氏體型不銹鋼，通常進(jìn)行淬火回火熱處理。對(duì)于鐵素體型不銹鋼，需進(jìn)行恢復(fù)由于加工引起的應(yīng)硬化和焊接部位回火后恢復(fù)韌性的熱處理，通常是高溫加熱后進(jìn)行空冷的退火熱處理。對(duì)于奧氏體型不銹鋼，根據(jù)使用目的需要進(jìn)行固溶處理、穩(wěn)定化處理、消除應(yīng)力退火和時(shí)效處理等。通過(guò)進(jìn)行熱處理來(lái)控制不銹鋼的金相組織時(shí)，可采用相變和恢復(fù)、再結(jié)晶等形式來(lái)實(shí)現(xiàn)。相變的內(nèi)涵可以說(shuō)有以下3種情況，即結(jié)構(gòu)的變化、組成的變化和其規(guī)律性的變化告示。在不銹鋼發(fā)生的相變中最常見(jiàn)的馬氏體相變就是其結(jié)構(gòu)發(fā)生變化的一種形式，而所發(fā)生的其他的相變均為擴(kuò)散相變。1.馬氏體型不銹鋼馬氏體型不銹鋼有良好的淬火性能，即使是截面積很大的工件，也可在空冷條件下實(shí)現(xiàn)淬火硬化。為比較馬氏體型不銹鋼與其他碳含量相同的碳素鋼、合金鋼的淬火性能，用等溫相變曲線進(jìn)行了分析。結(jié)果表明其珠光體相變時(shí)間延遲，曲線鼻部的溫度上升。其中鎳使珠光體相變明顯推遲，只需添加1%即可大大改善淬火性能，但回火過(guò)程則需要相當(dāng)長(zhǎng)的時(shí)間。馬氏體型不銹鋼中的合金元素可改變鋼的Ms點(diǎn)。其中碳的影響尤為顯著，碳的濃度高時(shí)Ms點(diǎn)向低溫方向移動(dòng)，易生成殘留奧氏體。以13%Cr鋼為例，在淬火加縶溫度為1180時(shí)，在碳含量大于0.80%的情況下Ms點(diǎn)降至室溫以下。生成物為過(guò)冷奧氏體相組織。但由于也隨之生成了殘留奧氏體，因此淬火硬度也下降了，對(duì)于高碳馬氏體型不銹鋼來(lái)說(shuō)，為避免該現(xiàn)象的發(fā)生和殘留奧氏體相變引起的尺寸變化，需在粹火后通過(guò)進(jìn)行低溫處理來(lái)盡量減少殘留奧氏體的存在。對(duì)于馬氏體型不銹鋼，進(jìn)行淬火處理后還需進(jìn)行回火處理。一般將這兩者連在一起統(tǒng)稱(chēng)為淬火回火處理。進(jìn)行回火處理是將由奧氏體相的相變得到的馬氏體進(jìn)行回火，其目的是為改善馬氏體型不銹鋼的拉伸性能和得到高的持久強(qiáng)度和屈強(qiáng)比?；鼗鸷笤谄浠w中過(guò)飽和固溶的碳形成碳化物析出，且隨時(shí)間的延長(zhǎng)逐漸形成穩(wěn)定相。是采用低溫回火還是采用高溫回火，依成分和使用目的而異。低碳馬氏體型不銹鋼在440-540進(jìn)行回火時(shí)顯著變脆，發(fā)生常說(shuō)的二次硬化。由于此問(wèn)題的產(chǎn)生不是夾雜元素的偏析等原因造成的，因此為同時(shí)照顧到韌性、拉伸性能和耐應(yīng)力腐蝕性能，應(yīng)盡可能在高溫下進(jìn)行回火，也可通過(guò)添加鉬、鎢和釩等元素來(lái)改善性能。2.鐵素體型不銹鋼鐵素型不銹鋼在碳和氮的含量極少時(shí)，無(wú)論在高溫下還是在室溫下均為鐵素體單相。當(dāng)碳和氮的含量增加時(shí)就會(huì)在高溫下生成r相，可通過(guò)回火處理析出碳化物和氮化物而變?yōu)殍F素體單相。據(jù)有關(guān)資料介紹。在600-900回火時(shí)大部分碳和氮將析出。高鉻鐵素體型不銹鋼在經(jīng)高溫加熱后會(huì)產(chǎn)生各種脆化現(xiàn)象。這些現(xiàn)象與其金屬組織有關(guān)，如相脆化、475脆性和高溫脆性。相脆化：在Fe-Cr二元系合金中，在鉻含量為46at%-53at%的很窄范圍內(nèi)產(chǎn)生，是非磁性和硬的相。當(dāng)鉻含量大于25%和加熱溫度高于600時(shí)即可在較短時(shí)間內(nèi)產(chǎn)生。當(dāng)鋼中含有硅、錳、鎳和鉬等元素時(shí)，其產(chǎn)生范圍加寬。鉻、硅和鋁對(duì)相也有一定的影響。隨鉻的增加TTT曲線向短時(shí)間方向擴(kuò)展。硅雖有明顯的析出促進(jìn)作用但鋁卻予以抑制。在冷加工中，可在很短時(shí)間內(nèi)便產(chǎn)生相析出。一旦發(fā)生相脆化的鋼，可加熱至850-900使析出的相固溶，然后再進(jìn)行急冷就可消除脆性和恢復(fù)韌性。475脆性：是將鐵素體鋼在400-500長(zhǎng)時(shí)間加熱時(shí)出現(xiàn)的脆化現(xiàn)象。475脆性產(chǎn)生與相脆化產(chǎn)生相比較，首先是產(chǎn)生溫度范圍不同，其次是475脆性較相脆化在更短的時(shí)間內(nèi)產(chǎn)生。能夠減輕475脆性的合金添加元素還沒(méi)有發(fā)現(xiàn)。對(duì)發(fā)生475脆性的鋼在600進(jìn)行短時(shí)間處理即可消除脆性和恢復(fù)韌性。高溫脆性：當(dāng)高鉻鐵素體型不銹鋼從900-1000的高溫急冷時(shí)，隨著晶粒的粗化和碳化物向晶界凝集發(fā)生明顯脆化。鉻含量越高，脆化的程度越大。破壞現(xiàn)象與475脆性相象。由于晶粒粗化，因此在進(jìn)行深沖、彎曲等冷加工時(shí)表面易發(fā)生粗糙等缺陷。又因?yàn)榫Ы缟衔龀鎏蓟镆虼司чg腐蝕敏感性增加。為避免該缺陷的產(chǎn)生同，需從高溫緩冷至800左右，或650-800短時(shí)間的退火。3.奧氏體型不銹鋼從Fe-Cr-Ni三元系平衡相圖的分析中可知，當(dāng)70%Fe等濃度斷面中鎳含量為10%時(shí)，該合金在800-1000下為r單相。具代表性的Cr18-Ni8鋼由于存在碳、氮等奧氏體穩(wěn)定化元素，因此室溫下即為r單相。其中氮較碳有約兩倍的固溶度，因而含氮量為0.1%-0.3%的高強(qiáng)度不銹鋼己得到了應(yīng)用。目前己明確碳、氮、鈷、錳和銅等元素是奧氏體穩(wěn)定化元素，鋁、釩、鉬、硅和鎢等元素是鐵素體穩(wěn)定化元素。作為固相內(nèi)的平衡相，除相、r相以外還有金屬間化合物相。碳、氮和鎳等奧氏體穩(wěn)定化元素抑制相的生成，但錳與鉬、硅、鈦、鈮、鋯、釩和鋁等鐵素體穩(wěn)定化元素促進(jìn)相的生成。除此以外在奧氏體型不銹鋼中由于添加不同的元素，還有可能生成拉弗斯（Laves）相或x相等金屬間化合物。其析出的反應(yīng)是隨合金組成、時(shí)效溫度及制造合金時(shí)的加工和熱處理?xiàng)l件來(lái)決定的，是一個(gè)非常復(fù)雜的變化。在鋼中添加鉻、鎳、錳、碳和氮等元素時(shí)，馬氏體相變初始溫度Ms幾乎與這些合金元素的添加成比例降低，在常溫下也可保持r相。奧氏體不銹鋼就是其具代表性的合金之一。雖說(shuō)為使奧體型不銹鋼的r相穩(wěn)定添加了大量的錳或鎳，但實(shí)際上r相往往并非穩(wěn)定而是處于亞穩(wěn)定態(tài)。從熱力學(xué)角度來(lái)看可以說(shuō)相到是穩(wěn)定的。一般稱(chēng)這些奧氏體相為亞穩(wěn)定奧氏體相。當(dāng)對(duì)亞穩(wěn)定奧氏體相冷卻至極低溫或室溫下進(jìn)行加工時(shí)，其中的部分或全部亞穩(wěn)定奧氏體相將發(fā)生馬氏體相變。通過(guò)對(duì)奧氏體型不銹鋼進(jìn)行冷卻或加工得到的馬氏體中除有相外還有相。該相具有hcp結(jié)構(gòu).且有0.7%左右的收縮，是非磁性的，容易發(fā)生加工誘發(fā)相變。相是當(dāng)Cr：Ni為5：3且Cr+Ni定為24%時(shí)生成的。由于面心立方結(jié)構(gòu)的（111）面的每?jī)蓚€(gè)原子面上發(fā)生堆垛缺陷時(shí)將成為馬氏體結(jié)構(gòu)，因此相的生成和堆垛缺陷有著密切的關(guān)系。奧氏體型不銹鋼的馬氏體相變中一個(gè)重要的問(wèn)題是，一旦發(fā)生馬氏體相變后經(jīng)再加熱進(jìn)行恢復(fù)的問(wèn)題。對(duì)于Cr18-Ni8鋼主要發(fā)生擴(kuò)散型的逆相變，而象Cr16-Ni10鋼則發(fā)生剪切的逆相變。后者的鉻含量較前者低，鎳含量較前者高。從金相組織上來(lái)看，奧氏體型不銹鋼是相對(duì)穩(wěn)定的，其中碳化物的析出與其耐蝕性能、高溫強(qiáng)度以及韌性等主要性能密切相關(guān)。在通常作為固溶熱處理溫度1000附近，碳的固溶量可達(dá)到最高，但當(dāng)溫度低于800時(shí)固溶量急劇下降而產(chǎn)生碳化物。所以進(jìn)行固溶化處理或焊接后如果冷卻速度過(guò)慢，在晶界上會(huì)產(chǎn)生碳化物，成為晶間腐蝕的原因。鋼中的碳有活性隨鎳含量的增加而增加，隨鉻含量的增加而減少。也就是說(shuō)鎳的增加使碳的固溶量減少，鉻的增加使碳的固溶量增加。另外在晶界還析出鉻碳化物，合金添加元素有時(shí)也生成相應(yīng)的碳化物。4.雙相不銹鋼通常進(jìn)行不同的鉻含量和鎳當(dāng)量的組合可以得到鐵素體（相或相）和奧氏體（r相）的雙相組織。如果以鉻含量的多少來(lái)進(jìn)行分類(lèi)的話，可分類(lèi)為18%Cr系、22%Cr系、25%Cr系和28%Cr系。同時(shí)為確保r相的量需添加4%-11%的鎳，為提高其耐蝕性需添加不多于4%的鉬。在最終經(jīng)1050-1100固溶處理后，在相基體中分散有不多于50%的r相。在400-1000下進(jìn)一步進(jìn)行時(shí)效時(shí)，生成金屬間化合物、碳化物以及氮化物等各種析出物。在雙相組織中，鉻、鉬和硅等鐵素體穩(wěn)定元素濃縮在相中。而鎳、錳、碳和氮等奧氏體穩(wěn)定元素濃縮在r中。在時(shí)效過(guò)程中最有影響的是相，可造成相脆化。另外時(shí)效還可產(chǎn)生M23C6，也和鐵素體型不銹鋼一樣發(fā)生475脆性。5.沉淀硬化型不銹鋼沉淀硬化型不銹鋼是除具備不銹鋼特有的耐蝕性外，還可通過(guò)進(jìn)行時(shí)效處理實(shí)現(xiàn)沉淀硬化的高強(qiáng)度不銹鋼，根據(jù)基體的金屬組織情況，即根據(jù)鉻當(dāng)量和鎳當(dāng)量之間的平衡情況，沉淀硬化型不銹鋼可分為馬氏體系沉淀硬化型不銹鋼、半奧氏體系沉淀硬化型不銹鋼、奧氏體鐵素體系沉淀硬化型不銹鋼、奧氏體系沉淀型不銹鋼和鐵素體系沉淀硬化型不銹鋼。馬氏體系沉淀硬化型不銹鋼，鉻和鎳的含量少且鉻含量和鎳含量低。由于馬氏體相變結(jié)束溫度高于室溫，因此固溶化處理奧氏體相冷卻過(guò)程發(fā)生馬氏體相變，在室溫下為馬氏體組織。半奧氏體系沉淀硬化型不銹鋼，比前者鉻含量和鎳含量高，Ms點(diǎn)接近室溫。固溶處理后形成亞穩(wěn)定r相，經(jīng)冷加工或低溫處理，低溫退火處理可以發(fā)生馬氏體相變。單獨(dú)和復(fù)合添加有鋁、鈦和鉬等沉淀硬化元素，經(jīng)在450-550 時(shí)效處理產(chǎn)生相和相實(shí)現(xiàn)硬化。奧氏體系沉淀硬化型不銹鋼，含有較多的奧氏體穩(wěn)定化和鐵素體穩(wěn)定化元素，鎳當(dāng)量高且Ms點(diǎn)在室溫以下。在固溶處理狀態(tài)下為r單相組織。作為沉淀硬化元素添加的有碳、磷、氮、鈦、鋁、鈮和釩等元素，經(jīng)比其他系鋼高的溫度時(shí)效處理后析出碳化物、氮化物、磷化物或相和r相等。鐵素體系沉淀硬化型不銹鋼，只含少量的鎳等奧氏體穩(wěn)定化元素，含較多的鉻、硅和鉬等鐵素體穩(wěn)定化元素，因而在固溶化狀態(tài)下即呈鐵素體組織。對(duì)其通過(guò)添加硅和鎳來(lái)促進(jìn)沉淀硬化。時(shí)效溫度為550-600。特點(diǎn)和用途 不銹鋼按照其組織結(jié)構(gòu)分為奧氏體型不銹鋼、鐵素體型不銹鋼、雙相不銹鋼、馬氏體型不銹鋼和沉淀硬化型不銹鋼。各類(lèi)型不銹鋼主要使用特性對(duì)比如表2-5-6所示。我國(guó)不銹鋼標(biāo)準(zhǔn)主要牌號(hào)的特點(diǎn)和用途如表2-5-7所示；日本JIS標(biāo)準(zhǔn)主要牌號(hào)的特點(diǎn)和用途如表2-5-8所示。一、奧氏體型不銹鋼奧氏體型不銹鋼是不銹鋼中最重要的一類(lèi)，其產(chǎn)量和用量占不銹鋼總量的70%。按照合金化方式，奧氏體型不銹鋼可分為鉻鎳鋼和鐵鉻錳鋼兩大類(lèi)。前者以鎳為奧氏體化元素，是奧氏體鋼的主體；后者是以錳、氮代替昂貴的鎳的節(jié)鎳鋼種?？傮w講，奧氏體鋼耐蝕性好，有良好的綜合力學(xué)性能和工藝性能，但強(qiáng)度、硬度偏低。二、鐵素體型不銹鋼鐵素體型不銹鋼含鉻11%-30%，基本不含鎳，是節(jié)鎳鋼種，在使用狀態(tài)下組織結(jié)構(gòu)以鐵素體為主。鐵素體型不銹鋼強(qiáng)度較高，而冷加工硬化傾向較低，耐氯化物應(yīng)力腐蝕、點(diǎn)蝕、縫隙腐蝕等局部腐蝕性能優(yōu)良，但是對(duì)晶間腐蝕敏感，低溫韌性較差。三、雙相不銹鋼一般認(rèn)為，在奧氏體基體上存在15%以上的鐵素體，或在鐵素體基體上存在15%以上的奧氏體即可稱(chēng)其為奧氏體+鐵素體雙相不銹鋼。雙相不銹鋼兼有奧氏體鋼和鐵素體鋼的優(yōu)點(diǎn)。四、馬氏體型不銹鋼馬氏體型不銹鋼是一類(lèi)可以用熱處理的手段調(diào)整其性能的鋼，其強(qiáng)度、硬度較高。五、沉淀硬化型不銹鋼沉淀硬化型不銹鋼是通過(guò)熱處理手段使鋼中碳化物沉淀析出，從而達(dá)到提高強(qiáng)度目的的鋼。表2-5-6 不銹鋼主要使用特性對(duì)比特性馬氏體型不銹鋼鐵素體型不銹鋼奧氏體型不銹鋼雙相不銹鋼備注耐蝕性能耐大氣腐蝕性能一般良好良好良好與合金因素有關(guān)耐酸性能一般良好